2012屆高三物理一輪復(fù)習(xí) 帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)學(xué)案

1、2012屆高三物理一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案九、磁場(chǎng)（5）帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【目標(biāo)】1、掌握帶電粒子在電、磁場(chǎng)中的受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律；2、會(huì)用力學(xué)有關(guān)規(guī)律分析和解決帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題?！緦?dǎo)入】一、電場(chǎng)力和洛侖茲力的比較1、在電場(chǎng)中的電荷，不管其運(yùn)動(dòng)與否，均始終受到電場(chǎng)力作用；而磁場(chǎng)僅僅對(duì)運(yùn)動(dòng)著的，且速度與磁場(chǎng)方向不平行的電荷有洛侖茲力作用2、電場(chǎng)力大小與電荷運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)；而洛侖茲力大小與電荷運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)3、電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)的方向或相同、或相反；而洛侖茲力的方向始終既和磁場(chǎng)方向垂直，又和速度方向垂直4、電場(chǎng)力既可以改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度方向，也可以改變電荷運(yùn)動(dòng)速度的大小；而洛侖茲力只能改變電荷

2、運(yùn)動(dòng)速度的方向，不能改變其速度的大小5、電場(chǎng)力可以對(duì)電荷做功，且電場(chǎng)力做功與路徑無關(guān)，能改變電荷的動(dòng)能洛侖茲力不對(duì)電荷作功，不改變電荷的動(dòng)能二、解決帶電粒子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的方法帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)分析方法和力學(xué)問題的分析方法基本相同，不同之處是多了電場(chǎng)力和洛侖茲力。1力和運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)：在正確分析受力情況的前提下，根據(jù)粒子的受力情況和初始狀態(tài)，利用 Fma的瞬時(shí)性，分析其運(yùn)動(dòng)情況，尋找解題的突破口 2利用功和能的觀點(diǎn)：在很多情況中帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是任意曲線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)根據(jù)場(chǎng)力做功的特點(diǎn)，處理這類問題往往利用動(dòng)能定理，能量守恒比較方便【導(dǎo)研】例1（淮、宿、徐、連0809學(xué)年度高三年級(jí)第

3、一學(xué)期期末調(diào)研考試）兩塊平行金屬板MN、PQ水平放置，兩板間距為d、板長(zhǎng)為l，在緊靠平行板右側(cè)的正三角形區(qū)域內(nèi)存在著垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，三角形底邊BC與PQ在同一水平線上，頂點(diǎn)A與MN在同一水平線上，如圖所示一個(gè)質(zhì)量為m、電量為+q的粒子沿兩板中心線以初速度v0水平射入，若在兩板間加某一恒定電壓，粒子離開電場(chǎng)后垂直AB邊從D點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)，BD=AB/4，并垂直AC邊射出(不計(jì)粒子的重力)求：（1）兩極板間電壓；（2）三角形區(qū)域內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度；（3）若兩板間不加電壓，三角形區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外要使粒子進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域后能從AB邊射出，試求所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最小值例2 (南通市2009屆高三第二

4、次調(diào)研測(cè)試)14（16分）如圖所示的平行板器件中，存在相互垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=0.40T，方向垂直紙面向里，電場(chǎng)強(qiáng)度E=2.0×105V/m，PQ為板間中線緊靠平行板右側(cè)邊緣xOy坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)，有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B2=0.25T，磁場(chǎng)邊界AO和y軸的夾角AOy=45°一束帶電量q=8.0×10-19C的正離子從P點(diǎn)射入平行板間，沿中線PQ做直線運(yùn)動(dòng)，穿出平行板后從y軸上坐標(biāo)為（0，0.2m）的Q點(diǎn)垂直y軸射入磁場(chǎng)區(qū)，離子通過x軸時(shí)的速度方向與x軸正方向夾角在45°90°之間.則：（1）離子運(yùn)動(dòng)

5、的速度為多大？（2）離子的質(zhì)量應(yīng)在什么范圍內(nèi)？（3）現(xiàn)只改變AOy區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，使離子都不能打到x軸上，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B2´應(yīng)滿足什么條件？xyO45°B2+E-AB1PQ 例3（江蘇省啟東中學(xué)2008屆高三第三次月考物理試題）如圖(甲)所示，兩平行金屬板間接有如圖(乙)所示的隨時(shí)間t變化的電壓u，兩板間電場(chǎng)可看作是均勻的，且兩板外無電場(chǎng)，極板長(zhǎng)L=0.2m，板間距離d=0.2m，在金屬板右側(cè)有一邊界為MN的區(qū)域足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，MN與兩板中線OO垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=5×103T，方向垂直紙面向里?，F(xiàn)有帶正電的粒子流沿兩板中線OO連續(xù)射入電場(chǎng)中，已知

6、每個(gè)粒子的速度v0=105m/s，比荷q/m=108C/kg，重力忽略不計(jì)，在每個(gè)粒子通過電場(chǎng)區(qū)域的極短時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)可視作是恒定不變的。（1）試求帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)的最大速度。（2）證明任意時(shí)刻從電場(chǎng)射出的帶電粒子，進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)在MN上的入射點(diǎn)和出磁場(chǎng)時(shí)在MN上的出射點(diǎn)間的距離為定值。寫出表達(dá)式并求出這個(gè)定值。（3）從電場(chǎng)射出的帶電粒子，進(jìn)入磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后又射出磁場(chǎng)。求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間和最短時(shí)間。例4(江蘇省泰州市20072008學(xué)年度第二學(xué)期期初聯(lián)考)如圖所示，水平細(xì)桿MN、CD，長(zhǎng)度均為L(zhǎng)。兩桿間距離為h，M、C兩端與半圓形細(xì)桿相連，半圓形細(xì)桿與MN、CD在同一豎直平面內(nèi)，且M

7、N、CD恰為半圓弧在M、C兩點(diǎn)處的切線。質(zhì)量為m的帶正電的小球P，電荷量為q，穿在細(xì)桿上，已知小球P與兩水平細(xì)桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，小球P與半圓形細(xì)桿之間的摩擦不計(jì)，小球P與細(xì)桿之間相互絕緣。（1）若整個(gè)裝置處在方向與之垂直、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖（甲）所示。小球P以一定的初速度v0從D端出發(fā)，沿桿滑到M點(diǎn)以后恰好在細(xì)桿MN上勻速運(yùn)動(dòng)。求：小球P在細(xì)桿MN上滑行的速度； 小球P滑過DC桿的過程中克服摩擦力所做的功； （2）撤去磁場(chǎng)，在MD、NC連線的交點(diǎn)處固定一電荷量為Q的負(fù)電荷，如圖（乙）所示，使小球P從D端出發(fā)沿桿滑動(dòng)，滑到N點(diǎn)時(shí)速度恰好為零。(已知小球所受庫(kù)侖力始終小于重力)求：

8、小球P在水平細(xì)桿MN或CD上滑動(dòng)時(shí)所受摩擦力的最大值和最小值；小球P從D端出發(fā)時(shí)的初速度?！緦?dǎo)練】1、（08年高考北京卷理綜）19.在如圖所示的空間中，存在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，同時(shí)存在沿x軸負(fù)方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一質(zhì)子(電荷量為e)在該空間恰沿y軸正方向以速度v勻速運(yùn)動(dòng)。據(jù)此可以判斷（ ）A質(zhì)子所受電場(chǎng)力大小等于eE,運(yùn)動(dòng)中電勢(shì)能減小;沿z軸正方向電勢(shì)升高B質(zhì)子所受電場(chǎng)力大小等于eE,運(yùn)動(dòng)中電勢(shì)能增大;沿z軸正方向電勢(shì)降低C質(zhì)子所受電場(chǎng)力大小等于evB,運(yùn)動(dòng)中電勢(shì)能不變;沿z軸正方向電勢(shì)升高D質(zhì)子所受電場(chǎng)力大小等于evB,運(yùn)動(dòng)中電勢(shì)能不變;沿z軸正方向電勢(shì)降低2、（江蘇省丹陽(yáng)高級(jí)中

9、學(xué)09屆高三摸底考試）如圖所示,在真空中,半徑為R=5L0的圓形區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直紙面向里.在磁場(chǎng)右側(cè)有一對(duì)平行金屬板M和N,兩板間距離為d=6L0,板長(zhǎng)為L(zhǎng)=12L0,板的中心線O1O2與磁場(chǎng)的圓心O在同一直線上.有一電荷量為q、質(zhì)量為m的帶電的粒子,以速度v0從圓周上的a點(diǎn)沿垂直于半徑OO1并指向圓心的方向進(jìn)入磁場(chǎng)平面,當(dāng)從圓周上的O1點(diǎn)水平飛出磁場(chǎng)時(shí),給M、N板加上如下圖所示電壓,最后粒子剛好以平行于M板的速度,從M板的邊緣飛出(不計(jì)粒子重力). 求（1）磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；（2）求交變電壓的周期T和電壓U0的值；0tUMNU0-U0（3）若時(shí),該粒子從M、N板右側(cè)沿板的中心線仍以速率v0向左射入M、N之間。求粒子從磁場(chǎng)中射出的點(diǎn)到a點(diǎn)的距離OMNO1O2ax a O y 30º 30º3、（2010金陵中學(xué)、海安中學(xué)聯(lián)考）如圖，在xOy平面的第一、四象限內(nèi)存在著方向垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，第四象限內(nèi)存在方向沿-y方向、電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)。從y軸上坐標(biāo)為a的一點(diǎn)向磁場(chǎng)區(qū)發(fā)射速度大小不等的帶正電同種粒子，速度方向范圍是與+y方向成30º-150º，且在xOy平面內(nèi)。結(jié)果所有粒子經(jīng)過磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后都垂直打到x軸上，然后進(jìn)入第四象限