2013届高考物理二轮复习热点难点专题透析专题3：带电粒子在电场和磁场中的运动课件(203张ppt)

第3专题主编AH决胜高考专案突破名师诊断对点集训【考情报告】名师诊断专案突破对点集训决胜高考看,多属于中等难度和较难的题.考题常以科学技术的具体问题为背景,考查从实际问题中获取并处理信息,解决实际问题的能力.计算题还常常成为试卷的压轴题.【考向预测】带电粒子在电场、磁场(或电场、磁场和重力场的复合场)中的运动是高中物理中的重点内容.这类问题对学生的空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识解决物理问题的能力有较高的要求,是考查考生多项能力的极好载体,因此成为高考的热点.从试题的难度上名师诊断专案突破对点集训决胜高考预计2013年高考理综物理试题仍将突出对电场和磁场的考查,仍会有关于带电粒子在电场和磁场中的运动的试题.考查形式既可以是选择题也可以是计算题,选择题用来考查场的描述和性质、场力,侧重于对识记和理解的考查.计算题主要考查带电粒子在电场、磁场中的运动和在复合场中的运动,特别是带电粒子在有界磁场、组合场中的运动,涉及运动轨迹的几何分析和临界分析,考查的可能较大.其中电场和磁场知识与生产技术、生活实际、科学研究相结合,如示波管、质谱仪、回旋加速器、速度选择器和磁流体发电机等物理模型的应用问题要特别注意.名师诊断专案突破对点集训决胜高考1.如图所示,图中对称的虚线为真空中两个点电荷所产生的静电场中的一簇等势线,a是两电荷连线上的一点.若不计重力的带电粒子从a点射入电场后恰能沿图中的实线运动,b点是其运动轨迹上的另一点,则下述判断正确的是 ()A.此电场为等量同种电荷产生的电场B.此带电粒子在a点初速度可能为零C.带电粒子在a点的加速度小于其在b点的加速度D.由a点到b点的过程中电场力对带电粒子做正功【知能诊断】名师诊断专案突破对点集训决胜高考可确定出带电粒子所受电场力的方向垂直等势线向右,因此a点的初速度不为零,且由a到b的过程中电场力对带电粒子做正功,B错误、D正确.【答案】D【解析】由等势面的特点可确定此电场为等量异种电荷产生的电场,A错;由等势线的疏密可确定EaEb,带电粒子在a点所受电场力大,因此加速度大,C选项错误;由带电粒子运动轨迹和等势线特点,名师诊断专案突破对点集训决胜高考2.如图甲所示,平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度,两极板与一直流电源相连.若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器,则在此过程中,该粒子 ()A.所受重力与电场力平衡B.电势能逐渐增加C.动能逐渐增加D.做匀速直线运动甲名师诊断专案突破对点集训决胜高考乙【解析】重力与电场力不在同一直线上,因此二力不可能平衡,选项A错误;由题意知电场力垂直极板向上,合外力水平向左且为恒力,带电粒子做匀减速直线运动,选项C、D错误;带电粒子在运动过程中电场力做负功,电势能逐渐增加,选项B正确.【答案】B名师诊断专案突破对点集训决胜高考3.质量和电量都相等的带电粒子M和N,以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场,运行的半圆轨迹如图中虚线所示,下列说法正确的是 ()A.M带负电,N带正电B.M的速率小于N的速率C.洛伦兹力对M、N做正功D.M的运行时间大于N的运行时间名师诊断专案突破对点集训决胜高考【解析】由左手定则知,M带负电,N带正电,A对;粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,所以洛伦兹力不做功,C错;粒子做圆周运动的半径r= ,由图可知,rMrN,则vMvN,B错;粒子在磁场中运动的时间t= = ,质量和电荷都相等的M和N,当磁感应强度B相同时,运动的时间t也相同,D错.【答案】AmvqB2TmqB名师诊断专案突破对点集训决胜高考4.如图所示,带有正电荷的A粒子和B粒子同时以同样大小的速度从宽度为d的有界匀强磁场的边界上的O点分别以与左边界成30°和60°角射入磁场,又恰好不从另一边界飞出,则下列说法:名师诊断专案突破对点集训决胜高考①A、B两粒子在磁场中做圆周运动的半径之比是 ;②A、B两粒子在磁场中做圆周运动的半径之比是 ;③A、B两粒子的 之比是 ;④A、B两粒子的 之比是 其中正确的是 ()A.①③B.②④C.①④D.②③【解析】RAcos30°+RA=d,RBcos60°+RB=d,解得 = = ,①错、②对;因R= ,故 = ∝R,故 = ,③错、④对.13323mq13mq323ABRR1cos601cos30323mvqBmqRBv//AABBmqmq323【答案】B名师诊断专案突破对点集训决胜高考甲5.(2012年重庆模拟)如图甲所示,有一个正方形的匀强磁场区域abcd,e是ad的中点,f是cd的中点.如果在a点沿对角线方向以速度v射入一带负电的带电粒子恰好从e点射出,则 ()名师诊断专案突破对点集训决胜高考A.如果粒子的速度增大为原来的二倍,粒子将从d点射出B.如果粒子的速度增大为原来的三倍,粒子将从f点射出C.如果粒子的速度不变,磁场的磁感应强度变为原来的二倍,粒子将从d点射出D.只改变粒子的速度使其分别从e、d、f点射出时,从e点射出所用的时间最短名师诊断专案突破对点集训决胜高考乙【解析】作出示意图如图乙所示,根据几何关系可以看出,当粒子名师诊断专案突破对点集训决胜高考从d点射出时,轨道半径增大为原来的二倍,由半径公式R= 可知,速度也增大为原来的二倍,选项A正确、C错误;当粒子的速度增大为原来的四倍时,才会从f点射出,选项B错误;据粒子的周期公式T= ,可见粒子的周期与速度无关,在磁场中的运动时间取决于其轨迹圆弧所对应的圆心角,所以从e、d射出时所用时间相等,从f点射出时所用时间最短.【答案】AmvqB2mqB名师诊断专案突破对点集训决胜高考6.对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义.如图所示,质量为m、电荷量为q的铀235离子,从容器A下方的小孔S1不断进入加速电场,其初速度可视为零,然后经过小孔S2垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,做半径为R的匀速圆周运动.离子行进半个圆周后离开磁场并被收集,离开磁场时离子束的等效电流为I.不考虑离子重力及离子间的相互作用.(1)求加速电场的电压U.(2)求出在离子被收集的过程中,任意时间t内收集到离子的质量M.(3)实际上加速电压的大小会在U±ΔU范围内微小变化.若容器名师诊断专案突破对点集训决胜高考【解析】(1)设离子经电场加速后进入磁场时的速度为v,由动能定理得qU= mv2离子在磁场中做匀速圆周运动,所受洛伦兹力充当向心力,即qvB= 122mvRA中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子,如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离,为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠, 应小于多少?(结果用百分数表示,保留两位有效数字)UU名师诊断专案突破对点集训决胜高考解得:U= .(2)设在t时间内收集到的离子个数为N,总电荷量为Q,则Q=ItN= M=Nm由上式解得M= .(3)由上式有R=  设m'为铀238离子的质量,由于电压在U±ΔU之间有微小变化,铀235离子在磁场中运动的最大半径为222qBRmQqmItq1B2mUq名师诊断专案突破对点集训决胜高考Rmax=  铀238离子在磁场中运动的最小半径为Rmin'=  这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠的条件为RmaxRmin'即    则有m(U+ΔU)m'(U-ΔU)  其中铀235离子的质量m=235u(u为原子质量单位),铀238离子的质1B2m(UU)q1B2m'(UU)q1B2m(UU)q1B2m'(UU)qUU''mmmm名师诊断专案突破对点集训决胜高考量m'=238u,故  解得 0.63%.【答案】(1) (2) (3) 0.63%UU238u235u238u235uUU222qBRmmItqUU名师诊断专案突破对点集训决胜高考甲7.如图甲所示,在xOy平面内第二象限的某区域存在一个矩形匀强磁场区,磁场方向垂直xOy平面向里,边界分别平行于x轴和y轴.一电荷量为e、质量为m的电子,从坐标原点O以速度v0射入第二象限,速度方向与y轴正方向成45°角,经过磁场偏转后,通过P(0,a)点,速度方向垂直于y轴,不计电子的重力.名师诊断专案突破对点集训决胜高考(1)若磁场的磁感应强度大小为B0,求电子在磁场中运动的时间t.(2)为使电子完成上述运动,求磁感应强度的大小应满足的条件.(3)若电子到达y轴上P点时,撤去矩形匀强磁场,同时在y轴右侧加方向垂直于xOy平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B1,在y轴左侧加方向垂直xOy平面向里的匀强磁场,电子在第(k+1)次从左向右经过y轴(经过P点为第1次)时恰好通过坐标原点.求y轴左侧磁场磁感应强度大小B2及上述过程电子从P点到坐标原点的运动时间t.名师诊断专案突破对点集训决胜高考乙【解析】(1)如图乙所示,电子在磁场中转过的角度θ= 运动周期T= ,t= 3402meBT2联立解得t= .03m4eB名师诊断专案突破对点集训决胜高考(2)设磁感应强度最小值为Bmin,对应的最大回旋半径为R,圆心为O1,根据洛伦兹力公式和向心力公式可得:ev0Bmin=m 由几何关系可得:R+ R=a20vR2丙(3)设电子在y轴右侧和左侧做圆周运动的半径分别为r1和r2,根据洛伦兹力公式和向心力公式可得:ev0B1=m 201vr名师诊断专案突破对点集训决胜高考ev0B2=m 由图丙的几何关系可知:2k(r1-r2)=a联立解得:B2= 设电子在y轴右侧和左侧做圆周运动的周期分别为T1和T2,则有T1= ,T2= t= 联立解得:t= - .202vr010122kmvBkmvaeB12meB22meB12()2kTT12kmeB0a2v名师诊断专案突破对点集训决胜高考【答案】(1) (2)B≥ (3)  - 03m4eB0(21)mvea010122kmvBkmvaeB12kmeB0a2v名师诊断专案突破对点集训决胜高考 【思维导图】名师诊断专案突破对点集训决胜高考电荷量为q、质量为m、初速度为v0的带电粒子经电压U加速后,速度变为vt,由动能定理得:qU= m - m .若v0=0,则有vt=① ,这个关系式对任意静电场都是适用的.对于带电粒子在电场中的加速问题,应突出动能定理的应用.2.带电粒子在匀强电场中的偏转电荷量为q、质量为m的带电粒子由静止开始经电压U1加速后,以速度v1垂直进入由两带电平行金属板产生的匀强电场中,则带电粒子在匀强电场中做②类平抛运动,其轨迹是一条抛物线(如图所示).122tv1220v2qUm一、不计重力的带电粒子在电场中的运动1.带电粒子在电场中加速名师诊断专案突破对点集训决胜高考设两平行金属板间的电压为U2,板间距离为d,板长为L.(1)带电粒子进入两板间后粒子在垂直于电场的方向上做匀速直线运动,有:名师诊断专案突破对点集训决胜高考vx=v1,L=v1t粒子在平行于电场的方向上做初速度为零的匀加速直线运动,有:vy=at,y= at2,a= = .(2)带电粒子离开极板时侧移距离y= at2=③ = 轨迹方程为:y=④ (与m、q无关)12qEm2qUmd1222212qULmdv2214ULdU2214UxdU名师诊断专案突破对点集训决胜高考偏转角度φ的正切值tanφ= =⑤ =⑥ 若在偏转极板右侧D距离处有一竖立的屏,在求粒子射到屏上的侧移距离时有一个很有用的推论,即:所有离开偏转电场的粒子好像都是从极板的中心沿中心与射出点的连线射出的.这样很容易得到电荷在屏上的侧移距离y'=⑦(D+ )tanφ.3.两种观点解决带电体在电场中的运动问题(1)动力学观点:用牛顿运动定律和匀变速运动的公式来解决实际问题.一般有两种情况(仅限于匀强电场):①带电粒子的初速度方向与电场线共线,则粒子做匀变速直线运动.1atv221qULmdv212ULdU2L名师诊断专案突破对点集训决胜高考②带电粒子的初速度方向与电场线垂直,则粒子做匀变速曲线运动(类平抛运动).(2)功能观点首先对带电体受力分析,再