20xx屆新高考二輪復(fù)習(xí)-專題三第2講-帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng)-學(xué)案-資料下載頁
2025-04-05 05:20本頁面
【正文】 知識(shí)解決帶電粒子在靜電場中的運(yùn)動(dòng)的問題，考查學(xué)生的綜合分析能力．第二定律和動(dòng)能定理以及平拋、類平拋知識(shí)解決帶電粒子在靜電場中的運(yùn)動(dòng)的問題，考查學(xué)生的綜合分析能力．【規(guī)范審題】?、賰蓚€(gè)小球和速度方向都沿水平方向，大小不同②兩小球質(zhì)量相同③強(qiáng)調(diào)A不帶電，只受重力，B帶正電荷，還受電場力．④給出A球初速度大小，以及到達(dá)P點(diǎn)的時(shí)間為t⑤B球到達(dá)P點(diǎn)的時(shí)間是A球的一半．審題結(jié)果兩個(gè)小球一個(gè)不帶電，做平拋運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)帶正電荷，做類平拋運(yùn)動(dòng)；兩個(gè)小球初速度大小不同，都是從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)，豎直位移，水平位移相同，運(yùn)動(dòng)時(shí)間A是B的兩倍.【思路分析】 分解運(yùn)動(dòng)，豎直方向的位移相同，時(shí)間是二倍關(guān)系，所以豎直方向B的加速度是A的四倍；又因?yàn)樗轿灰葡嗤运椒较駼的速度是A的兩倍．【總結(jié)提升】 優(yōu)選最佳解題方案，可事半功倍．一般涉及時(shí)間的運(yùn)動(dòng)問題，采用牛頓第二定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解題；不涉及時(shí)間時(shí)，采用動(dòng)能定理或功能關(guān)系解題．規(guī)律總結(jié)處理帶電粒子在電場、重力場中直線運(yùn)動(dòng)的方法：帶電體在電場以及重力場的共同作用下運(yùn)動(dòng)，軌跡為直線的條件是帶電體所受的合力為零或帶電體的運(yùn)動(dòng)方向與合力方向在一條直線上．處理此類問題的方法：(1)根據(jù)帶電體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析，綜合牛頓運(yùn)動(dòng)定律和勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律解決問題；(2)根據(jù)功能關(guān)系或能量守恒的觀點(diǎn)來處理問題，分析帶電體的能量轉(zhuǎn)化情況時(shí)，往往涉及重力勢能、電勢能以及動(dòng)能的轉(zhuǎn)化，但應(yīng)注意能的總量保持不變．〔考向預(yù)測〕4．(多選)(2020江西五校聯(lián)考)如圖所示，含有H、H、He的帶電粒子束從小孔O1處射入速度選擇器，沿直線O1O2運(yùn)動(dòng)的粒子在小孔O2處射出后垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場，最終打在PP2兩點(diǎn)．則( BC )A．打在P1點(diǎn)的粒子是HeB．打在P2點(diǎn)的粒子是H和HeC．O2P2的長度是O2P1長度的2倍D．粒子在偏轉(zhuǎn)磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間都相等【解析】 帶電粒子在沿直線通過速度選擇器時(shí)，電場力與洛倫茲力大小相等、方向相反，即qvB＝qE，所以v＝，可知從粒子速度選擇器中射出的粒子具有相同的速度，帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，qvB＝，所以r＝＝，可知粒子的比荷越大，運(yùn)動(dòng)的半徑越小，所以打在P1點(diǎn)的粒子是H，打在P2點(diǎn)的粒子是H和He，故A錯(cuò)誤，B正確；由題中的數(shù)據(jù)可得H的比荷是H和He的比荷的2倍，所以H的軌道的半徑是H和He的半徑的，即O2P2的長度是O2P1長度的2倍，故C正確；粒子運(yùn)動(dòng)的周期T＝＝，三種粒子的比荷不全相同，所以粒子在偏轉(zhuǎn)磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不全相等，故D錯(cuò)誤．5．電動(dòng)自行車是一種應(yīng)用廣泛的交通工具，其速度控制是通過轉(zhuǎn)動(dòng)右把手實(shí)現(xiàn)的，這種轉(zhuǎn)動(dòng)把手稱“霍爾轉(zhuǎn)把”，屬于傳感器非接觸控制．轉(zhuǎn)把內(nèi)部有永久磁鐵和霍爾器件等，截面如圖甲．開啟電源時(shí)，在霍爾器件的上下面之間加一定的電壓，形成電流，如圖乙．隨著轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動(dòng)，其內(nèi)部的永久磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾器件能輸出控制車速的電壓，已知電壓與車速關(guān)系如圖丙．以下關(guān)于“霍爾轉(zhuǎn)把”敘述正確的是( B )A．為提高控制的靈敏度，永久磁鐵的上、下端分別為N、S極B．按圖甲順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)車的右把手，車速將變快C．圖乙中從霍爾器件的左右側(cè)面輸出控制車速的霍爾電壓D．若霍爾器件的上下面之間所加電壓正負(fù)極性對(duì)調(diào)，將影響車速控制【解析】 由于在霍爾器件的上下面之間加一定的電壓，形成電流，當(dāng)永久磁鐵的上下端分別為N、S極時(shí)，磁場與電子的移動(dòng)方向平行，則電子不受洛倫茲力作用，那么霍爾器件不能輸出控制車速的電勢差，故A錯(cuò)誤；當(dāng)按圖甲順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)把手，導(dǎo)致霍爾器件周圍的磁場增加，那么霍爾器件輸出控制車速的電勢差增大，因此車速變快，故B正確；根據(jù)題意，結(jié)合圖乙的示意圖，永久磁鐵的N、S極可能在左、右側(cè)面，或在前、后表面，因此從霍爾器件輸出控制車速的電勢差，不一定在霍爾器件的左右側(cè)面，也可能在前后表面，故C錯(cuò)誤；當(dāng)霍爾器件的上下面之間所加電壓正負(fù)極性對(duì)調(diào)，從霍爾器件輸出控制車速的電勢差正負(fù)號(hào)相反，但由圖丙可知，不會(huì)影響車速控制，故D錯(cuò)誤．6．(2020重慶八中模擬)如圖所示，OO′為平行板電容器的中線，板間為勻強(qiáng)電場．在O點(diǎn)分別以v0、的速度水平拋出A、B兩質(zhì)量都為m且?guī)N電荷的小球，qA∶qB＝3∶1，兩小球運(yùn)動(dòng)軌跡恰關(guān)于OO′對(duì)稱，重力加速度為g，則A球受到電場力大小為( A )A．mg B．mgC．mg D．mg【解析】 兩軌跡關(guān)于水平線對(duì)稱，說明相同水平位移處，位移偏角相同，位移偏角為tanθ＝，所以aA∶aB＝4∶1，即合外力之比為4∶，則受電場力都向上，有(FA－G)∶(G－FB)＝4∶1，且FA∶FB＝3∶1，解得FA＝mg，故選項(xiàng)A正確．7．(多選)(2020四川達(dá)州聯(lián)考)如圖所示，M、N是組成電容器的兩塊水平放置的平行金屬極板，M中間有一小孔．M、N分別接到電壓恒定的電源上(圖中未畫出)．、帶電量為q的微粒從A點(diǎn)由靜止下落，到達(dá)極板N時(shí)速度剛好為零(不計(jì)空氣阻力，( BD )A．帶電微粒在M、N兩極板間往復(fù)運(yùn)動(dòng)B．兩極板間電場強(qiáng)度大小為C．若將M向下平移，微粒仍從A點(diǎn)由靜止下落，進(jìn)入電場后速度為零的位置與N的距離為hD．若將N向上平移，微粒仍從A由靜止下落，進(jìn)入電場后速度為零的位置與M的距離為h【解析】 由于粒子在電場中和在電場外受到的力都是恒力不變，可知粒子將在點(diǎn)A和下極板之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理：mg3h＝Eq2h，解得E＝，選項(xiàng)B正確；若將M向下平移，則板間場強(qiáng)變?yōu)镋1＝＝＝E，則當(dāng)粒子速度為零時(shí)，由動(dòng)能定理：mg(3h－Δh)＝E1q(－Δh)，可知方程無解，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若將N向上平移，則板間場強(qiáng)變?yōu)镋2＝＝＝E，則當(dāng)粒子為零時(shí)的位置與M極板相距Δh′，由動(dòng)能定理：mg(h＋Δh′)＝E2qΔh′，解得Δh′＝h，選項(xiàng)D正確；故選B、D．8．(2020四川雅安三診)如圖所示，在豎直平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系，y軸沿豎直方向．在Ⅰ區(qū)域(x＝0到x＝L之間)存在豎直向上的勻強(qiáng)電場和垂直坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場，Ⅱ區(qū)域(x＝L到x＝2L之間)存在垂直坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場，兩個(gè)區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B＝.一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為q的帶電粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O以初速度v0沿＋x方向射入，沿直線通過Ⅰ區(qū)域，最后從Ⅱ區(qū)域離開．粒子重力不計(jì)，求：(1)電場強(qiáng)度大??；(2)帶電粒子在Ⅰ、Ⅱ區(qū)域運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間．【答案】 (1) (2)【解析】 (1)粒子在Ⅰ區(qū)域做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則qE＝qv0B解得E＝(2)粒子在Ⅰ區(qū)域運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1＝粒子在Ⅱ區(qū)域做勻速圓周運(yùn)動(dòng)qv0B＝m解得R＝2L由幾何關(guān)系得，粒子在Ⅱ區(qū)域做圓周運(yùn)動(dòng)，圓心角為θ＝30176。由T＝得T＝則粒子在Ⅱ區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2＝T＝則粒子運(yùn)動(dòng)總時(shí)間t＝t1＋t2＝
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