2020高考物理一輪總復(fù)習(xí)第九章鏈接高考10帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)講義含解析新人教版.docx

帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)一帶電粒子在疊加場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析考點(diǎn)解讀裝置原理圖規(guī)律速度選擇器若qv0BEq，即v0，粒子做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)磁流體發(fā)電機(jī)等離子體射入，受洛倫茲力偏轉(zhuǎn)，使兩極板帶正、負(fù)電，兩極電壓為U時(shí)穩(wěn)定，qqv0B，Uv0Bd電磁流量計(jì)qqvB，所以v所以QvS霍爾元件當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢(shì)差典例賞析典例1(2018北京卷)某空間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)一個(gè)帶電粒子(不計(jì)重力)以一定初速度射入該空間后，做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；若僅撤除電場(chǎng)，則該粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)下列因素與完成上述兩類(lèi)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的是()A磁場(chǎng)和電場(chǎng)的方向B磁場(chǎng)和電場(chǎng)的強(qiáng)弱C粒子的電性和電量D粒子入射時(shí)的速度解析C由題可知，當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)內(nèi)做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，即EqqvB，則v，若僅撤除電場(chǎng)，粒子僅在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明要滿(mǎn)足題意需要對(duì)磁場(chǎng)與電場(chǎng)的方向以及強(qiáng)弱程度都要有要求，例如：電場(chǎng)方向向下，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里等，但是對(duì)電性和電量無(wú)要求，故選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤題組鞏固1(多選)磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，如圖是它的示意圖平行金屬板A，B之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng)，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正、負(fù)離子)噴入磁場(chǎng)，A、B兩板間便產(chǎn)生電壓如果把A、B和用電器連接，A、B就是直流電源的兩個(gè)電極，設(shè)A、B兩板間距為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，等離子體以速度v沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入A、B兩板之間，則下列說(shuō)法正確的是()AA是直流電源的正極BB是直流電源的正極C電源的電動(dòng)勢(shì)為BdvD電源的電動(dòng)勢(shì)為qvB解析：BC等離子體噴入磁場(chǎng)，正離子因受向下的洛倫茲力而向下偏轉(zhuǎn)，B是直流電源的正極，則選項(xiàng)B正確；當(dāng)帶電粒子以速度v做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，qqvB，電源的電動(dòng)勢(shì)UBdv，則選項(xiàng)C正確2醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí)，利用電磁血流計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)通過(guò)動(dòng)脈的血流速度電磁血流計(jì)由一對(duì)電極a和b以及一對(duì)磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場(chǎng)是均勻的使用時(shí)，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點(diǎn)的連線(xiàn)、磁場(chǎng)方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖所示由于血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，電極a、b之間會(huì)有微小電勢(shì)差在達(dá)到平衡時(shí)，血管內(nèi)部的電場(chǎng)可看做是勻強(qiáng)電場(chǎng)，血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零在某次監(jiān)測(cè)中，兩觸點(diǎn)的距離為3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為160 V，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.040 T則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為( )A1.3 m/s，a正、b負(fù)B2.7 m/s，a正、b負(fù)C1.3 m/s，a負(fù)、b正D2.7 m/s，a負(fù)、b正解析：A血液中正負(fù)離子流動(dòng)時(shí)，根據(jù)左手定則，正離子受到向上的洛倫茲力，負(fù)離子受到向下的洛倫茲力，所以正離子向上偏，負(fù)離子向下偏，則a帶正電，b帶負(fù)電，故C、D錯(cuò)誤；最終血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零，有qqvB，所以血流速度v m/s1.3 m/s，故A正確，B錯(cuò)誤3如圖所示，一段長(zhǎng)方體形導(dǎo)電材料，左右兩端面的邊長(zhǎng)都為a和b，內(nèi)有帶電量為q的某種自由運(yùn)動(dòng)電荷導(dǎo)電材料置于方向垂直于其前表面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.當(dāng)通以從左到右的穩(wěn)恒電流I時(shí)，測(cè)得導(dǎo)電材料上、下表面之間的電壓為U、且上表面的電勢(shì)比下表面的低，由此可得該導(dǎo)電材料單位體積內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)電荷數(shù)及自由運(yùn)動(dòng)電荷的正負(fù)分別為()A.，負(fù)B.，正C.，負(fù) D.，正解析：C本題的關(guān)鍵是電荷的受力平衡，即電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡因?qū)щ姴牧仙媳砻娴碾妱?shì)比下表面的低，故上表面帶負(fù)電荷，根據(jù)左手定則可判斷自由運(yùn)動(dòng)電荷帶負(fù)電，B、D錯(cuò)誤導(dǎo)電材料穩(wěn)定后電荷受力平衡，則有qvBqEq，因此有v，又由電流微觀(guān)表達(dá)式有InSqv，將v代入上式得，n，C正確考點(diǎn)二帶電體在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)解讀1三種場(chǎng)的比較名稱(chēng)力的特點(diǎn)功和能的特點(diǎn)重力場(chǎng)大小：Gmg方向：豎直向下重力做功與路徑無(wú)關(guān)重力做功改變物體的重力勢(shì)能電場(chǎng)大?。篎qE方向：正電荷受力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相同，負(fù)電荷受力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相反電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)WqU電場(chǎng)力做功改變電勢(shì)能磁場(chǎng)大?。篎qvB(vB) 方向：可用左手定則判斷洛倫茲力不做功，不改變帶電粒子的動(dòng)能2.分析方法典例賞析典例2如圖所示，區(qū)域內(nèi)有與水平方向成45角的勻強(qiáng)電場(chǎng)E1，區(qū)域?qū)挾葹閐1，區(qū)域內(nèi)有正交的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)B和勻強(qiáng)電場(chǎng)E2，區(qū)域?qū)挾葹閐2，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，電場(chǎng)方向豎直向下一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的微粒在區(qū)域左邊界的P點(diǎn)，由靜止釋放后水平向右做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入?yún)^(qū)域后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從區(qū)域右邊界上的Q點(diǎn)穿出，其速度方向改變了60，重力加速度為g，求：(1)區(qū)域和區(qū)域內(nèi)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E1、E2的大小；(2)區(qū)域內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；(3)微粒從P運(yùn)動(dòng)到Q的時(shí)間審題指導(dǎo)(1)微粒在區(qū)域內(nèi)水平向右做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明在豎直方向上受力平衡(2)微粒在區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明電場(chǎng)力和重力平衡，洛倫茲力提供向心力解析(1)微粒在區(qū)域內(nèi)水平向右做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，則在豎直方向上有qE1sin 45 mg，解得E1.微粒在區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則在豎直方向上有mgqE2，E2.(2)設(shè)微粒在區(qū)域內(nèi)水平向右做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度為a，離開(kāi)區(qū)域時(shí)速度為v，在區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R，則ag.v22ad1(或qE1cos 45d1mv2)Rsin 60d2，qvBm.解得B (3)微粒在區(qū)域內(nèi)做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，t1 在區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心角為60，則T，t2.解得tt1t2 .答案見(jiàn)解析關(guān)于是否考慮粒子重力的三種情況1對(duì)于微觀(guān)粒子，如電子、質(zhì)子、離子等，因?yàn)槠渲亓σ话闱闆r下與靜電力或磁場(chǎng)力相比太小，可以忽略；而對(duì)于一些實(shí)際物體，如帶電小球、液滴、塵埃等一般應(yīng)當(dāng)考慮其重力2在題目中有明確說(shuō)明是否要考慮重力的，按題目要求處理3不能直接判斷是否要考慮重力的，在進(jìn)行受力分析與運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，要結(jié)合運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定是否要考慮重力題組鞏固1(2017全國(guó)卷)如圖，空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向上(與紙面平行)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里三個(gè)帶正電的微粒a、b、c電荷量相等，質(zhì)量分別為ma、mb、mc.已知在該區(qū)域內(nèi)，a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，b在紙面內(nèi)向右做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，c在紙面內(nèi)向左做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)下列選項(xiàng)正確的是()AmambmcBmbmamcCmcmamb Dmcmbma解析：B因微粒a做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則微粒重力不能忽略且與電場(chǎng)力平衡：magqE；由左手定則可以判定微粒b、c所受洛倫茲力的方向分別是豎直向上與豎直向下，則對(duì)b、c分別由平衡條件可得mbgqEBqvbqE、mcgqEBqvcqE，故有mbmamc，B正確2(2016天津卷)如圖所示，空間中存在著水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小E5 N/C，同時(shí)存在著水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其方向與電場(chǎng)方向垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0.5 T，有一帶正電的小球，質(zhì)量m1.0106 kg，電荷量q2106 C，正以速度v在圖示的豎直面內(nèi)做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)撤掉磁場(chǎng)(不考慮磁場(chǎng)消失引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象)，取g10 m/s2.求：(1)小球做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的速度v的大小和方向；(2)從撤掉磁場(chǎng)到小球再次穿過(guò)P點(diǎn)所在的這條電場(chǎng)線(xiàn)經(jīng)歷的時(shí)間t.解析：(1)小球做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)受力如圖，其所受的三個(gè)力在同一平面內(nèi)，合力為零，有qvB代入數(shù)據(jù)解得 v20 m/s速度v的方向與電場(chǎng)E的方向之間的夾角滿(mǎn)足tan 代入數(shù)據(jù)解得 tan 則60(2)解法一：撤去磁場(chǎng)，小球在重力與電場(chǎng)力的合力作用下做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)其加速度為a，有a設(shè)撤去磁場(chǎng)后小球在初速度方向上的分位移為x，有xvt設(shè)小球在重力與電場(chǎng)力的合力方向上分位移為y，有yat2a與mg的夾角和v與E的夾角相同，均為，又tan 聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)解得t2 s3.5 s解法二：撤去磁場(chǎng)后，由于電場(chǎng)力垂直于豎直方向，它對(duì)豎直方向的分運(yùn)動(dòng)沒(méi)有影響，以P點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，豎直向上為正方向，小球在豎直方向上做勻減速運(yùn)動(dòng)，其初速度為vyvsin 若使小球再次穿過(guò)P點(diǎn)所在的電場(chǎng)線(xiàn)，僅需小球在豎直方向上的位移為零，則有vytgt20聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)解得 t2 s3.5 s答案：(1)20 m/s，方向與電場(chǎng)E的方向之間的夾角為60斜向上(2)3.5 s考點(diǎn)三軌道約束情況下帶電體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)解讀帶電體在重力場(chǎng)、磁場(chǎng)、電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，從整個(gè)物理過(guò)程上看有多種不同的運(yùn)動(dòng)形式，其中從運(yùn)動(dòng)條件上看分為有軌道約束和無(wú)軌道約束現(xiàn)從力、運(yùn)動(dòng)和能量的觀(guān)點(diǎn)研究三種有軌道約束的帶電體的運(yùn)動(dòng)考向突破考向1帶電物塊與絕緣斜面的組合典例3如圖所示，帶電荷量為q、質(zhì)量為m的物塊從傾角為37的光滑絕緣斜面頂端由靜止開(kāi)始下滑，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直紙面向外，求物塊在斜面上滑行的最大速度和在斜面上運(yùn)動(dòng)的最大位移(斜面足夠長(zhǎng)，取sin 370.6，cos 370.8)解析經(jīng)分析，物塊沿斜面運(yùn)動(dòng)過(guò)程中加速度不變，但隨速度增大，物塊所受支持力逐漸減小，最后離開(kāi)斜面所以，當(dāng)物塊對(duì)斜面的壓力剛好為零時(shí)，物塊沿斜面的速度達(dá)到最大，同時(shí)位移達(dá)到最大，即qvmBmgcos 物塊沿斜面下滑過(guò)程中，由動(dòng)能定理得：mgssin mv由得：vm，s.答案vms考向2帶電圓環(huán)與絕緣直桿的組合典例4如圖所示，一個(gè)質(zhì)量m0.1 g，電荷量q4104C帶正電的小環(huán)，套在很長(zhǎng)的絕緣直棒上，可以沿棒上下滑動(dòng)將棒置于正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，E10 N/C，B0.5 T小環(huán)與棒之間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.2.求小環(huán)從靜止沿棒豎直下落的最大加速度和最大速度取g10 m/s2，小環(huán)電荷量不變解析小環(huán)由靜止下滑后，由于所受電場(chǎng)力與洛倫茲力同向(向右)，使小環(huán)壓緊豎直棒相互間的壓力為FNqEqvB.由于壓力是一個(gè)變力，小環(huán)所受的摩擦力也是一個(gè)變力，可以根據(jù)小環(huán)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)方程找出最值條件根據(jù)小環(huán)豎直方向的受力情況，由牛頓第二定律得運(yùn)動(dòng)方程mgFNma，即mg(qEqvB)ma當(dāng)v0時(shí)，即剛下落時(shí)，小環(huán)運(yùn)動(dòng)的加速度最大，代入數(shù)值得am2 m/s2.下落后，隨著v的增大，加速度a逐漸減小當(dāng)a0時(shí)，下落速度v達(dá)最大值，代入數(shù)值得vm5 m/s.答案am2 m/s2vm5 m/s把握三點(diǎn)解決“約束運(yùn)動(dòng)”問(wèn)題1對(duì)物塊受力分析，把握已知條件2掌握洛倫茲力的公式和特點(diǎn)，理清彈力和摩擦力、洛倫茲力和速度、摩擦力與合力、加速度與速度等幾個(gè)關(guān)系3掌握力和運(yùn)動(dòng)、功和能在磁場(chǎng)中的應(yīng)用題組鞏固1.如圖所示，粗糙的足夠長(zhǎng)的豎直木桿上套有一個(gè)帶電的小球，整個(gè)裝置處在由水平勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)組成的足夠大的復(fù)合場(chǎng)中，小球由靜止開(kāi)始下滑，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中小球的vt圖象為下圖中的()解析：C小球下滑過(guò)程中，qE與qvB反向，開(kāi)始下落時(shí)qEqvB，所以a，隨下落速度v的增大a逐漸增大；當(dāng)qEqvB之后，其a，隨下落速度v的增大a逐漸減??；最后a0，小球勻速下落，故圖C正確，A、B、D錯(cuò)誤2如圖，絕緣粗糙的豎直平面MN左側(cè)同時(shí)存在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向水平向右，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小滑塊從A點(diǎn)由靜止開(kāi)始沿MN下滑，到達(dá)C點(diǎn)時(shí)離開(kāi)MN做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)A、C兩點(diǎn)間距離為h，重力加速度為g.(1)求小滑塊運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)的速度大小vC；(2)求小滑塊從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)過(guò)程中克服摩擦力做的功Wf；(3)若D點(diǎn)為小滑塊在電場(chǎng)力、洛倫茲力及重力作用下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中