2013届高考一轮物理复习课件选修3-1第八章_磁场第3讲_带电粒子在复合场中的运动(教科版).

考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验第3讲带电粒子在复合场中的运动2013届高考一轮物理复习课件选修3-1第八章磁场（教科版）考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验复合场是指电场、____和重力场并存，或其中某两场并存，或分区域存在．从场的复合形式上一般可分为如下四种情况：①相邻场；②重叠场；③交替场；④交变场.复合场磁场考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于____状态或做____________．匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小____，方向____时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做________运动．带电粒子在复合场中的运动分类静止1.匀速直线运动2．相等相反匀速圆周考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验较复杂的曲线运动当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上，粒子做____变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线．分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成.3．4．非匀考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验电场磁场同区域应用实例考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验复合场中重力是否考虑的三种情况(1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略．而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等，一般应考虑其重力．(2)在题目中明确说明的按说明要求是否考虑重力．(3)不能直接判断是否考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时，要由分析结果确定是否考虑重力．温馨提示考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验如图8－3－1是磁流体发电机的原理示意图，金属板M、N正对着平行放置，且板面垂直于纸面，在两板之间接有电阻R.在极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场．当等离子束(分图8－3－11．别带有等量正、负电荷的离子束)从左向右进入极板时，下列说法中正确的是()．A．N板的电势高于M板的电势B．M板的电势高于N板的电势C．R中有由b向a方向的电流D．R中有由a向b方向的电流考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验解析本题考查洛伦兹力的方向的判断，电流形成的条件等知识点．根据左手定则可知正电荷向上极板偏转，负电荷向下极板偏转，则M板的电势高于N板的电势．M板相当于电源的正板，那么R中有由a向b方向的电流．答案BD考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验如图8－3－2所示，有一混合正离子束先后通过正交的电场、磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子流在区域Ⅰ中不偏转，进入区图8－3－22．域Ⅱ后偏转半径r相同，则它们一定具有相同的()．A．速度B．质量C．电荷量D．比荷答案AD考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验(2012·南昌高三调研)某空间存在水平方向的匀强电场(图中未画出)，带电小球沿如图8－3－3所示的直线斜向下由A点沿直线向B点运动，此空间同时存在由A指向B的匀强磁场，则下列说法正确的是()．A．小球一定带正电B．小球可能做匀速直线运动C．带电小球一定做匀加速直线运动D．运动过程中，小球的机械能增大图8－3－33．考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验解析本题考查带电体在复合场中的运动问题．由于重力方向竖直向下，空间存在磁场，且直线运动方向斜向下，与磁场方向相同，故不受磁场力作用，电场力必水平向右，但电场具体方向未知，故不能判断带电小球的电性，选项A错误；重力和电场力的合力不为零，故不是匀速直线运动，所以选项B错误；因为重力与电场力的合力方向与运动方向相同，故小球一定做匀加速运动，选项C正确；运动过程中由于电场力做正功，故机械能增大，选项D正确．答案CD考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验如图8－3－4所示，在空间中存在垂直纸面向里的匀强磁场，其竖直边界AB，CD的宽度为d，在边界AB左侧是竖直向下、场强为E的匀强电场．现有质量为m、带电量为＋q的粒子(不计重力)从P点以大小为v0的水平初速度射入电场，随后与边界AB成45°射入磁场．若粒子能垂直CD边界飞出磁场，穿过小孔进入如图所示两竖直平行金属板间的匀强电场中减速至零且不碰到正极板．(1)请画出粒子上述过程中的运动轨迹，并求出粒子进入磁场时的速度大小v；(2)求匀强磁场的磁感应强度B；(3)求金属板间的电压U的最小值．4．考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验图8－3－4考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验解(1)轨迹如图所示v＝v0cos45°＝2v0考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验(2)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动设其轨道半径R，由几何关系可知R＝dsin45°＝2dqvB＝mv2R解得B＝mv0qd(3)粒子进入板间电场至速度减为零的过程，由动能定理有－qU＝0－12mv2解得U＝mv02q.答案(1)轨迹见解析图2v0(2)mv0qd(3)mv02q考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验“电偏转”和“磁偏转”的比较考点一带电粒子在分离复合场中的运动垂直进入磁场(磁偏转)垂直进入电场(电偏转)情景图考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验垂直进入磁场(磁偏转)垂直进入电场(电偏转)受力FB＝qv0B大小不变，方向总指向圆心，方向变化，FB为变力FE＝qE，FE大小、方向不变，为恒力运动规律匀速圆周运动r＝mv0Bq，T＝2πmBq类平抛运动vx＝v0，vy＝Eqmtx＝v0t，y＝Eq2mt2运动时间t＝θ2πT＝θmBqt＝Lv0，具有等时性动能不变变化考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验在竖直平面内，以虚线为界分布着如图8－3－5所示的匀强电场和匀强磁场，其中匀强电场的方向竖直向下，大小为E；匀强磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B.虚线与水平线之间的夹角为θ＝45°，一个带负电荷的粒子在【典例1】图8－3－5O点以速度v0水平射入匀强磁场，已知带电粒子所带的电荷量为q，质量为m(重力忽略不计，电场、磁场区域足够大)．求：(1)带电粒子第1次通过虚线时距O点的距离；(2)带电粒子从O点开始到第3次通过虚线时所经历的时间；(3)带电粒子第4次通过虚线时距O点的距离．考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验解析带电粒子运动的轨迹如图所示(1)据qv0B＝mv02r得r＝mv0qB，又由几何知识可知：d1＝2r，解得d1＝2mv0qB.(2)在磁场中运动时间为t1＝T4＝πm2qB在电场中a＝qEm运动时间为t2＝2v0a＝2mv0qE再一次在磁场中运动t3＝3πm2qB，所以总时间t＝2πmqB＋2mv0qE.考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验(3)再次进入电场中从C到D做类平抛运动(如图所示)x＝v0t4，y＝at422，x＝y，得x＝2mv02qE所以距O点距离为Δd＝2d1－2x＝22mv0qB－22mv02qE.答案(1)2mv0qB(2)2πmqB＋2mv0qE(3)22mv0qB－22mv02qE考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验——解决带电粒子在分离复合场中运动问题的思路方法考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验在如图8－3－6所示的空间坐标系中，y轴的左侧有一匀强电场，场强大小为E，场强方向与y轴负方向成30°，y轴的右侧有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B(未画出)．现有一质子在x轴上坐标为x0＝10cm处的A点，以一定的初速度v0第一次沿x轴正方向射入磁场，第二次沿x轴负方向射入磁场，回旋后都垂直于电场方向射入电场，最后又进入磁场．求：【变式1】图8－3－6(1)质子在匀强磁场中的轨迹半径R；(2)质子两次在磁场中运动时间之比；考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验(3)若第一次射入磁场的质子经电场偏转后，恰好从第二次射入磁场的质子进入电场的位置再次进入磁场，试求初速度v0和电场强度E、磁感应强度B之间需要满足的条件．解析(1)质子两次运动的轨迹如图所示，由几何关系可知x0＝Rsin30°解得R＝2x0＝20cm.(2)第一次射入磁场的质子，轨迹对应的圆心角为θ1＝210°第二次射入磁场的质子，轨迹对应的圆心角为θ2＝30°故质子两次在磁场中运动时间之比为t1∶t2＝θ1∶θ2＝7∶1.(3)质子在磁场中做匀速圆周运动时，由ev0B＝mv02R得R＝mv0eB考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验设第一次射入磁场的质子，从y轴上的P点进入电场做类平抛运动，从y轴上的Q点进入磁场，由几何关系得，质子沿y轴的位移为Δy＝2R质子的加速度a＝eEm沿电场方向Δycos30°＝12at2垂直电场方向Δysin30°＝v0t解得v0＝3E6B.答案(1)20cm(2)7∶1(3)v0＝3E6B考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验带电粒子(体)在复合场中的运动问题求解要点(1)受力分析是基础．在受力分析时是否考虑重力必须注意题目条件．(2)运动过程分析是关键．在运动过程分析中应注意物体做直线运动，曲线运动及圆周运动、类平抛运动的条件．(3)构建物理模型是难点．根据不同的运动过程及物理模型选择合适的物理规律列方程求解．考点二带电粒子在叠加复合场中的运动考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验【典例2】如图8－3－7所示，与水平面成37°的倾斜轨道AC，其延长线在D点与半圆轨道DF相切，全部轨道为绝缘材料制成且位于竖直面内，整个空间存在水平向左的匀强电场，MN的右侧存在垂直纸面向里的匀强磁场(C点处于MN边界上)．一质量为0.4kg的带电小球沿轨道AC下滑，至C点时速度为vC＝1007m/s，接着沿直线CD运动到D处进入半圆轨道，进入时无动能损失，且恰好能通过F点，在F点速度vF＝4m/s(不计空气阻力，g＝10m/s2，cos37°＝0.8)．求：考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验图8－3－7(1)小球带何种电荷？(2)小球在半圆轨道部分克服摩擦力所做的功；(3)小球从F点飞出时磁场同时消失，小球离开F点后的运动轨迹与直线AC(或延长线)的交点为(G点未标出)，求G点到D点的距离．考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验解析(1)正电荷(2)依题意可知小球在CD间做匀速直线运动在D点速度为vD＝vC＝1007m/s在CD段受重力、电场力、洛伦兹力且合力为0，设重力与电场力的合力为F＝qvCB又F＝mgcos37°＝5N解得qB＝FvC＝720在F处由牛顿第二定律可得qvFB＋F＝mvF2R考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验答案见解析把qB＝720代入得R＝1m小球在DF段克服摩擦力做功Wf，由动能定理可得－Wf－2FR＝mvF2－vD22Wf＝27.6J(3)小球离开F点后做类平抛运动，其加速度为a＝Fm由2R＝at22得t＝4mRF＝225s交点G与D点的距离GD＝vFt＝1.62m＝2.26m.考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验(2011·广东六校联合体联考)如图8－3－8所示，竖直平面内有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场强度E1＝2500N/C，方向竖直向上；磁感应强度B＝103T，方向垂直纸面向外；有一质量m＝1×10－2kg、电荷量q