2022年帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

1、1 圖 1帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1. 能分析計(jì)算帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng). 2. 能夠解決速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)等磁場(chǎng)在生活和科技方面的應(yīng)用問題 知識(shí)梳理 1復(fù)合場(chǎng)(1) 疊加場(chǎng)：電場(chǎng)、_、重力場(chǎng)共存，或其中某兩場(chǎng)共存(2) 組合場(chǎng)：電場(chǎng)與磁場(chǎng)各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊或在同一區(qū)域，電場(chǎng)、磁場(chǎng)_出現(xiàn)2三種場(chǎng)的比較項(xiàng)目名稱力的特點(diǎn)功和能的特點(diǎn)重力場(chǎng)大?。篻_ 方向： _ 重力做功與 _無關(guān)重力做功改變物體的_ 靜電場(chǎng)方向： a. 正電荷受力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向 _ b. 負(fù)電荷受力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向 _ 電場(chǎng)力做功與_無關(guān)w_ 電場(chǎng)力做功改變_ 磁場(chǎng)洛倫茲力f_ 方向可用 _

2、 定則判斷洛倫茲力不做功， 不改變帶電粒子的 _ 思考 ： 1. 帶電粒子在疊加場(chǎng)中什么時(shí)候靜止或做直線運(yùn)動(dòng)？什么時(shí)候做勻速圓周運(yùn)動(dòng)？2復(fù)合場(chǎng)中帶電粒子在重力、電場(chǎng)力( 為恒力時(shí) ) 、洛倫茲力三個(gè)力作用下能做勻變速直線運(yùn)動(dòng)嗎？二、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例 知識(shí)梳理 1電視顯像管電視顯像管是應(yīng)用電子束_( 填“電偏轉(zhuǎn)”或“磁偏轉(zhuǎn)”) 的原理來工作的，使電子束偏轉(zhuǎn)的_( 填“電場(chǎng)”或“磁場(chǎng)” ) 是由兩對(duì)偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的顯像管工作時(shí)，由_發(fā)射電子束， 利用磁場(chǎng)來使電子束偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電視技術(shù)中的_，使整個(gè)熒光屏都在發(fā)光2速度選擇器 ( 如圖 1 所示 )(1) 平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度e和磁感應(yīng)強(qiáng)度b

3、 互相 _這種裝置能把具有一定_的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器(2) 帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qeqvb，即v_. 3磁流體發(fā)電機(jī)(1) 磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 頁，共 14 頁 - - - - - - - - -2 圖 2圖 3圖 4_直接轉(zhuǎn)化為電能(2) 根據(jù)左手定則，如圖2 中的b是發(fā)電機(jī) _(3) 磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為l，等離子體速度為v，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b， 則由qequlqvb得兩極板間能達(dá)到的最大電勢(shì)差u _. 4電磁流量計(jì)工作原理：如圖3

4、所示，圓形導(dǎo)管直徑為d，用_制成，導(dǎo)電液體在管中向左流動(dòng)，導(dǎo)電液體中的自由電荷( 正、負(fù)離子 ) ，在洛倫茲力的作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢(shì)差，形成電場(chǎng)，當(dāng)自由電荷所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí)，a、b間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定，即：qvb_，所以v_，因此液體流量qsvd24ubddu4b. 5霍爾效應(yīng)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)_與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了_， 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差，其原理如圖4 所示思考 ：帶電粒子在電場(chǎng)與磁場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，都存在怎樣的力學(xué)關(guān)系？考點(diǎn)一帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)考

5、點(diǎn)解讀1帶電粒子在疊加場(chǎng)中無約束情況下的運(yùn)動(dòng)情況分類(1) 磁場(chǎng)力、重力并存若重力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)若重力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，因f洛不做功， 故機(jī)械能守恒，由此可求解問題(2) 電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力并存( 不計(jì)重力的微觀粒子) 若電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)若電場(chǎng)力和洛倫茲力不平衡，則帶電體將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，因f洛不做功， 可用動(dòng)能定理求解問題(3) 電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力、重力并存若三力平衡，一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)若重力與電場(chǎng)力平衡，一定做勻速圓周運(yùn)動(dòng)若合力不為零且與速度方向不垂直，將做復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，因f洛不做功， 可用能量守恒或動(dòng)能定理求解問

6、題2帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中有約束情況下的運(yùn)動(dòng)帶電體在復(fù)合場(chǎng)中受輕桿、輕繩、圓環(huán)、軌道等約束的情況下，常見的運(yùn)動(dòng)形式有直線精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 頁，共 14 頁 - - - - - - - - -3 圖 5圖 6運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)解題要通過受力分析明確變力、恒力做功情況，并注意洛倫茲力不做功的特點(diǎn)，運(yùn)用動(dòng)能定理、能量守恒定律結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律求出結(jié)果典例剖析例1 如圖 5 所示，帶正電的小物塊靜止在粗糙絕緣的水平面上，小物塊的比荷為k，與水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)為. 在物塊右側(cè)距物塊l處有一范圍足夠大的磁場(chǎng)和電場(chǎng)疊加區(qū)，場(chǎng)區(qū)內(nèi)存在相

7、互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，已知?jiǎng)驈?qiáng)電場(chǎng)的方向豎直向上，場(chǎng)強(qiáng)大小恰等于當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊?/k，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為b. 現(xiàn)給物塊一水平向右的初速度，使其沿水平面向右運(yùn)動(dòng)進(jìn)入右側(cè)場(chǎng)區(qū) 當(dāng)物塊從場(chǎng)區(qū)飛出后恰好落到出發(fā)點(diǎn)設(shè)運(yùn)動(dòng)過程中物塊帶電荷量保持不變，重力加速度為g. 求：(1) 物塊剛進(jìn)入場(chǎng)區(qū)時(shí)的速度和剛離開場(chǎng)區(qū)時(shí)距水平面的高度h；(2) 物塊開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度思維突破1帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分析方法(1) 弄清復(fù)合場(chǎng)的組成(2) 進(jìn)行受力分析(3) 確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合(4) 對(duì)于粒子連續(xù)通過幾個(gè)不同種類的場(chǎng)時(shí)，要分階段進(jìn)行處理(5) 畫出粒子

8、運(yùn)動(dòng)軌跡，靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)受力平衡列方程求解當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)用牛頓定律結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解當(dāng)帶電粒子做復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般用動(dòng)能定理或能量守恒定律求解對(duì)于臨界問題，注意挖掘隱含條件2帶電粒子 ( 體) 在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題求解要點(diǎn)(1) 受力分析是基礎(chǔ)(2) 運(yùn)動(dòng)過程分析是關(guān)鍵(3) 根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)過程及物理模型選擇合適的物理規(guī)律列方程求解跟蹤訓(xùn)練1 如圖 6所示，在水平地面上方有一范圍足夠大的互相正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b、垂直紙面向里 一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的帶正電微粒在此區(qū)域內(nèi)沿豎直平面 (

9、 垂直于磁場(chǎng)方向的平面) 做速度大小為v的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，重力加速度為g. (1) 求此區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向；(2) 若某時(shí)刻微粒在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)到p點(diǎn)時(shí)，速度與水平方向的夾角為60，且已知p點(diǎn)與水平地面間的距離等于其做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，求該微粒運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)與水平地面間的距離；精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 頁，共 14 頁 - - - - - - - - -4 圖 7圖 8(3) 當(dāng)帶電微粒運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)時(shí)，將電場(chǎng)強(qiáng)度的大小變?yōu)樵瓉淼?/2( 方向不變，且不計(jì)電場(chǎng)變化對(duì)原磁場(chǎng)的影響) ，且?guī)щ娢⒘Ｄ苈渲恋孛?，求帶電微粒落至地面時(shí)

10、的速度大小考點(diǎn)二帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)解讀1近幾年各省市的高考題在這里的命題情景大都是組合場(chǎng)模型，或是一個(gè)電場(chǎng)與一個(gè)磁場(chǎng)相鄰，或是兩個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)相鄰2解題時(shí)要弄清楚場(chǎng)的性質(zhì)、場(chǎng)的方向、強(qiáng)弱、范圍等3要進(jìn)行正確的受力分析，確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)4分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)過程，畫出運(yùn)動(dòng)軌跡是解題的關(guān)鍵典例剖析例2 如圖 7 所示， 在直角坐標(biāo)系的第象限和第象限存在著電場(chǎng)強(qiáng)度均為e的勻強(qiáng)電場(chǎng)， 其中第象限電場(chǎng)沿x軸正方向， 第象限電場(chǎng)沿y軸負(fù)方向 在第象限和第象限存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度均為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)， 磁場(chǎng)方向均垂直紙面向里有一個(gè)電子從y軸的p點(diǎn)以垂直于y軸的初速度v0進(jìn)入第象限，第一次到達(dá)x軸上時(shí)速度

11、方向與x軸負(fù)方向夾角為45，第一次進(jìn)入第象限時(shí)，與y軸負(fù)方向夾角也是 45，經(jīng)過一段時(shí)間電子又回到了p點(diǎn)，進(jìn)行周期性運(yùn)動(dòng)已知電子的電荷量為e，質(zhì)量為m，不考慮重力和空氣阻力求：(1)p點(diǎn)距原點(diǎn)o的距離；(2) 粒子第一次到達(dá)x軸上c點(diǎn)與第一次進(jìn)入第象限時(shí)的d點(diǎn)之間的距離；(3) 電子從p點(diǎn)出發(fā)到第一次回到p點(diǎn)所用的時(shí)間思維突破解決帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問題的思路方法跟蹤訓(xùn)練2 如圖 8所示，相距為d、板間電壓為u的平行金屬板m、n間有垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為b0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)；在poy區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)；pox區(qū)域?yàn)闊o場(chǎng)區(qū) 一正離子沿平行于金屬板、垂直磁場(chǎng)射入兩板間并

12、做勻速直線運(yùn)動(dòng)，從h(0 ，a) 點(diǎn)垂直y軸進(jìn)入第象限，經(jīng)op上某點(diǎn)離開磁場(chǎng)，最后垂直x軸離開第象限求：(1) 離子在金屬板m、n間的運(yùn)動(dòng)速度；(2) 離子的比荷qm；精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 頁，共 14 頁 - - - - - - - - -5 圖 9圖 10圖 11(3) 離子在第象限的磁場(chǎng)區(qū)域和無場(chǎng)區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比9. 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的實(shí)際應(yīng)用模型例 3 (2011天津理綜 12(2)(3)回旋加速器在核科學(xué)、核技術(shù)、核醫(yī)學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域得到、了廣泛應(yīng)用，有力地推動(dòng)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展(1) 回旋加速器的原理

13、如圖9，d1和 d2是兩個(gè)中空的半徑為r的半圓金屬盒，它們接在電壓一定、頻率為f的交流電源上，位于 d1圓心處的質(zhì)子源a能不斷產(chǎn)生質(zhì)子( 初速度可以忽略，重力不計(jì) ) ，它們?cè)趦珊兄g被電場(chǎng)加速，d1、d2置于與盒面垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中若質(zhì)子束從回旋加速器輸出時(shí)的平均功率為p，求輸出時(shí)質(zhì)子束的等效電流i與p、b、r、f的關(guān)系式 ( 忽略質(zhì)子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，其最大速度遠(yuǎn)小于光速) (2) 試推理說明：質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨軌道半徑r的增大，同一盒中相鄰軌道的半徑之差r是增大、減小還是不變？建模感悟1無論是速度選擇器、回旋加速器、還是質(zhì)譜儀、電磁流量計(jì)，其實(shí)質(zhì)都是帶電粒子在電

14、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，只是運(yùn)動(dòng)過程較復(fù)雜而已2解題思路主要有：(1) 力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系根據(jù)帶電體所受的力，運(yùn)用牛頓第二定律并結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求解(2) 功能關(guān)系 根據(jù)場(chǎng)力及其他外力對(duì)帶電粒子做功引起的能量變化或全過程中的功能關(guān)系解決問題，這條線索不但適用于均勻場(chǎng)，也適用于非均勻場(chǎng)，因此要熟悉各種力做功的特點(diǎn)跟蹤訓(xùn)練3 如圖 10 所示是質(zhì)譜儀工作原理的示意圖，帶電粒子a、b經(jīng)電壓u加速 ( 在a點(diǎn)初速度為0)后，進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最后分別打在感光板s上的x1、x2處圖中半圓形的虛線分別表示帶電粒子a、b所通過的路徑， 則( ) aa的質(zhì)量一定大于b的質(zhì)量ba的電荷量一定大于b的電

15、荷量ca運(yùn)動(dòng)的時(shí)間大于b運(yùn)動(dòng)的時(shí)間da的比荷大于b的比荷a組帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.如圖 11 所示為磁流體發(fā)電機(jī)的原理圖：將一束等離子體噴射入磁場(chǎng)，在場(chǎng)中有兩塊金屬板a、b， 這時(shí)金屬板上就會(huì)聚集電荷，精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 頁，共 14 頁 - - - - - - - - -6 圖 12圖 13圖 14產(chǎn)生電壓如果射入的等離子體速度均為v，兩金屬板的板長(zhǎng)為l，板間距離為d，板平面的面積為s，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，方向垂直于速度方向，負(fù)載電阻為r，等離子體充滿兩板間的空間當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)，電流表示數(shù)為i. 那么

16、板間電離氣體的電阻率為 ( ) a.sd(bdvir) b.sd(blvir) c.sl(bdvir) d.sl(blvir) 2如圖 12 所示的虛線區(qū)域內(nèi)，充滿垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)一帶電粒子a( 不計(jì)重力 ) 以一定的初速度由左邊界的o點(diǎn)射入磁場(chǎng)、電場(chǎng)區(qū)域，恰好沿直線由區(qū)域右邊界的o點(diǎn) ( 圖中未標(biāo)出 ) 穿出若撤去該區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)而保留電場(chǎng)不變，另一個(gè)同樣的粒子b( 不計(jì)重力 ) 仍以相同初速度由o點(diǎn)射入，從區(qū)域右邊界穿出，則粒子b ( ) a穿出位置一定在o點(diǎn)下方b穿出位置一定在o點(diǎn)上方c運(yùn)動(dòng)時(shí)，在電場(chǎng)中的電勢(shì)能一定減小d在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)能一定減小b組帶電粒子在

17、疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)3如圖 13 所示，空間存在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一帶電液滴從靜止開始自a點(diǎn)沿曲線acb運(yùn)動(dòng)，到達(dá)b點(diǎn)時(shí)，速度為零，c點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)，則液滴一定帶負(fù)電；液滴在c點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大；液滴在c點(diǎn)電勢(shì)能最??；液滴在c點(diǎn)機(jī)械能最小以上敘述正確的是 ( ) a b c d4如圖 14 所示，質(zhì)量為m，帶電荷量為q的微粒以速度v與水平方向成 45角進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里如果微粒做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則下列說法正確的是 ( ) a微粒受電場(chǎng)力、洛倫茲力、重力三個(gè)力作用b微粒受電場(chǎng)力、洛倫茲力兩個(gè)力作用c勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度e2mgqd勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度bmgq

18、vc組帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)5如圖 15 甲所示，在坐標(biāo)系xoy內(nèi)，沿x軸分成寬度均為l0.30 m的區(qū)域，其間存在電場(chǎng)和磁場(chǎng)電場(chǎng)方向沿x軸負(fù)方向，電場(chǎng)強(qiáng)度大小是e01.5 104 v/m ；磁場(chǎng)方向垂直精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 6 頁，共 14 頁 - - - - - - - - -7 圖 1圖 2坐標(biāo)平面且規(guī)定方向向里為正，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小b07.5 104t，ex、bx圖線如圖乙所示某時(shí)刻初速度為零的電子從坐標(biāo)原點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)，電子電荷量e1.6 1019 c，電子質(zhì)量m9.0 1031 kg ，不計(jì)重力的重力，不考慮電子因高

19、速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的影響，計(jì)算中 取 3. 求：甲乙圖 15 (1) 電子經(jīng)過xl處時(shí)速度的大??；(2) 電子從x0 運(yùn)動(dòng)至x3l處經(jīng)歷的時(shí)間；(3) 電子到達(dá)x6l處時(shí)的縱坐標(biāo)專題 8 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)( 限時(shí)： 60 分鐘 ) 一、選擇題1有一個(gè)帶電荷量為q、重為g的小球，從兩豎直的帶電平行板上方h 處自由落下，兩極板間另有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，方向如圖1 所示，則帶電小球通過有電場(chǎng)和磁場(chǎng)的空間時(shí)，下列說法錯(cuò)誤的是( ) a一定做曲線運(yùn)動(dòng)b不可能做曲線運(yùn)動(dòng)c有可能做勻加速運(yùn)動(dòng)d有可能做勻速運(yùn)動(dòng)2某空間存在水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)( 圖中未畫出 ) ，帶電小球沿如圖2 精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p

20、 d f - - - - - - - - - - - - - - 第 7 頁，共 14 頁 - - - - - - - - -8 圖 3圖 4圖 5所示的直線斜向下由a點(diǎn)沿直線向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，此空間同時(shí)存在由a 指向b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則下列說法正確的是 ( ) a小球一定帶正電b小球可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)c帶電小球一定做勻加速直線運(yùn)動(dòng)d運(yùn)動(dòng)過程中，小球的機(jī)械能增大3圖 3 所示，a、b是一對(duì)平行金屬板，分別接到直流電源兩極上，右邊有一擋板，正中間開有一小孔d，在較大空間范圍內(nèi)存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b，方向垂直紙面向里，在a、b 兩板間還存在著勻強(qiáng)電場(chǎng)e. 從兩板左側(cè)中點(diǎn)c處射入一束正離子( 不計(jì)

21、重力 ) ，這些正離子都沿直線運(yùn)動(dòng)到右側(cè)，從d孔射出后分成3 束則下列判斷正確的是( ) a這三束正離子的速度一定不相同b這三束正離子的比荷一定不相同ca、b兩板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)方向一定由a指向bd若這三束離子改為帶負(fù)電而其他條件不變則仍能從d孔射出4 如圖 4 所示，水平放置的兩塊平行金屬板，充電后與電源斷開 板間存在著方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)e和垂直于紙面向里、磁感強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子 ( 不計(jì)重力及空氣阻力) ，以水平速度v0從兩極板的左端中間射入場(chǎng)區(qū)，恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)則 ( ) a粒子一定帶正電b若僅將板間距離變?yōu)樵瓉淼? 倍，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡偏向下極板c若將磁

22、感應(yīng)強(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度均變?yōu)樵瓉淼? 倍，粒子仍將做勻速直線運(yùn)動(dòng)d若撤去電場(chǎng)，粒子在板間運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間可能是mqb5勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出回旋加速器，工作原理示意圖如圖5 所示 置于高真空中的d形金屬盒半徑為r， 兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時(shí)間可忽略磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，高頻交流電頻率為f，加速電壓為u. 若a處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子質(zhì)量為m、電荷量為q，在加速器中被加速，且加速過程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響則下列說法正確的是( ) a質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2rf精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 8 頁，共 14

23、頁 - - - - - - - - -9 圖 6圖 7圖 8b質(zhì)子離開回旋加速器時(shí)的最大動(dòng)能與加速電壓u成正比c質(zhì)子第 2 次和第 1 次經(jīng)過兩d形盒間狹縫后軌道半徑之比為21d不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度b和交流電頻率f，該回旋加速器的最大動(dòng)能不變6如圖 6 所示，空間存在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)在該區(qū)域中，有一個(gè)豎直放置的光滑絕緣圓環(huán)，環(huán)上套有一個(gè)帶正電的小球o點(diǎn)為圓環(huán)的圓心，a、b、c、d為圓環(huán)上的四個(gè)點(diǎn)，a點(diǎn)為最高點(diǎn)，c點(diǎn)為最低點(diǎn)，b、o、d三點(diǎn)在同一水平線上已知小球所受電場(chǎng)力與重力大小相等現(xiàn)將小球從環(huán)的頂端a點(diǎn)由靜止釋放，下列判斷正確的是 ( ) a小球能越過d點(diǎn)并繼續(xù)沿環(huán)向上

24、運(yùn)動(dòng)b當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)時(shí)，所受洛倫茲力最大c小球從a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過程中，重力勢(shì)能減小，電勢(shì)能增大d小球從b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)的過程中，電勢(shì)能增大，動(dòng)能先增大后減小7. 醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí)，利用電磁血流計(jì)來監(jiān)測(cè)通過動(dòng)脈的血流速度電磁血流計(jì)由一對(duì)電極a和b以及一對(duì)磁極n和 s構(gòu)成，磁極間的磁場(chǎng)是均勻的使用時(shí)，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點(diǎn)的連線、磁場(chǎng)方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖 7 所示由于血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，電極a、b之間會(huì)有微小電勢(shì)差在達(dá)到平衡時(shí)，血管內(nèi)部的電場(chǎng)可看做是勻強(qiáng)電場(chǎng)，血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零在某次監(jiān)測(cè)中，兩觸點(diǎn)間的距離為3.0 mm ，血

25、管壁的厚度可忽略，兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為160 v ，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.040 t則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為 ( ) a1.3 m/s ，a正、b負(fù) b2.7 m/s ，a正、b負(fù)c1.3 m/s ，a負(fù)、b正 d2.7 m/s ，a負(fù)、b正8. 如圖 8 所示，粗糙的足夠長(zhǎng)的豎直木桿上套有一個(gè)帶電的小球，整個(gè)裝置處在由水平勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)組成的足夠大的復(fù)合場(chǎng)中， 小球由靜止開始下滑，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中小球的vt圖象如圖所示，其中錯(cuò)誤的是 ( ) 9如圖 9 所示， 已知一帶電小球在光滑絕緣的水平面上從靜止精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - -

26、 - - - - - - 第 9 頁，共 14 頁 - - - - - - - - -10 圖 9圖 10圖 11圖 12開始經(jīng)電壓u加速后，水平進(jìn)入互相垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)e和勻強(qiáng)磁場(chǎng)b的復(fù)合場(chǎng)中 (e和b已知 ) ，小球在此空間的豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則 ( ) a小球可能帶正電b.小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r1b2uegc小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為t2ebgd若電壓u增大，則小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期增加10. 目前有一種磁強(qiáng)計(jì)，用于測(cè)定地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度磁強(qiáng)計(jì)的原理如圖10 所示， 電路有一段金屬導(dǎo)體， 它的橫截面是寬為a、高為b的長(zhǎng)方形，放在沿y軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)體中通有沿x軸正方向

27、、大小為i的電流已知金屬導(dǎo)體單位體積中的自由電子數(shù)為n，電子電荷量為e，金屬導(dǎo)電過程中，自由電子所做的定向移動(dòng)可視為勻速運(yùn)動(dòng)兩電極m、n均與金屬導(dǎo)體的前后兩側(cè)接觸，用電壓表測(cè)出金屬導(dǎo)體前后兩個(gè)側(cè)面間的電勢(shì)差為u. 則磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和電極m、n的正負(fù)為 ( ) a.nebui，m正、n負(fù) b.neaui，m正、n負(fù)c.nebui，m負(fù)、n正 d.neaui，m負(fù)、n正二、非選擇題11如圖 11 所示，在xoy平面內(nèi)，第象限內(nèi)的直線om是電場(chǎng)與磁場(chǎng)的分界線，om與x軸的負(fù)方向成45角，在x0 且om的左側(cè)空間存在著垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)b，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 0.1 t ；在y 0 且om的右側(cè)空

28、間存在著沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)e，場(chǎng)強(qiáng)大小為0.32 n/c.一不計(jì)重力的帶負(fù)電微粒，從坐標(biāo)原點(diǎn)o沿x軸負(fù)方向以v02103m/s 的初速度進(jìn)入磁場(chǎng)，最終離開電、磁場(chǎng)區(qū)域已知微粒的電荷量q510 18 c，質(zhì)量m11024 kg. 求：(1) 帶電微粒在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑；(2) 帶電微粒第一次進(jìn)入電場(chǎng)前運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；(3) 帶電微粒第二次進(jìn)入電場(chǎng)后在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的水平位移12如圖 12 所示，平行金屬板傾斜放置，ab長(zhǎng)度為l，金屬板與水平方向的夾角為 . 一電荷量為q、質(zhì)量為m 的帶電小球以水平速度v0進(jìn)入電場(chǎng)，且做直線運(yùn)動(dòng)，到達(dá)b點(diǎn)，離開電場(chǎng)后， 進(jìn)入如圖所示的電磁場(chǎng)( 圖中電場(chǎng)精品學(xué)習(xí)資

29、料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 10 頁，共 14 頁 - - - - - - - - -11 圖 13未畫出 ) 區(qū)域做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并豎直向下穿出電磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為b. 求：(1) 帶電小球進(jìn)入電磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度v；(2) 帶電小球進(jìn)入電磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；(3) 重力在電磁場(chǎng)區(qū)域?qū)π∏蛩龅墓?3如圖 13 所示，在光滑絕緣的水平桌面上建立一xoy坐標(biāo)系，平面處在周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的變化規(guī)律如圖 14 所示 ( 規(guī)定沿y方向?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度的正方向，豎直向下為磁感應(yīng)強(qiáng)度的正方向) 在t0 時(shí)刻，一質(zhì)量為10 g、電荷量為 0

30、.1 c 且不計(jì)重力的帶電金屬小球自坐標(biāo)原點(diǎn)o處，以v02 m/s 的速度沿x軸正方向射出已知e00.2 n/c 、b00.2 t 求：(1)t1 s 末時(shí)，小球速度的大小和方向；(2)1 s 2 s 內(nèi)，金屬小球在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期；(3)(2n1) s 2n s(n1,2,3 ，) 內(nèi)金屬小球運(yùn)動(dòng)至離x軸最遠(yuǎn)點(diǎn)的位置坐標(biāo)圖 14 答案基礎(chǔ)再現(xiàn)一、知識(shí)梳理1.(1)磁場(chǎng)(2) 交替2.mg豎直向下路徑重力勢(shì)能qea相同b相反路徑qu電勢(shì)能qvb左手動(dòng)能思考： 1.(1) 靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子在疊加場(chǎng)中所受合外力為零時(shí)，將處于靜止?fàn)顟B(tài)或做勻速直線運(yùn)動(dòng)(2) 勻速圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電

31、粒子所受的重力與電場(chǎng)力大小相等，方向相反時(shí)， 帶電粒子在洛倫茲力的作用下，在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面內(nèi)將做勻速圓周運(yùn)動(dòng)2不能只要v發(fā)生改變，洛倫茲力就要發(fā)生變化，使粒子所受合力發(fā)生變化，故而不能做勻變速直線運(yùn)動(dòng)二、1磁偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)陰極掃描2.(1)垂直速度(2)eb3.(1)內(nèi)能(2) 正極(3)blv4. 非磁性材料qequdubd5. 磁場(chǎng)方向電勢(shì)差思考：qeqvb或qudqvb，這是解決這類題目的突破口之一課堂探究精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 11 頁，共 14 頁 - - - - - - - - -12 例 1 (1) 3kgbl2

32、432gl2k2b2(2) kgbl24232gl跟蹤訓(xùn)練1 (1)mg/q方向豎直向上(2)5mv2qb(3) v25mgv2qb例 2 (1)mv202ee(2)2mv20ee( 或22mv0eb) (3)2mv0ee3m2eb跟蹤訓(xùn)練2 (1)ub0d(2)qm2ub0bad(3)2例 3 (1)ipbr2f(2) r減小跟蹤訓(xùn)練3 d 粒子經(jīng)電場(chǎng)加速的過程，由動(dòng)能定理有：qu12mv20；粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律知bqv0mv20r，所以r1b2muq，由圖知raqbmb，a、b錯(cuò)，d對(duì)；因周期為t2mbq，a、b粒子運(yùn)行時(shí)間均為t2，所以a運(yùn)動(dòng)的時(shí)間小于b運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，c錯(cuò) 分

33、組訓(xùn)練1a 根據(jù)磁流體發(fā)電機(jī)的原理可推知：a、b板間產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為ebdv，a、b板間的等效電阻r ds，根據(jù)閉合電路的歐姆定律得：ierr，聯(lián)立可得sd(bdvir) ，a正確 2c 3c 液滴偏轉(zhuǎn)是由于受洛倫茲力作用，據(jù)左手定則可判斷液滴一定帶負(fù)電液滴所受電場(chǎng)力必向上， 而液滴能夠從靜止向下運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)橹亓Υ笥陔妶?chǎng)力由ac合力做正功，故在c處液滴的動(dòng)能最大而由于ac克服電場(chǎng)力做功最多，電勢(shì)能增加最多，又機(jī)械能與電勢(shì)能的和不變，因此，由ac機(jī)械能減小最多，故液滴在c點(diǎn)機(jī)械能最小 故選c. 4a 因?yàn)槲⒘Ｗ鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，所以微粒所受合力為零，受力分析如圖所示，微粒在重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力作用下

34、處于平衡狀態(tài)，可知，qemg，qvb2mg，得電場(chǎng)強(qiáng)度emgq，磁感應(yīng)強(qiáng)度b2mgqv. 5(1)4.0 107 m/s (2)3.8 108 s (3)0.85 m 答案1bcd 2 cd 由于重力方向豎直向下，空間存在磁場(chǎng)， 且直線運(yùn)動(dòng)方向斜向下，與磁場(chǎng)方向相同，精品學(xué)習(xí)資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 12 頁，共 14 頁 - - - - - - - - -13 故不受磁場(chǎng)力作用，電場(chǎng)力必水平向右，但電場(chǎng)具體方向未知，故不能判斷帶電小球的電性，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；重力和電場(chǎng)力的合力不為零，故不是勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以選項(xiàng)b錯(cuò)誤；因?yàn)橹亓εc電場(chǎng)力的合

35、力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同，故小球一定做勻加速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)c正確；運(yùn)動(dòng)過程中由于電場(chǎng)力做正功，故機(jī)械能增大，選項(xiàng)d正確 3bcd 因?yàn)槿x子在兩極板間都是沿直線運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力等于洛倫茲力，可以判斷三束正離子的速度一定相同，且電場(chǎng)方向一定由a指向b，選項(xiàng) a錯(cuò)誤， c正確；在右側(cè)磁場(chǎng)中三束正離子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑不同，可知這三束正離子的比荷一定不相同，選項(xiàng)b正確；若將這三束離子改為帶負(fù)電，而其他條件不變的情況下受力分析可知，三束離子在兩板間仍做勻速直線運(yùn)動(dòng)，仍能從d孔射出，選項(xiàng)d正確 4cd 不計(jì)重力， 粒子僅受電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力做勻速直線運(yùn)動(dòng)，合力為零電場(chǎng)力與磁場(chǎng)力等大反向該粒子可以是正電荷，也可以是負(fù)電

36、荷，a 錯(cuò)僅將板間距離變?yōu)樵瓉淼?倍，由于帶電荷量不變，板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變，帶電粒子仍做勻速直線運(yùn)動(dòng)，b 錯(cuò)若將磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度均變?yōu)樵瓉淼? 倍， 粒子所受電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力均變?yōu)樵瓉淼?倍，仍將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，c 對(duì)若撤去電場(chǎng)，粒子將偏向某一極板，甚至從左側(cè)射出，粒子在板間運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間可能是在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期的一半，d對(duì) 5ac 粒子被加速后的最大速度受到d形盒半徑r的制約，因v2rt2rf，a正確；粒子離開回旋加速器的最大動(dòng)能ekm12mv212m4 2r2f22m2r2f2， 與加速電壓u無關(guān)，b錯(cuò)誤； 根據(jù)rmvbq，uq12mv21，2uq12mv22，得質(zhì)子第2 次和第 1 次經(jīng)過兩