帶電粒子在復合場中運動問題

帶電粒子在復合場中運動問題帶電粒子在復合場中運動問題帶電粒子在復合場中運動問題下載可編寫帶電粒子在復合場中運動問題一.學習目標：1、理解復合場的特點及帶電粒子在復合場中的常有運動形式。2、重點掌握帶電粒子在復合場中運動問題的重要習題種類及其解法。二、考點地位：帶電粒子在復合場中的運動問題是高考的重點和難點，是每年高考的必考內(nèi)容，在高考試題中占有相當重要的地位，試題種類主要以大型計算題形式為主，重視于觀察帶電粒子在磁場和電場、磁場和重力場以及磁場、電場、重力場三場所形成的復合場中的運動問題，試題難度大，綜合性強。三.重難點解析：（一）帶電粒子在復合場中運動規(guī)律的解析復合場一般包括重力場、電場和磁場，本專題所說的復合場指的是磁場與電場、磁場與重力場，也許是三場合一。三種場力的特點1）重力的大小為mg，方向豎直向下，重力做功與路徑?jīng)]關，其數(shù)值除與帶電粒子的質量有關外，還與初、末地址的高度差有關。（2）電場力的大小為qE，方向與電場強度E及帶電粒子所帶電荷的性質有關，電場力做功與路徑?jīng)]關，其數(shù)值除與帶電粒子的電荷量有關外，還與初、末地址的電勢差有關。3）洛倫茲力的大小跟速度與磁場方向的夾角有關，當帶電粒子的速度與磁場方向平行時，f=0；當帶電粒子的速度與磁場方向垂直時，f=qvB；洛倫茲力的方向垂直于速度v和磁感覺強度B所決定的平面，無論帶電粒子做什么運動，洛倫茲力都不做功。帶電粒子在復合場中運動的辦理方法1）正確解析帶電粒子的受力及運動特點是解決問題的前提①帶電粒子在復合場中做什么運動，取決于帶電粒子所受的合外力及其初始狀態(tài)的速度，因此應把帶電粒子的運動情況和受力情況結合起來進行解析，當帶電粒子在復合場中所受合外力為零時，做勻速直線運動（如速度選擇器）。②當帶電粒子所受的重力與電場力等值反向，洛倫茲力供應向心力時，帶電粒子在垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運動。③當帶電粒子所受的合外力是變力，且與初速度方向不在一條直線上時，粒子做非勻變速曲線運動，這時粒子的運動軌跡既不是圓弧，也不是拋物線，由于帶電粒子可能連續(xù)經(jīng)過幾個情況不相同的復合場區(qū)，因此粒子的運動情況也發(fā)生相應的變化，其運動過程可能由幾種不相同的運動階段所組成。（2）靈便采用力學規(guī)律是解決問題的重點①當帶電粒子在復合場中做勻速運動時，應依照平衡條件列方程求解。②當帶電粒子在復合場中做勻速圓周運動時，經(jīng)常應用牛頓第二定律和平衡條件列方程聯(lián)立求解。.專業(yè).整理.下載可編寫③當帶電粒子在復合場中做非勻變速曲線運動時，應采納動能定理或能量守恒定律列方程求解。說明：由于帶電粒子在復合場中受力情況復雜，運動情況多變，經(jīng)常出現(xiàn)臨界問題，這時應以題目中的“恰好”“最大”“最高”“最少”等詞語為打破口，挖掘隱含條件，依照臨界條件列出輔助方程，再與其他方程聯(lián)立求解?！镜湫屠}】問題1：運用牛頓第二定律辦理復合場類問題解析：例1、一質量為m，帶負電荷的電量為q的小物體，由靜止沿傾角為的圓滑絕緣斜面開始下滑，整個裝置在一個足夠大的勻強磁場中，磁場方向垂直于紙面向里，磁感覺強度為B，以下列圖，當物體滑到某一地址時開始走開斜面。求：（1）物體走開斜面的速度。（2）物體在斜面上滑行的長度。變式1、如圖絕緣直棒上的小球，其質量為m、帶電荷量是+q，小球可在棒上滑動。將此棒豎直放在互相垂直且在水平方向的勻強電場和勻強磁場中，電場強度是E，磁感覺強度是B，小球與棒間的動摩擦因數(shù)為，求小球由靜止沿棒下滑的最大加速度和最大速度（小球帶電荷量不變）小結：洛倫茲力與速度有關，速度變化，引起洛倫茲力的變化，而洛倫茲力的變化又會以致合力的變化，進而速度連續(xù)變化，這就經(jīng)常涉及過程的動向.專業(yè).整理.下載可編寫解析，必然要注意臨界狀態(tài)和牢固狀態(tài)的挖掘。變式2、以下列圖，在空間存在著水平向右、場強為E的勻強電場，同時存在著豎直向上、磁感強度為B的勻強磁場。在這個電、磁場共同存在的地域內(nèi)有一足夠長的絕緣桿沿水平方向放置，桿上套有一個質量為m、帶電荷量為+q的金屬環(huán)。已知金屬環(huán)與絕緣桿間的動摩擦因數(shù)為且mgqE?，F(xiàn)將金屬環(huán)由靜止釋放，設在運動過程中金屬環(huán)所帶電荷量不變。（1）試定性說明金屬環(huán)沿桿的運動情況。（2）求金屬環(huán)運動的最大加速度的大小。（3）求金屬環(huán)運動的最大速度的大小。小結：帶電體的運動情況取決于受力情況，沿桿方向的受力情況決定其運動特點，而速度的變化又影響了洛倫茲力進而影響了桿對環(huán)的彈力進而對摩擦力產(chǎn)生影響，這樣速度反過來對環(huán)的受力也有影響，最后達到一個牢固狀態(tài)。問題2：運用能量思想辦理復合場類問題解析：例2、在豎直放置的圓滑、絕緣圓環(huán)上，有一帶負電、能夠滑動的小球m套在環(huán)的頂端，整個裝置放在以下列圖的正交勻強電、磁場中，磁場與環(huán)的圓面垂直。若小球所受的電場力和重力的大小相等，則當小球沿環(huán)有關于圓心滑過多大角度時，它所受的洛侖茲力最大？A.4B.23C.4D.變式3、以以下列圖所示，水平向左的勻強電場E=4V/m，垂直紙面向里的勻強磁場B=2T，質量m=1g的帶正電的小物塊A，從M點沿絕緣粗糙的豎直壁無初速滑下，滑行0.8m到N點時走開豎直壁做曲線運動，在P點時小物塊A瞬時受力平衡，此時速度與水平方向成45°，若P與N的高度差為0.8m，求（1）A沿壁下滑過程中摩擦力所做的功；.專業(yè).整理.下載可編寫（2）P與N的水平距離。小結：帶電體在復合場運動，無論運動情況多么復雜，洛倫茲力是不做功的，可是對帶電體的運動軌跡要產(chǎn)生影響，因此，若是要從動力學角度解決問題就需要考慮洛倫茲力，但從功能角度研究問題，洛倫茲力的功就不用考慮了。問題3：帶電粒子在復合場中運動形式的判斷問題：例3.以下列圖，勻強電場水平向右，勻強磁場垂直紙面向里，一質量為m、電荷量為q的微粒以速度v與磁場垂直、與電場成45°角射入復合場中，恰能做勻速直線運動。求電場速度E和磁感覺強度B的大小?！灸M試題】（答題時間：45分鐘）v0v0E1.B先后穿過寬度相同且緊鄰在一重力不計的帶電粒子以初速度一起的有明顯界線的勻強電場E和勻強磁場B，如圖甲所示。電場和磁場對粒子總合做功W1；若把電場和磁場正交疊加，如圖乙所示，粒子仍以v0的初速度穿過疊加場區(qū)，電場和磁場對粒子總合做功W2，比較W1、W2的大小為（）.專業(yè).整理.下載可編寫必然是C.必然是

W1W2B.必然是W1W2W1W2D.可能是W1>W2，也可能是W1<W2以下列圖，水公正對放置的帶電平行金屬板間的勻強電場方向豎直向上，勻強磁場方向垂直紙面向里，一帶電小球從圓滑絕緣軌道上的a點由靜止釋放，經(jīng)過軌道端點P進入板間后恰好沿水平方向做勻速直線運動?，F(xiàn)在使小球從稍低些的b點由靜止釋放，經(jīng)過軌道端點P進入兩板之間的場區(qū)。關于小球和小球現(xiàn)在的運動情況，以下判斷中正確的選項是（）小球可能帶負電小球在電、磁場中運動的過程動能增大小球在電、磁場中運動的過程電勢能增大小球在電、磁場中運動的過程機械能總量不變、以下列圖，Q1、Q2帶等量正電荷，固定在絕緣水平面上，在其連線上有一圓滑絕緣桿，桿上套一帶正電的小球，桿所在地域存在一個勻強磁場，方向已在圖中標出，小球重力不計，將小球從Q1、Q2連線的中點右方由靜止開始釋放，在小球運動過程中，以下說法中正確的選項是（）小球速度素來增大小球受洛倫茲力將素來增大小球所受的洛倫茲力大小變化，但方向不變小球的加速度將不斷變化4.以下列圖，有界勻強磁場的磁感覺強度B=2103T；磁場右側是寬度L=0.2m、場強E40V/m、方向向左的勻強電場，一帶電粒子電荷量q3.21019C，質量m6.41027kg，以v4104m/s的速率沿OO'垂直射入磁場，在磁場中偏轉后進入右側的電場，最后從電場右界線射出。求：.專業(yè).整理.下載可編寫（1）大體畫出帶電粒子的運動軌跡；（2）帶電粒子在磁場中運動的軌道半徑；（3）帶電粒子飛出電場時的動能Ek。5.以下列圖，在xOy坐標平面的第一象限內(nèi)有沿y方向的勻強電場，在第四象限內(nèi)有沿+y方向的勻強電場和垂直于平面向外的勻強磁場，且電場強度大小與第一象限相同?，F(xiàn)有一質量為m，帶電量為+q的質點，以某一初速度沿x方向從坐標為（3L,L）的P點開始運動，第一次經(jīng)過x軸的點為Q點，Q點的坐標為（L，0），經(jīng)過勻速圓周運動后第二次過x軸的點為坐標原點。若質點運動的初動能為2mgL，求：（1）粒子經(jīng)過Q點時的速率v和電場強度E的大?。唬?）粒子在第四象限運動的時間t。.專業(yè).整理.下載可編寫答案：例1解析：本題應依照物體的受力情況，解析物體的運動過程，要求能結合有關力學知識，綜合解決問題。小物體沿斜面加速下滑時，洛侖茲力垂直于斜面向上，隨著速度的增大而增大，與此同時，斜面對物體的支持力逐漸減小，當物體走開斜面時，應滿足斜面對物體的支持力恰好為零，此時物體受力情況以下列圖。據(jù)題意，物體剛走開斜面時，有：qvBmgcos①mgcosv解得：qB。又由于滑行過程中，只有重力做功，物體的機械能守恒，設物體在斜面上滑行的長度為mglsin1mv2②l，則有：2m2gcos2l2sin解得：2q2Bvmgcosm2gcos2l答案：（1）qB（2）2q2B2sin變式1解析：在帶電小球下滑的過程中，小球受重力、電場力、支持力、摩擦力和洛倫茲力，受力解析以下列圖。在y方向mgfma摩擦力fFN,壓力FNqBvqEmg(qvBqE)am解得隨著小球速度v的增加，小球加速度減小，因此，小球向下做加速度逐漸.專業(yè).整理.下載可編寫減小的加速運動，最后加速度減小到零，小球做勻速直線運動。amgqE開始v=0時，此時加速度最大，m勻速時，a=0，速度最大，mg(qvmBqE)0mgEvmB因此qBamgqE,vmmgE答案：mqBB。變式2解析：（1）金屬環(huán)在電場力和摩擦力的共同作用下，由靜止開始做加速運動，隨著速度增大，洛侖茲力由0逐漸增大，摩擦力也逐漸增大，合外力減小，因此環(huán)做加速度減小的加速運動，加速度為零后，速度最大為Vm后做勻速運動。（2）開始時v=0，摩擦力最小，合外力最大，qEmgmam得am(qEmg)/m（3）當摩擦力fqE時，F(xiàn)合0，環(huán)的速度為最大vm，此時受的洛侖茲力為FqBvm，方向垂直紙面向外，此時桿對環(huán)的彈力FN(mg)2(qBvm)2，(qE)2(mg)2FqE22qEVmBq當速度最大時有，即(mg)(qBvm)，得。NqE2(mg)2qEmgBq答案：（1）見解析（2）m（3）例2答案：C變式3解析：（1）物體在N點時，墻對其彈力為零，水平方向EqqVB，因此VE2m/smgMNWf1mV20B，由MN過程據(jù)動能定理：2，因此Wf6103J。（2）設在P點速度為V'，其受力以下列圖，因此Eq=mg，qV'B2Eq，得V'22m/s.專業(yè).整理.下載可編寫設N、P水平距離X，豎直距離y，物體由NP過程電場力和重力做功，mgyEqx1mV'21mV2由動能定理22，得X=0.6m答案：（1）6103J（2）0.6m例3.解析：由于帶電微粒所受洛侖茲力與速度v垂直，電場力方向與電場線平行，可知微粒重力必然不能夠忽略，否則不能夠做勻速直線運動。設微粒帶負電，則電場力水平向左，洛倫茲力斜向右下與速度v垂直，這樣粒子所受合外力不能能為零。粒子不能夠做勻速直線運動，因此粒子應帶正電，其受力以下列圖。故mgqvBsin45解得B2mgqvmgEq2mgmgBE答案：qvq.專業(yè).整理.下載可編寫【試題答案】1、解析：帶電粒子在電場中受力方向與磁場中受力方向相反，偏轉中洛倫茲力方向有與電場力方向相反的重量和沿v0方向的重量，因此在水平方向上乙中做加速運動，經(jīng)過電場中的時間t較甲短，且豎直加速度小于甲圖電場中的加速度。因此，在甲圖電場中偏轉位移大，在甲圖中電場力做功多，B正確。答案：B2、解析：若帶電小球帶負電，則帶電小球進入兩板之間的場區(qū)所受重力豎直向下，電場力豎直向下，洛倫茲力豎直向下，在這三個力作用下不能能做勻速直線運動，因此帶電小球不能能帶負電，只能帶正電，選項A錯誤；帶正電的小球從稍低點釋放進入兩板之間的場區(qū)所受重力豎直向下，電場力豎直向上，洛倫茲力豎直向上，在這三個力作用下帶電小球將向下偏轉，重力做正功，電場力做負功，由于重力大于電場力，合外力做功為正，粒子動能增大，電勢能增大，選項BC正確；由于電場力做功，因此小球在電、磁場中運動的過程中機械能總量變化，選項D錯。答案：BC、解析：洛倫茲力與桿垂直，電場力與桿平行，但小球在運動過程中碰到電場力大小方向會變化。由于桿是圓滑的，沒有摩擦力作用，因此小球的速度、加速度都會變化。答案：D解析：（1）軌跡如圖。（2）帶電粒子在磁場中運動時，由牛頓運動定律，有①

qvBmv2Rmv6.410RqB3.210

2741040.419210