【物理】2009高考二輪專題復(fù)習(xí)課件：帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng).ppt

專題八帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 目錄 要點(diǎn)回顧 3 典例賞析 4 跟蹤練習(xí) 17 返回目錄 在電場(chǎng)中移動(dòng)電荷電場(chǎng)力做的功為 只與始末位置的電勢(shì)差有關(guān) 在只有電場(chǎng)力做功的情況下 電場(chǎng)力做功的過(guò)程是相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程 洛侖茲力不做功 因?yàn)槁鍋銎澚κ冀K與電荷的運(yùn)動(dòng)方向垂直 故洛侖茲力不能改變速度的 只能改變速度的 洛侖茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷功 要點(diǎn)回顧 答案 W qU 電勢(shì)能和動(dòng)能 大小 方向 不做 返回目錄 典例賞析 去磁場(chǎng) 保留電場(chǎng) 粒子仍以上述初速度從D點(diǎn)射入場(chǎng)區(qū) 則從bc邊上的P點(diǎn)射出場(chǎng)區(qū) 假設(shè)P點(diǎn)的縱坐標(biāo)y l0 如果撤去電場(chǎng) 保留磁場(chǎng) 粒子仍以上述的初速度從D點(diǎn)射入場(chǎng)區(qū) 在l0有不同取值的情況下 求粒子射出場(chǎng)區(qū)時(shí) 出射點(diǎn)在場(chǎng)區(qū)邊界上的分布范圍 變式練習(xí)1如圖所示 以正方形abcO為邊界的區(qū)域內(nèi)有平行于x軸 指向負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 正方形邊長(zhǎng)為L(zhǎng) 帶電粒子 不計(jì)重力 從Oc邊的中點(diǎn)D以某一初速度平行于y軸正方向射入場(chǎng)區(qū) 恰好沿直線從ab邊射出場(chǎng)區(qū) 如果撤 返回目錄 典例賞析 解析 設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度為E 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 粒子質(zhì)量為m 電量為q 初速度為v 當(dāng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)存在時(shí) 有 qvB qE撤去磁場(chǎng) 在電場(chǎng)力作用下向右做類平拋運(yùn)動(dòng) 出場(chǎng)時(shí)間偏轉(zhuǎn)加速度偏轉(zhuǎn)距離撤去電場(chǎng) 粒子軌跡如圖所示 設(shè)軌跡半徑為R 出射點(diǎn)A縱坐標(biāo)為yA 則 返回目錄 典例賞析 由以上各式可解得 討論 1 若要從O點(diǎn)射出 則yA 0 R 2 若要從a點(diǎn)射出 則yA L 得 L 故不能從a點(diǎn)射出 3 當(dāng)l0 L時(shí) 可得即A點(diǎn)縱坐標(biāo)最大值為 4 當(dāng) l0 L 出射點(diǎn)在縱軸上的分布范圍為 返回目錄 典例賞析 5 當(dāng)l0 時(shí) y 0 出射點(diǎn)在橫軸上的分布范圍為之間 變式練習(xí)2如圖甲所示 一對(duì)平行放置的金屬板M N的中心各有一小孔P Q PQ的連線垂直于金屬板 兩板間距為d 答案 見(jiàn)解析 返回目錄 典例賞析 1 如果在板M N之間加上垂直于紙面方向的磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化如圖乙所示 T 0時(shí)刻 質(zhì)量為m 電量為 q的粒子沿PQ方向以速度v0射入磁場(chǎng) 正好垂直于N板從Q孔射出磁場(chǎng) 已知粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)間恰為一個(gè)周期 且與磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的周期相同 求v0的大小 2 如果在板M N間加上沿PQ方向的電場(chǎng) 場(chǎng)強(qiáng)隨時(shí)間變化如圖丙所示 在P孔處放一粒子源 粒子源連續(xù)不斷地放出質(zhì)量為m 帶電量為 q的粒子 粒子初速度和粒子間相互作用力不計(jì) 已知只有在每個(gè)周期的1 4個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)放出的帶電粒子才能從小孔Q處射出 求這些帶電粒子到達(dá)Q孔處的速度范圍 返回目錄 典例賞析 解析 1 因?yàn)榱Ｗ釉诖艌?chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的周期相同 且?guī)щ娏Ｗ釉诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間只有一個(gè)周期 設(shè)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R 則有 根據(jù)牛頓第二定律和洛侖茲力公式有解得 2 設(shè)場(chǎng)強(qiáng)隨時(shí)間變化的周期為T 依題意 在 n 0 1 2 3 時(shí)刻 從P點(diǎn)放出的帶電粒子在電場(chǎng)中先做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 然后以大小相同的加速度做勻減速直線運(yùn)動(dòng) 在相 返回目錄 典例賞析 同的時(shí)間內(nèi)到達(dá)Q孔的速度恰為零 在t nT n 0 1 2 3 時(shí)刻 從P點(diǎn)放出的帶電粒子在電場(chǎng)中一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t T 2 經(jīng)過(guò)Q孔的速度最大 設(shè)此速度為vm 根據(jù)動(dòng)能定理有 解得 所以 帶電粒子到達(dá)Q孔可能的速度范圍為 0 v 答案 0 v 典例賞析 原點(diǎn)O 處于靜止?fàn)顟B(tài) 另一質(zhì)量為2m帶電量為 4q的液滴b以某一速度從P點(diǎn)沿x軸作勻速直線運(yùn)動(dòng) 到O點(diǎn)與a相撞 撞后a b液滴合為一體 設(shè)碰撞前a b之間的靜電力不計(jì) 取重力加速度大小為g 求 1 勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E為多大 液滴b運(yùn)動(dòng)的速度v0為多大 返回目錄 變式練習(xí)3如圖所示 空間存在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁場(chǎng) 勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向豎直向下 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 方向垂直紙面向里 一質(zhì)量為m帶電量為 q的液滴a位于坐標(biāo) 解析 1 由a受力平衡有mq qE得b作勻速直線運(yùn)動(dòng)所受力平衡 則4qv0B 2mg 4qE 0 2 根據(jù)動(dòng)量守恒 2mv0 3mv1 典例賞析 2 若液滴a b相碰的瞬間將電場(chǎng)反向 大小不變 液滴到達(dá)的平面所需的時(shí)間t為多少 返回目錄 典例賞析 當(dāng)電場(chǎng)反向時(shí)液滴受電場(chǎng)力3qE 方向向上 因3qE 3mg 故電場(chǎng)力與重力平衡 液滴在洛侖茲力作用下以O(shè) 為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 如圖所示 則圓周運(yùn)動(dòng)半徑R為 周期T為 因所以 60 故運(yùn)動(dòng)時(shí)間t為 返回目錄 答案 1 2 典例賞析 變式練習(xí)4如圖所示 一束波長(zhǎng)為 的強(qiáng)光射在金屬板P的A點(diǎn)發(fā)生了光電效應(yīng) 能從A點(diǎn)向各個(gè)方向逸出不同速度的光電子 金屬板P的左側(cè)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 范圍足夠大 在A處上方L處有一涂熒光材料的金屬條Q 并與P垂直 若有一細(xì)光束射到A處 金屬條Q受到光電子的沖擊而出現(xiàn)熒光的部分集中在CD間 且CD L 光電子質(zhì)量為m 電荷量為e 光速為c 則 1 金屬板P逸出光電子后帶什么電 2 計(jì)算P金屬板發(fā)生光電效應(yīng)的逸出功W 3 從D點(diǎn)飛出的光電子中 在磁場(chǎng)中飛行的最短時(shí)間是多少 返回目錄 返回目錄 典例賞析 解析 1 由電荷守恒定律得知 P帶正電 2 所有光電子中半徑最大值由牛頓運(yùn)動(dòng)定律得 典例賞析 又由光電效應(yīng)方程得 3 以最大半徑運(yùn)動(dòng)并經(jīng)B點(diǎn)的電子轉(zhuǎn)過(guò)圓心角最小 運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短解得 返回目錄 答案 1 正電 2 3 跟蹤練習(xí) 返回目錄 1 電子的速度為v 穿過(guò)正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速直線運(yùn)動(dòng) 若不計(jì)粒子的重力 入射速度方向不變 則 A 質(zhì)子以v射入 不會(huì)發(fā)生偏折B 粒子以v射入 會(huì)發(fā)生偏折C 當(dāng)電子入射速度v v時(shí) 將做類平拋運(yùn)動(dòng)D 當(dāng)電子入射速度v v時(shí) 將發(fā)生偏轉(zhuǎn) 且動(dòng)能要增加 解析 電子以速度v穿過(guò)正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速直線運(yùn)動(dòng) 即evB eE v E B與電荷q無(wú)關(guān) 當(dāng)電子以大于v的速度射入時(shí) 受到的洛侖茲力大于電場(chǎng)力而偏轉(zhuǎn) 洛侖茲力大小和方向隨 跟蹤練習(xí) 返回目錄 之變化 合外力變化 當(dāng)電子以小于v的速度射入時(shí) 受到的洛侖茲力小于電場(chǎng)力而向電場(chǎng)力方向偏轉(zhuǎn) 電場(chǎng)力做正功 洛侖茲力不做功 電子的動(dòng)能增加 2 質(zhì)量為m 帶電荷量為q的帶正電油滴 以一定的水平速度進(jìn)入方向均為豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中 恰好做直徑為d的勻速圓周運(yùn)動(dòng) 則 A 油滴的運(yùn)動(dòng)軌道平面一定水平B 油滴完成半個(gè)圓周動(dòng)量的改變量是Bqd 答案 AD 跟蹤練習(xí) 返回目錄 C 油滴運(yùn)動(dòng)的加速度是D 若磁場(chǎng)增強(qiáng) 油滴的轉(zhuǎn)速并不改變 解析 油滴在題給復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 所以油滴所受的電場(chǎng)力與重力平衡 洛侖茲力提供向心力 洛侖茲力與磁場(chǎng)垂直在水平面內(nèi) 油滴的運(yùn)動(dòng)軌道平面一定水平 Bqv 2mv2 d 對(duì)油滴由動(dòng)量定理有 P 2mv Bqd 對(duì)油滴由牛頓第二定律可得a f m Bqv m Bq P 2m2 B2q2d 2m2 若磁場(chǎng)增強(qiáng) 提供的向心力增大 油滴的轉(zhuǎn)速增大 答案 ABC 跟蹤練習(xí) 返回目錄 3 在空間中的A B兩點(diǎn)固定著一對(duì)等量同種電荷 有一帶電微粒在它們產(chǎn)生的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 設(shè)帶電微粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只受到電場(chǎng)力的作用 則帶電微粒所做的運(yùn)動(dòng)可能是 A 勻變速直線運(yùn)動(dòng)B 勻速圓周運(yùn)動(dòng)C 拋物線運(yùn)動(dòng)D 機(jī)械振動(dòng) 解析 根據(jù)等量同種電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)的特點(diǎn) 若帶電粒子處于兩電荷連線以外 帶電粒子所受電場(chǎng)力的大小 方向 不在一條直線上 均是變化的 帶電粒子不可能做題中所給定的任一種運(yùn)動(dòng) 若帶電粒子處于兩電荷連線之間時(shí) 在連線中點(diǎn)所受電場(chǎng)力為零 在 跟蹤練習(xí) 返回目錄 連線中點(diǎn)兩側(cè)所受電場(chǎng)力可能指向連線中點(diǎn) 帶電粒子的電性與兩場(chǎng)源電荷同性時(shí) 因此帶電粒子可能做機(jī)械振動(dòng) 4 如圖所示 a b c表示點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中的三個(gè)等勢(shì)面 它們的電勢(shì)分別為U 一帶電粒子 重力不計(jì) 從等勢(shì)面a上某處由靜止釋放后 僅受電場(chǎng)力作用而運(yùn)動(dòng) 已知它經(jīng)過(guò)等勢(shì)面b時(shí)的速率為v 則它經(jīng)過(guò)等勢(shì)面c時(shí)的速率為 A 1 5vB C D 答案 D 跟蹤練習(xí) 返回目錄 解析 帶電粒子僅受電場(chǎng)力作用 則系統(tǒng)的電勢(shì)能和動(dòng)能的總量不變 在a等勢(shì)面只有電勢(shì)能qU 設(shè)粒子電量為q 在b等勢(shì)面有電勢(shì)能和動(dòng)能 總量為在c等勢(shì)面有電勢(shì)能和動(dòng)能 總量為 vc為粒子在等勢(shì)面上的速度 因此有 解得 vc 1 5v5 光滑水平面上有一邊長(zhǎng)為l的正方形區(qū)域處在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中 電場(chǎng)方向與正方形一邊平行 一質(zhì)量為m 帶電荷量為q的小 答案 A 跟蹤練習(xí) 返回目錄 球由正方形某一邊的中點(diǎn) 以垂直于該邊的水平初速v0進(jìn)入該正方形區(qū)域 當(dāng)小球再次運(yùn)動(dòng)到該正方形區(qū)域的邊緣時(shí) 具有的動(dòng)能不可能為 A 0B C D 解析 小球進(jìn)入正方形區(qū)域后 水平方向只受恒定的電場(chǎng)力作用 即只有電場(chǎng)力對(duì)其做功 據(jù)題意 小球所受的電場(chǎng)力方向與其初速度方向間可能的關(guān)系有三種 相互垂直 方向相同 方向相反 對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)情形是 類平拋運(yùn)動(dòng) 勻加速直線運(yùn)動(dòng) 勻減速直線運(yùn)動(dòng) 可能反向 跟蹤練習(xí) 返回目錄 由動(dòng)能定理可得 小球做勻加速直線運(yùn)動(dòng)再次運(yùn)動(dòng)到該正方形區(qū)域的邊緣時(shí)具有最大動(dòng)能 小球做勻減速直線運(yùn)動(dòng)再次運(yùn)動(dòng)到該正方形區(qū)域的正對(duì)起始邊的邊緣時(shí)具有最小動(dòng)能 且當(dāng)電場(chǎng)力的功qEl恰等于初動(dòng)能時(shí) 末動(dòng)能為零 小球做勻減速直線運(yùn)動(dòng) 并在電場(chǎng)中某處反向后回到起始邊時(shí) 電場(chǎng)力的功為零 末動(dòng)能等于初動(dòng)能 答案 D 跟蹤練習(xí) 返回目錄 6 如圖所示 有一重為G 帶電量為q的小球 從兩豎直的帶等量異種電荷的平行板上方邊緣處由靜止起落下 兩板間有勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁場(chǎng)方向垂直紙面向里 那么小球通過(guò)正交的復(fù)合場(chǎng)時(shí) A 一定做曲線運(yùn)動(dòng)B 不可能做曲線運(yùn)動(dòng)C 可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)D 可能做勻加速直線運(yùn)動(dòng) A 解析 小球受重力 電場(chǎng)力 洛侖茲力作用 不可能做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 因?yàn)槁鍋銎澚﹄S速度的變化而變化 當(dāng)速度均勻變化時(shí) 合外力不可能恒定 跟蹤練習(xí) 返回目錄 7 如圖所示 一束質(zhì)量 速度和電量不同的正離子垂直地射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)正交的區(qū)域里 結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向 未發(fā)生任何偏轉(zhuǎn) 如果讓這些不偏轉(zhuǎn)的離子進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 發(fā)現(xiàn)這些離子分裂成幾束 對(duì)這些進(jìn)入后一磁場(chǎng)的離子 可得結(jié)論 A 它們的動(dòng)能一定各不相同B 它們的動(dòng)量一定各不相同C 它們的質(zhì)量一定各不相同D 它們的電量與質(zhì)量之比一定各不相同 跟蹤練習(xí) 返回目錄 解析 正離子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)的正交區(qū)域 保持原方向運(yùn)動(dòng)的離子一定滿足qE qvB即 v 的離子向洛侖茲力方向偏轉(zhuǎn) v 的離子向電場(chǎng)力方向偏轉(zhuǎn) 此題中直線穿過(guò)復(fù)合場(chǎng)的離子速度均相同 進(jìn)入磁場(chǎng)后因圓周運(yùn)動(dòng)半徑不同而分開(kāi) 8 如圖所示是電視機(jī)的顯像管的結(jié)構(gòu)示意圖 熒光屏平面位于坐標(biāo)平面xOz y軸是顯像管的縱軸線 位于顯像管尾部的燈絲被電流加熱后會(huì)有電子逸出 這些電子在加速電壓的作用下以很高的速度沿y軸向 y方向射出 構(gòu)成了顯像管的 電子槍 答案 D 跟蹤練習(xí) 返回目錄 如果沒(méi)有其他力作用 從電子槍發(fā)射出的高速電子將做勻速直線運(yùn)動(dòng)打到坐標(biāo)原點(diǎn)O 使熒光屏的正中間出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn) 當(dāng)在顯像管的管頸處的較小區(qū)域 圖中B部分 沿z方向的磁場(chǎng) 偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 亮點(diǎn)將偏離原點(diǎn)O而打在x軸上的某一點(diǎn) 偏離的方向和距離 跟蹤練習(xí) 返回目錄 大小依賴于磁感應(yīng)強(qiáng)度B 為使熒光屏上出現(xiàn)沿x軸的一條貫穿全屏的水平亮線 電子束的水平掃描運(yùn)動(dòng) 偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律是下列情況的哪一個(gè) 解析 電子以高速沿 y方向射出 在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí) 時(shí)間很短 可認(rèn)為磁感應(yīng)強(qiáng)度恒定 磁場(chǎng)區(qū)域及電子速度均一定 偏轉(zhuǎn)量 跟蹤練習(xí) 返回目錄 大的電子半徑小 偏轉(zhuǎn)量小的電子半徑大 故要想出現(xiàn)一條沿x軸貫穿全屏的水平亮線 電子半徑應(yīng)先增大后減小 由磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)先減小后增大 且電子打在x軸正向方面和負(fù)向方面時(shí)電子偏轉(zhuǎn)方向不同 故磁感應(yīng)強(qiáng)度也應(yīng)換向 答案 A 9 如圖所示為一電磁流量計(jì)的示意圖 一根用非磁性材料制成的直徑為d的圓管道 其中一段處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 方向垂直管道軸線指向紙里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 當(dāng) 跟蹤練習(xí) 返回目錄 管道內(nèi)導(dǎo)電液體流經(jīng)這一磁場(chǎng)區(qū)時(shí)可測(cè)得管壁上a b兩點(diǎn)間最終有恒定電壓U 由此可知管內(nèi)導(dǎo)電液體的流量為多少 答案 解析 當(dāng)a b兩點(diǎn)間有穩(wěn)定電壓U時(shí) 離子受的洛侖茲力與電場(chǎng)力相等 電場(chǎng)力是正 負(fù)離子受洛侖茲力而分別向下 上偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生 qE qvB 而可得液體流量 跟蹤練習(xí) 返回目錄 10 一種質(zhì)譜儀工作原理示意圖如圖所示 在以O(shè)為圓心 OH為對(duì)稱軸 夾角為2 的扇形區(qū)域內(nèi)分布著方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 對(duì)稱于OH軸的C和D分別是離子發(fā)射點(diǎn)和收集點(diǎn) CM垂直磁場(chǎng)左邊界于M 且OM d 現(xiàn)有一正離子束以小發(fā)散角 紙面內(nèi) 從C射出 這些離子在CM方向上的分速度均為v0 若該離子束中荷質(zhì)比為的離子都能匯聚到D 試求 1 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向 提示 可考慮沿CM方向運(yùn)動(dòng)的離子為研究對(duì)象 跟蹤練習(xí) 返回目錄 2 離子沿與CM成 角的直線CN進(jìn)入磁場(chǎng) 其軌道半徑和在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 3 線段CM的長(zhǎng)度 解析 1 設(shè)沿CM方向運(yùn)動(dòng)的離子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半