2015年高三二轮复习学案 必考热点7 电场和磁场中的曲线运动
高考物理二轮复习专题突破专题三第2课时电场和磁场中的曲线运动课件新人教
电场中的类平抛运动
• 总结词:类平抛运动是电场中常见的一种曲线运动,其处理方法与平抛 运动类似。
• 详细描述:在电场中,如果物体受到恒定的电场力和重力的作用,且电场力和重力方向垂直,物体将做类平抛运动。处 理这类问题时,可以采用运动的合成与分解的方法,将复杂的曲线运动分解为简单的直线运动。
• 总结词:掌握类平抛运动的规律有助于解决电场中的曲线运动问题。 • 详细描述:类平抛运动是电场中常见的一种曲线运动,其规律与平抛运动相似。在处理类平抛运动问题时,需要掌握运
磁场
磁体或电流周围存在的一种特殊物质,会对放入其中的磁体 或电流产生力的作用。磁场具有传递性,即磁场中某点的磁 感应强度B是确定的,与是否存在电流或磁体无关。
电场线和磁感线的比较
电场线
描述电场分布的假想曲线,曲线 上每一点的切线方向表示该点的 电场强度方向。电场线的疏密程 度表示电场的强弱。
磁感线
动的合成与分解的方法,将复杂的曲线运动分解为简单的直线运动,从而简化问题。
电场中的圆周运动
01 总结词
在电场中,带电粒子受到电场 力和洛伦兹力的共同作用,可 能做圆周运动。
02
详细描述
当带电粒子在匀强电场和匀强 磁场中做圆周运动时,洛伦兹 力提供向心力,电场力与洛伦 兹力的合力提供向心力。通过 分析受力情况和运动状态,可 以求解相关物理量,如半径、 周期等。
描述磁场分布的假想曲线,曲线 上每一点的切线方向表示该点的 磁感应强度方向。磁感线的疏密 程度表示磁场的强弱。
电场和磁场的应用实例
电场的应用
静电除尘、静电复印、静电喷涂、静 电植绒等。
磁场的应用
电磁炉、电磁铁、磁悬浮列车、磁记 录等。
CHAPTER 02
【步步高】高考物理二轮复习资料 专题三 第2课时 电场和磁场中的曲线运动课件
大小为34mg,滑块与水平轨道间的动摩擦因数为 0.5,重力
加速度为 g.
(1)若滑块从水平轨道上距离 B 点 s=3R 的 A 点由静止释放,
滑块到达与圆心 O 等高的 C 点时速度为多大?
(2)在(1)的情况下,求滑块到达 C 点时受到轨道的作用力大小;
(3)改变 s 的大小,使滑块恰好始终沿轨道滑行,且从 G 点飞
为 2θ,该弧长所对磁场圆的圆心角为 2β.如图所示.
则 tan β=Rr =2 β=72π0 θ=32π0
(2 分)
要使粒子还能通过 O 点,应满足
2β·k=2π·n(k、n 均为正整数)
即 7k=20n(k、n 均为正整数)
(2 分)
当粒子第一次回到 O 点,应取 n=7、k=20 又 α 粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期 T=2Bπqm
(1 分)
设斜面与水平面的夹角为 α,则 tan α=2xR= 33,α=30°(1 分)
带电体从 A 到 B 的运动过程中,由动能定理得
mgH-μmgcos α×siHn α=12mvB2
代入数据解得 μ=11453
答案
(1)5 J
(2)16 N
11 3 (3) 45
(1 分) (1 分)
题型 3 带电粒子在磁场内的动问题的处理方法与平抛 运动处理方法一样,一般通过分解速度或者位移找到解决 问题的思路. 2.特别要注意平抛运动的位移与水平方向的夹角和速度 与水平方向的夹角并不相等.
预测演练 1 带电荷量相同的两个粒子 P、Q,
分别从两平行板的正中央和下极板边缘处以
相同的速度垂直于电场方向射入匀强电场中,
解析 画出如图所示的运动图
设小球落到斜面上时的速度为 v,与斜面夹 角为 α,小球在电场中运动的加速度为 a, 由图知 tan (θ+α)=vvy0,设落到斜面上时水 平位移为 x,竖直位移为 y,则 tan θ=xy即 tan θ=12va0tt2=2vvy0, 所以 tan (θ+α)=2tan θ,α 为定值,B 正确.
2015届高考物理二轮专题突破课件(热点突破+命题预测+押题):专题八 电场、带电粒子在电场中的运动
[解析]
电场是由正点电荷产生的,所以电场线由正点电荷
指向无穷远处,并且跟点电荷距离相等的点,电势相等,场 强大小相等.由于 φM=φN,φP=φF,所以点电荷 Q 到 M 和 N 的距离相等,到 P 和 F 的距离相等, 即过 F 作 MN 的中垂线,然后作 FP 的 中垂线,两中垂线的交点为点电荷 Q 所 在的位置,由几何知识得 Q 在 MP 上, 如图所示,选项 A
[答案] B [ 方法技巧 ] (1) 分析电荷受电场力情况时,首先明确电场的
电场线分布规律,再利用电场线的疏密分布规律或场强的叠
加原理判定场强的强弱.
(2)分析电势的高低常根据电场线的指向进行判断. (3)比较电势能的大小或分析电势能的变化,可以根据电场力 做正功,电势能减小,做负功,电势能增大判断,也可根据 正电荷在电势高处电势能大,负电荷在电势低处电势能大来 判断.
C
)
[思路点拨]
负极板接地意味着其电势为零,利用φP=U=Ed
分析P点电势的变化,式中d为P点到负极板的垂直距离.
εS [解析] 由平行板电容器的电容 C= 可知 A 错.在电容 4πkd Q U 4πkQ 器两极板所带电荷量一定的情况下,U=C,E= d = εS , 与 d 无关,则 B 错.在负极板接地的情况下,φ=φ0-El0, 则 C 项正确.正电荷在 P 点的电势能 W=qφ=q(φ0-El0), 显然 D 错.
A
)
B.Wa≠Wb,Ea>Eb D.Wa≠Wb,Ea<Eb
[解析] 因 a、 b 两点在同一等势线上, 故 Uac=Ubc, Wa=eUac, Wb=eUbc,故 Wa=Wb.由题图可知 a 点处电场线比 b 点处电 场线密,故 Ea>Eb.选项 A 正确.
【精选】高考物理二轮复习第一部分专题一力与运动第5讲电场磁场中的曲线运动课件新人教版
第一单元 专生题活一智慧力与与时运代精动神
赢在高考
1.(2017·全国卷Ⅱ)如图,虚线所示的圆形区域
内存在一垂直于纸面的匀强磁场,P 为磁场边界上
的一点.大量相同的带电粒子以相同的速率经过 P
点,在纸面内沿不同方向射入磁场.若粒子射入
速率为 v1,这些粒子在磁场边界的出射点分布在六分之一圆周
上;若粒子射入速率为 v2,相应的出射点分布在三分之一圆周
答案
mv20 q
第一单元 专生题活一智慧力与与时运代精动神
赢在高考
带电粒子在匀强电场中的偏转问题 [解题方略]
“两个分运动”、“三个一”求解粒子偏转问题 (1)两个独立的分运动 平行极板的匀速直线运动:L=v0t; 垂直极板的匀加速直线运动: y=12at2,vy=at,a=mqUd.
第一单元 专生题活一智慧力与与时运代精动神
第一单元 专生题活一智慧力与与时运代精动神
赢在高考
v0,故 B 错误.若该粒子在T2时刻以速度 v0 进入电场,粒子在 竖直方向上的运动情况与 0 时刻进入时运动的情况相反,运动 规律相同,则粒子不会打在板上,故 C 错误.若该粒子的入射 速度变为 2v0,则粒子射出电场的时间 t=2Lv0=T2,故 D 错误.
3ωB,故选项 A 正确.
第一单元 专生题活一智慧力与与时运代精动神
赢在高考
3.(2016·全国卷Ⅲ)平面 OM 和平面 ON 之间的夹角为 30°,其横截面(纸面) 如图所示,平面 OM 上方存在匀强磁场, 磁感应强度大小为 B,方向垂直于纸面向外.一带电粒子的质 量为 m,电荷量为 q(q>0).粒子沿纸面以大小为 v 的速度从 OM 的某点向左上方射入磁场,速度与 OM 成 30°角.已知该粒子在
高三物理二轮复习专题三电场和磁场
通过场的类比(电场与重力场类比、电场与磁场的类比),形象理解电场的性质,掌握电场力和洛伦兹力的特性;围绕两大性质,理顺电场中基本概念的相互联系;熟知两大定则(安培定则和左手定则),准确判定磁场及磁场力的方向;认识两类偏转模型(类平抛和圆周运动),掌握带电粒子在场中的运动性质、规律和分析处理方法.第6讲带电粒子在电场中的运动1.[2015·全国卷Ⅰ] 如图61所示,直线a、b和c、d是处于匀强电场中的两组平行线,M、N、P、Q是它们的交点,四点处的电势分别为φM、φN、φP、φQ.一电子由M点分别运动到N点和P点的过程中,电场力所做的负功相等,则( )A.直线a位于某一等势面内,φM>φQB.直线c位于某一等势面内,φM>φNC.若电子由M点运动到Q点,电场力做正功D.若电子由P点运动到Q点,电场力做负功【考题定位】难度等级:容易出题角度:本题考查了考生对电场能的性质的理解,要求考生掌握匀强电场的电场强度与电势差的关系.2.[2015·全国卷Ⅱ] 如图62所示,两平行的带电金属板水平放置.若在两板中间a点从静止释放一带电微粒,微粒恰好保持静止状态.现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45°,再由a点从静止释放一同样的微粒,该微粒将( )A.保持静止状态B.向左上方做匀加速运动C.向正下方做匀加速运动D.向左下方做匀加速运动【考题定位】难度等级:容易出题角度:本题考查了力电综合的力与运动关系问题,涉及平行板电容中电场特点、牛顿运动定律的应用等考点.考点一电场的性质1 如图64所示,半径为R的水平绝缘圆盘可绕竖直轴OO′转动,水平虚线AB、CD互相垂直,一电荷量为+q的可视为质点的小物块置于距转轴r处,空间有方向由A指向B的匀强电场.当圆盘匀速转动时,小物块相对圆盘始终静止.小物块转动到位置Ⅰ(虚线AB上)时受到的摩擦力为零,转动到位置Ⅱ(虚线CD上)时受到的摩擦力为f.求:(1)圆盘边缘两点间电势差的最大值;(2)小物块由位置Ⅰ转动到位置Ⅱ克服摩擦力做的功.导思①小物块分别转动到位置Ⅰ、位置Ⅱ时由哪些力提供向心力?②小物块由位置Ⅰ转动到位置Ⅱ电场力做了多少功?克服摩擦力做了多少功?归纳1.电场力:电场对放入其中的电荷有力的作用,电场力的大小和方向由电场强度和电荷共同决定,大小为F=qE,正电荷所受的电场力方向与电场方向相同.2.电势能:电势能是标量,电场中电荷的电势能与电势的高低及电荷所带的电荷量及电性有关,即E p=qφ,而电场力做的功等于电势能变化的相反数,即W=qU=-ΔE p.变式1 (多选)图65是某空间部分电场线分布图,在电场中取一点O,以O为圆心的圆周上有M、Q、N三个点,连线MON与直电场线重合,连线OQ垂直于MON.下列说法正确的是( )A.M点的场强大于N点的场强B.O点的电势等于Q点的电势C.将一负点电荷由M点移到Q点,电荷的电势能增加D.一静止的正点电荷只受电场力作用能从Q点沿圆周运动至N点变式2 (多选)如图66所示,图中五点均在匀强电场中,它们刚好是一个半径为R=m 的圆的四个等分点和圆心.b、c、d三点的电势如图所示.已知电场线与圆所在的平面平行,关于等分点a处和圆心O处的电势及电场强度,下列描述正确的是( )A.a点的电势为4 VB.O点的电势为5 VC.电场强度方向由O点指向b点D.电场强度的大小为10 5 V/m考点二带电粒子在电场中的加速和偏转2 图67为两组平行金属板,一组竖直放置,一组水平放置,今有一质量为m、电荷量为e的电子静止在竖直放置的平行金属板的A点,经电压U0加速后通过B点进入两板间距为d、电压为U的水平放置的平行金属板间,若电子从两块水平平行板的正中间射入,且最后电子刚好能从右侧的两块平行金属板间穿出,求:(1)电子通过B点时的速度大小;(2)右侧平行金属板的长度;(3)电子穿出右侧平行金属板时的动能.导思①电子通过A、B做什么运动?怎样计算电子在B点的速度?②电子在两块水平平行金属板间做什么运动?水平位移和竖直位移分别满足什么关系?③电子在运动过程中,电场力一共做了多少功?归纳1.带电粒子在电场中的加速可以应用牛顿运动定律结合匀变速直线运动的公式求解,也可应用动能定理qU =12mv 22-12mv 21求解,其中U 为带电粒子初、末位置之间的电势差.2.带电粒子在电场中的偏转带电粒子在匀强电场中做匀变速曲线运动,属类平抛运动,要应用运动的合成与分解的方法求解,同时要注意:(1)明确电场力的方向,确定带电粒子到底向哪个方向偏转;(2)借助画出的运动示意图寻找几何关系或题目中的隐含关系.带电粒子在电场中的运动可从动力学、能量等多个角度来分析和求解.考点三 带电体在电场中的运动3 [2015·四川卷] 如图68所示,粗糙、绝缘的直轨道OB 固定在水平桌面上,B 端与桌面边缘对齐,A 是轨道上一点,过A 点并垂直于轨道的竖直面右侧有大小E =×106N /C 、方向水平向右的匀强电场.带负电的小物体P 电荷量是×10-6C ,质量m = kg ,与轨道间动摩擦因数μ=,P 从O 点由静止开始向右运动,经过 s 到达A 点,到达B 点时速度是5 m /s ,到达空间D 点时速度与竖直方向的夹角为α,且tan α=,P 在整个运动过程中始终受到水平向右的某外力F 作用,F 大小与P 的速率v 的关系如下表所示.P 视为质点,电荷量保持不变,忽略空气阻力,g 取10 m /s 2.求:(1)小物体P 从开始运动至速率为2 m /s 所用的时间; (2)小物体P 从A 运动至D 的过程,电场力做的功.归纳带电体通常是指需要考虑重力的物体,如带电小球、带电液滴、带电尘埃等.带电体在电v/(m ·s -1)0≤v≤22<v<5 v≥5 F/N263场中运动的研究方法与力学综合题的分析方法相近,一般应用牛顿运动定律、运动学规律、动能定理和能量守恒定律求解.当带电体同时受重力和电场力时,可以应用等效场的观点处理.变式1 如图69所示,CD左侧存在场强大小 E=mgq、方向水平向左的匀强电场,一个质量为m、电荷量为+q的光滑绝缘小球从底边BC长为L、倾角为53°的直角三角形斜面顶端A 点由静止开始下滑,运动到斜面底端C点后进入一竖直半圆形细圆管内(C处为一小段长度可忽略的光滑圆弧,圆管内径略大于小球直径,半圆直径CD在竖直线上),恰能到达细圆管最高点D点,随后从D点离开后落回斜面上某点P.(重力加速度为g , sin 53°=, cos 53°=求:(1)小球到达C点时的速度;(2)小球从D点运动到P点的时间t.变式2 如图610所示,空间有一水平向右的匀强电场,半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内,O是圆心,AB是竖直方向的直径.一质量为m、电荷量为+q的小球套在圆环上,并静止在P点,且OP与竖直方向的夹角θ=37°.不计空气阻力.已知重力加速度为g,sin37°=,cos 37°=.(1)求电场强度E的大小;(2)要使小球从P点出发能做完整的圆周运动,求小球初速度v应满足的条件.4 如图611甲所示,一对平行金属板M、N长为L,相距为d,O1O为中轴线.当两板间加电压U MN=U0时,两板间为匀强电场,忽略两极板外的电场,某种带负电的粒子从O1点以速度v0沿O1O方向射入电场,粒子恰好打在上极板M的中点,粒子重力忽略不计.(1)求带电粒子的比荷q m ;(2)若MN间加如图乙所示的交变电压,其周期T=Lv0,从t=0开始,前T3内U MN=2U,后2T3内U MN=-U,大量的上述粒子仍然以速度v0沿O1O方向持续射入电场,最终所有粒子恰好能全部离开电场而不打在极板上,求U的值.图611导思①MN间加交变电压后,粒子在水平方向做什么运动?运动时间是多少?②MN间加交变电压后,粒子在竖直方向做什么运动?可以分成几个阶段?每阶段的加速度是多少?归纳交变电场中粒子的运动往往属于运动的多过程问题,关键是搞清楚电场力或加速度随时间变化的规律,进而分析速度的变化规律,通过绘制vt图像来分析运动过程比较直观简便.【真题模型再现】平行板电容器中带电粒子的运动2011 ·安徽卷交变电场中粒子的运动2012·新课标全国卷带电粒子在电容器中的匀速直线运动2013·广东卷加速偏转模型应用2014·安徽卷带电粒子在电容器中运动的功能关系2014·天津卷带电体在复合场中的功能转化2015·海南卷带电粒子在电场中加速(续表)【真题模型再现】平行板电容器中带电粒子的运动2015·山东卷带电体在变化电场中运动2015·北京卷带电粒子在电场中的功能转化2015·全国卷Ⅱ带电粒子在电场中的动力学问题【模型核心归纳】带电体在平行板电容器间的运动,实际上就是在电场力作用下的力电综合问题,依然需要根据力学解题思路求解,解题过程要遵从以下基本步骤:(1)确定研究对象(是单个研究对象还是物体组);(2)进行受力分析(分析研究对象所受的全部外力,包括电场力.其中电子、质子、正负离子等基本微观粒子在没有明确指出或暗示时一般不计重力,而带电油滴、带电小球、带电尘埃等宏观带电体一般要考虑其重力);(3)进行运动分析(分析研究对象所处的运动环境是否存在束缚条件,并根据研究对象的受力情况确定其运动性质和运动过程);(4)建立物理等式(由平衡条件或牛顿第二定律结合运动学规律求解,对于涉及能量的问题,一般用动能定理或能量守恒定律列方程求解.例在真空中水平放置平行板电容器,两极板间有一个带电油滴,电容器两极板间距为d,当平行板电容器的电压为U0时,油滴保持静止状态,如图612所示.当给电容器突然充电使其电压增加ΔU1,油滴开始向上运动;经时间Δt后,电容器突然放电使其电压减少ΔU2,又经过时间Δt,油滴恰好回到原来位置.假设油滴在运动过程中没有失去电荷,充电和放电的过程均很短暂,这段时间内油滴的位移可忽略不计,重力加速度为g.试求:(1)带电油滴所带电荷量与质量之比;(2)第一个Δt与第二个Δt时间内油滴运动的加速度大小之比;(3)ΔU1与ΔU2之比.展如图613所示,A、B为平行金属板,两板相距为d,分别与电源两极相连,两板的中央各有一小孔M和N.今有一带电质点,自A板上方相距为d的P点由静止自由下落(P、M、N 在同一竖直线上),空气阻力忽略不计,到达N孔时速度恰好为零,然后沿原路返回.若保持两极板间的电压不变,则不正确的是( )图613A.把A板向上平移一小段距离,质点自P点自由下落后仍能返回B.把A板向下平移一小段距离,质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落C.把B板向上平移一小段距离,质点自P点自由下落后仍能返回D.把B板向下平移一小段距离,质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落第7讲带电粒子在磁场及复合场中的运动1.(多选)[2014·新课标全国卷Ⅱ] 图71为某磁谱仪部分构件的示意图.图中,永磁铁提供匀强磁场,硅微条径迹探测器可以探测粒子在其中运动的轨迹.宇宙射线中有大量的电子、正电子和质子.当这些粒子从上部垂直进入磁场时,下列说法正确的是( )图71A.电子与正电子的偏转方向一定不同B.电子与正电子在磁场中运动轨迹的半径一定相同C.仅依据粒子运动轨迹无法判断该粒子是质子还是正电子D.粒子的动能越大,它在磁场中运动轨迹的半径越小【考题定位】难度等级:中等出题角度:本题主要考查学生对左手定则、带电粒子在匀强磁场中运动规律的掌握情况.2.[2015·全国卷Ⅰ] 两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平行.一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子(不计重力),从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后,粒子的( )A.轨道半径减小,角速度增大B.轨道半径减小,角速度减小C.轨道半径增大,角速度增大D.轨道半径增大,角速度减小【考题定位】难度等级:容易出题角度:本题主要考查学生对带电粒子在匀强磁场中运动结论的掌握情况,属于较简单题目.3.(多选)[2015·全国卷Ⅱ] 两个匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ,Ⅰ的磁感应强度是Ⅱ的k倍,两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动.与Ⅰ中运动的电子相比,Ⅱ中的电子( )A.运动轨迹的半径是Ⅰ中的k倍B.加速度的大小是Ⅰ中的k倍C.做圆周运动的周期是Ⅰ中的k倍D.做圆周运动的角速度与Ⅰ中的相等【考题定位】难度等级:容易出题角度:本题主要考查学生对带电粒子在匀强磁场中运动规律的掌握情况,考查了应用牛顿运动定律、圆周运动的规律解决物理问题的能力.考点一通电导体在磁场中的安培力问题1 [2015·重庆卷] 音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机.图72是某音圈电机的原理示意图,它由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成,线圈边长为L,匝数为n,磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下,大小为B,区域外的磁场忽略不计.线圈左边始终在磁场外,右边始终在磁场内,前后两边在磁场内的长度始终相等.某时刻线圈中电流从P流向Q,大小为I.(1)求此时线圈所受安培力的大小和方向.(2)若此时线圈水平向右运动的速度大小为v,求安培力的功率.导思①单根通电直导线垂直磁场放置,安培力的大小、方向如何?n根呢?②安培力的功率与哪些因素有关?归纳安培力与动力学综合问题已成为高考的热点,解决这类问题的关键是把电磁学问题力学化,把立体图转化为平面图,即画出平面受力分析图,其中安培力的方向切忌跟着感觉走,要用左手定则来判断,注意F安⊥B、F安⊥I.其次是选用牛顿第二定律或平衡条件建立方程解题.变式如图73所示,一劲度系数为k的轻质弹簧下面挂有匝数为n的矩形线框边长为l,线框的下半部分处在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向垂直线框平面向里.线框中通以电流I,方向如图所示,开始时线框处于平衡状态,弹簧处于伸长状态.令磁场反向,磁感应强度的大小仍为B,线框达到新的平衡.则在此过程中线框位移的大小Δx及方向是( )A.Δx=2nIlBk,方向向上B.Δx=2nIlBk,方向向下C.Δx=nIlBk,方向向上D.Δx=nIlBk,方向向下考点二带电粒子在有界磁场中的运动2 如图74所示,在xOy平面内以O为圆心、R0为半径的圆形区域Ⅰ内有垂直于纸面向外、磁感应强度为B1的匀强磁场.一质量为m、带电荷量为+q的粒子以速度v0从A(R0,0)点沿x轴负方向射入区域Ⅰ,经过P(0,R0)点,沿y轴正方向进入同心环形区域Ⅱ,为使粒子经过区域Ⅱ后能从Q点回到区域Ⅰ,需在区域Ⅱ内加一垂直于纸面向里、磁感应强度为B2的匀强磁场.已知OQ与x轴负方向成30°角,不计粒子重力.求:(1)区域Ⅰ中磁感应强度B1的大小;(2)环形区域Ⅱ的外圆半径R的最小值;(3)粒子从A点出发到再次经过A点所用的最短时间.导思①粒子以速度v0从A到P,经过P点的速度方向如何?②粒子在区域Ⅱ从P到Q,圆心角是多少?③粒子从A点出发到再次经过A点,经过哪些圆弧?圆心角分别为多少?归纳解答带电粒子在匀强磁场中运动的关键是画粒子运动轨迹的示意图,确定圆心、半径及圆心角.此类问题的解题思路是:(1)画轨迹:即确定圆心,用几何方法求半径并画出运动轨迹.(2)找联系:轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系,偏转角度与圆心角、入射方向、出射方向相联系,在磁场中运动的时间与周期相联系.(3)用规律:即牛顿第二定律和圆周运动的规律,特别是周期公式和半径公式.变式1 如图75所示,横截面为正方形abcd的有界匀强磁场的磁场方向垂直纸面向里.一束电子以大小不同、方向垂直ad边界的速度飞入该磁场.对于从不同边界射出的电子,下列判断不正确的是( )图75A.从ad边射出的电子在磁场中运动的时间都相等B.从c点离开的电子在磁场中运动时间最长C.电子在磁场中运动的速度偏转角最大为πD.从bc边射出的电子的速度一定大于从ad边射出的电子的速度变式2 (多选)如图76所示,ab是匀强磁场的边界,质子(11H)和α粒子(42He)先后从c点射入磁场,初速度方向与ab边界的夹角均为45°,并都到达d点.不计空气阻力和粒子间的作用.关于两粒子在磁场中的运动,下列说法正确的是( )图76A.质子和α粒子运动轨迹相同B.质子和α粒子运动动能相同C.质子和α粒子运动速率相同D.质子和α粒子运动时间相同考点三带电粒子在复合场中的运动3 [2015·福建卷] 如图77所示,绝缘粗糙的竖直平面MN左侧同时存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场方向水平向右,电场强度大小为E,磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度大小为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的小滑块从A点由静止开始沿MN下滑,到达C 点时离开MN做曲线运动.A、C两点间距离为h,重力加速度为g.(1)求小滑块运动到C点时的速度大小v C;(2)求小滑块从A点运动到C点过程中克服摩擦力做的功W f;(3)若D点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大的位置,当小滑块运动到D点时撤去磁场,此后小滑块继续运动到水平地面上的P点.已知小滑块在D点时的速度大小为v D,从D点运动到P点的时间为t,求小滑块运动到P点时速度的大小v P.【规范步骤】[解析] (1)小滑块沿MN运动过程,水平方向受力满足qvB +N=qE小滑块在C点离开MN时,有N=0解得v C=E B .(2)由动能定理,有___________________________________________解得______________________________________.(3)如图78所示,小滑块速度最大时,速度方向与电场力、重力的合力方向垂直.撤去磁场后小滑块将做类平抛运动,等效加速度为g′g ′=⎝⎛⎭⎫qE m 2+g 2 且v 2P =v 2D +g′2t 2解得_______________________________.归纳带电粒子在复合场中常见的运动形式:①当带电粒子在复合场中所受的合力为零时,粒子处于静止或匀速直线运动状态;②当带电粒子所受的合力大小恒定且提供向心力时,粒子做匀速圆周运动;③当带电粒子所受的合力变化且与速度方向不在一条直线上时,粒子做非匀变速曲线运动.如果带电粒子做曲线运动,则需要根据功能关系求解,需要注意的是洛伦兹力始终不做功.4 如图79所示,直线MN 上方有平行于纸面且与MN 成45°角的有界匀强电场,电场强度大小未知;MN 下方为方向垂直于纸面向里的有界匀强磁场,磁感应强度大小为B.今从MN 上的O 点向磁场中射入一个速度大小为v 、方向与MN 成45°角的带正电粒子,该粒子在磁场中运动时的轨道半径为R.若该粒子从O 点出发记为第一次经过直线MN ,而第五次经过直线MN 时恰好又通过O 点.不计粒子的重力.求:(1)电场强度的大小;(2)该粒子再次从O 点进入磁场后,运动轨道的半径; (3)该粒子从O 点出发到再次回到O 点所需的时间. 导思①粒子从O 点出发到第五次经过直线MN ,经过哪些运动过程,分别做什么运动?②粒子第四次经过直线MN ,进入电场,沿电场线和垂直电场线方向分别做什么运动?其位移分别是多少?③粒子再次从O 点进入磁场后,运动的速度是多少?归纳电场(或磁场)与磁场各位于一定的区域内并不重叠,或在同一区域电场与磁场交替出现,这种情景就是组合场.粒子在某一场中运动时,通常只受该场对粒子的作用力.其处理方法一般为:①分析带电粒子在各场中的受力情况和运动情况,一般在电场中做直线运动或类平抛运动,在磁场中做匀速圆周运动;②正确地画出粒子的运动轨迹图,在画图的基础上注意运用几何知识寻找关系;③注意确定粒子在组合场交界位置处的速度大小与方向,该速度是联系两种运动的桥梁.【真题模型再现】带电粒子在电磁场中运动的科技应用2013·重庆卷霍尔效应原理2014·浙江卷离子推进器2014·福建卷电磁驱动原理2015·浙江卷回旋加速器引出离子问题2015·重庆卷回旋加速器原理2015·江苏卷质谱仪(续表)【模型核心归纳】带电粒子在电场、磁场中的运动与现代科技密切相关,应重视以科学技术的具体问题为背景的考题.涉及带电粒子在复合场中运动的科技应用主要是速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、质谱仪等,对应原理如下:装置名称装置图示原理及结论速度选择器粒子经加速电场加速后得到一定的速度v0,进入正交的电场和磁场,受到的电场力与洛伦兹力方向相反,若使粒子沿直线从右边孔中射出,则有qv0B=qE,即v0=EB,故若v=v0=EB,粒子必做匀速直线运动,与粒子电荷量、电性、质量均无关.若v<EB,电场力大,粒子向电场力方向偏,电场力做正功,动能增加.若v>EB,洛伦兹力大,粒子向洛伦兹力方向偏,电场力做负功,动能减少磁流体发电机正、负离子(等离子体)高速喷入偏转磁场中,在洛伦兹力作用下,正、负离子分别向上、下极板偏转、积累,从而在板间形成一个场强向下的电场,两板间形成一定的电势差.当qvB=qUd时,电势差达到稳定,U=dvB,这就相当于一个可以对外供电的电源电磁流量计一圆形导管直径为d,用非磁性材料制成,其中有可以导电的液体向左流动.导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下纵向偏转,a、b间出现电势差.当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时,由Bqv=Eq=Uqd,可得v=UBd,则流量Q=Sv=πUd4B质谱仪选择器中v=EB1;偏转场中d=2r,qvB2=mv2r,解得比荷qm=2EB1B2d,质量m=B1B2dq2E.作用:主要用于测量粒子的质量、比荷,研究同位素霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体,当磁场方向与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差,这种现象称为霍尔效应例[2015·浙江卷] 使用回旋加速器的实验需要把离子束从加速器中引出,离子束引出的方法有磁屏蔽通道法和静电偏转法等.质量为m,速度为v的离子在回旋加速器内旋转,旋转轨道是半径为r的圆,圆心在O点,轨道在垂直纸面向外的匀强磁场中,磁感应强度为B.为引出离子束,使用磁屏蔽通道法设计引出器.引出器原理如图710所示,一对圆弧形金属板组成弧形引出通道,通道的圆心位于O′点(O′点图中未画出).引出离子时,令引出通道内磁场的磁感应强度降低,从而使离子从P点进入通道,沿通道中心线从Q点射出.已知OQ 长度为L,OQ与OP的夹角为θ.(1)求离子的电荷量q并判断其正负;(2)离子从P点进入,Q点射出,通道内匀强磁场的磁感应强度应降为B′,求B′;(3)换用静电偏转法引出离子束,维持通道内的原有磁感应强度B不变,在内外金属板间加直流电压,两板间产生径向电场,忽略边缘效应.为使离子仍从P点进入,Q点射出,求通道内引出轨迹处电场强度E的方向和大小.图710。
2015届高考物理二轮复习综合讲与练:专题三 电场和磁场(含2014高考题)
第1讲 电场及带电体在电场中的运动考向一电场的性质 (选择题)电场中的各个物理量形成及相互转化关系[例1] (2014·全国新课标Ⅰ)如图所示,在正点电荷Q 的电场中有M 、N 、P 、F 四点,M 、N 、P 为直角三角形的三个顶点,F 为MN 的中点,∠M =30°。
M 、N 、P 、F 四点处的电势分别用φM 、φN 、φP 、φF 表示,已知φM =φN ,φP =φF ,点电荷Q 在M 、N 、P 三点所在平面内,则( )A .点电荷Q 一定在MP 的连线上B .连接PF 的线段一定在同一等势面上C .将正试探电荷从P 点搬运到N 点,电场力做负功D .φP 大于φM [审题指导](1)根据等势线一定与电场线垂直确定点电荷的位置。
(2)根据点电荷产生电场的特点判断选项B 、C 、D 是否正确。
[解析] 根据正点电荷的电场的特点可知,点电荷的电场的等势面是以点电荷为中心的同心球面,故分别作MN 连线的中垂线和PF 连线的中垂线,如图所示,根据图中几何关系可知,两条线交MP 于A 点,即点电荷在A 点,A 正确,B 错误;将正试探电荷从P 点搬运到N 点,电场力做正功,C 错误;沿着电场线的方向电势逐渐降低,故φP >φM ,D 正确。
[答案] AD [感悟升华]电场强度、电势、电势能的判断方法1.(2014·安徽高考)一带电粒子在电场中仅受静电力作用,做初速度为零的直线运动。
取该直线为x 轴,起始点O 为坐标原点,其电势能E p 与位移x 的关系如图甲所示。
下列图像中合理的是( )甲乙解析:选D 由于粒子只受电场力作用,因此由F 电=⎪⎪⎪⎪ΔE p Δx 可知,E p -x 图像的斜率大小即为粒子所受电场力大小,从图像可知,图像的斜率随位移的增大而越来越小,因此粒子运动后所受的电场力随位移的增大而越来越小,因此电场强度越来越小,A 错误;由于只受电场力作用,因此动能与电势能的和是定值,但从B 项和题图可以看出,不同位置的电势能与动能之和不是定值,B 错误;粒子受到的电场力随位移的增大而越来越小,因此加速度随位移的增大而越来越小,D 正确;若粒子的速度随位移的增大而均匀增大,则粒子的动能E k ∝x 2,结合B 项分析可知C 错误。
2015届高考物理二轮复习学案:专题3 力与曲线运动(人教版)
能力呈现【考情分析】力与曲线运动是力学中非常重要的内容,是高考热点之一.高考中单独考查曲线运动的知识点时,题型为选择题;将曲线运动与功和能、电场和磁场综合时,题型为计算题.【备考策略】考查的知识点有:对平抛运动的理解及综合运用、运动的合成与分解思想方法的应用、竖直平面内圆周运动的理解和应用、天体的运动.在复习中,要将基础知识、基本概念与牛顿运动定律及功能原理相结合,抓住处理问题的基本方法即运动的合成与分解,灵活掌握常见的曲线运动模型即平抛运动和类平抛运动,掌握竖直平面内的圆周运动并判断完成圆周运动的临界条件.1. (多选)(2013·上海)如图所示,在平静海面上,两艘拖船A 、B 拖着驳船C 运动的示意图.A 、B 的速度分别沿着缆绳CA 、CB 方向,A 、B 、C 不在一条直线上.由于缆绳不可伸长,因此C 的速度在CA、CB方向的投影分别与A、B的速度相等.由此可知C的( )A. 速度大小可以介于A、B的速度大小之间B. 速度大小一定不小于A、B的速度大小C. 速度方向可能在CA和CB的夹角范围外D. 速度方向一定在CA和CB的夹角范围内2. (2013·南京盐城一模)如图所示,球网高出桌面H,网到桌边的距离为L.某人在乒乓球训练中,从左侧处,将球沿垂直于网的方向水平击出,球恰好通过网的上沿落到右侧桌边缘.设乒乓球运动为平抛运动.则( )A. 击球点的高度与网高度之比为2∶1B. 乒乓球在网左右两侧运动时间之比为2∶1C. 乒乓球过网时与落到桌边缘时速率之比为1∶2D. 乒乓球在左、右两侧运动速度变化量之比为1∶23. (2013·江苏)火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行,根据开普勒行星运动定律可知( )A. 太阳位于木星运行轨道的中心B. 火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等C. 火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方D. 相同时间内,火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积4. (多选)(2013·金陵中学)如图所示,小球m在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动.下列说法中正确的有( )A. 小球通过最高点的最小速度为B. 小球通过最高点的最小速度为0C. 小球在水平线ab以下管道中运动时,外侧管壁对小球一定有作用力D. 小球在水平线ab以上管道中运动时,内侧管壁对小球一定有作用力能力巩固1. (多选)(2013·全国)公路急转弯处通常是交通事故多发地带.如图所示,某公路急转弯处是一圆弧,当汽车行驶的速率为v c时,汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势,则在该弯道处( )A. 路面外侧高、内侧低B. 车速只要低于v c,车辆便会向内侧滑动C. 车速虽然高于v c,但只要不超出某一最高限度,车辆便不会向外侧滑动D. 当路面结冰时,与未结冰时相比, v c的值变小2. (多选)(2013·江苏)如图所示,从地面上同一位置抛出两小球A、B,分别落在地面上的M、N点,两球运动的最大高度相同. 空气阻力不计,则( )A. B的加速度比A的大B. B的飞行时间比A的长C. B在最高点的速度比A在最高点的大D. B在落地时的速度比A在落地时的大3. (2013·福建)设太阳质量为M,某行星绕太阳公转周期为T,轨道可视为半径为r的圆.已知引力常量为G,则描述该行星运动的上述物理量满足( )A. GM=2324πrT B. GM=2224πrT C. GM=2234πrT D. GM=324πrT4. (2013·镇江一模)如图所示,质量为m的小物块在光滑的水平面上以v0向右做直线运动,经距离l后,进入半径为R的光滑半圆形轨道,从圆弧的最高点飞出,恰好落在出发点上.已知l=1.6 m,m=0.10kg,R=0.4 m,不计空气阻力,重力加速度取g=10 m/s2.(1) 求小物块运动到圆形轨道最高点时的速度大小以及此时小物块对轨道的压力.(2) 求小物块的初速度大小v0.(3) 若圆形轨道粗糙,则小物块恰能通过圆形轨道最高点.求小物块在这个过程中克服摩擦力所做的功.专题三力与曲线运动【能力摸底】1. BD2. D3. C4. BC【能力提升】例1 A例2 (1) 0.8 m (2) E k=3.25h例3 (1) T0=2π(2) 小球对盒子的右侧面和下侧面有作用力,大小分别为4mg和mg例4 (1) v Av Bv0≤…) 例5 D 例6 A 例7 ABD【能力巩固】1. AC2. CD3. A4. (1) 由平抛运动规律得竖直方向2R=12gt2,水平方向l=vt, 解得v=4 m/s.最高点F N+mg=m2v R,解得F N=3 N.由牛顿第三定律得,小物块对轨道的压力为3N,方向竖直向上.(2) 由动能定理-2mgR=12mv2-12m20v,解得v0m/s.(3) 最高点mg=m2'v R,由动能定理-2mgR-W克=12mv'2-12m20v,解得W克=0.6 J.。
高三物理二轮复习专题课件精编:专题三 第2课时 电场和磁场中的曲线运动 (36页)
热点题型例析
专题二 第1课时
以题说法
本 课 时 栏 目 开 关
解图象类问题的关键在于将图象与物理过程对应
起来,通过图象的坐标轴、关键点、斜率、面积等信息,对运 动过程进行分析,从而解决问题.
热点题型例析
专题二 第1课时
(2013· 四川· 6)甲、乙两物体在 t=0 时刻经过同一
位置沿 x 轴运动,其 v-t 图象如图 2 所示,则
知识方法聚焦
专题二 第1课时
第1课时
动力学观点在力学中的应用
本 课 时 1.物体或带电粒子做匀变速直线运动的条件是: 物体所受合 栏 目 力为恒力,且与速度方向共线 . 开 关
知识方法聚焦
专题二 第1课时
2.匀变速直线运动的基本规律为 速度公式:v= v0+at 1 2 v0t+2at 位移公式:x=
以题说法
解决此类问题必须熟练掌握运动学的基本规律和
推论(即五个关系式).对于匀减速直线运动还要会灵活运用逆 向思维法.对于追及相遇问题要能分别清晰地分析两物体的运 动过程,能找出空间和时间的关系等.
热点题型例析
专题二 第1课时
一物体以某一初速度在粗糙的水平面上做匀减
速直线运动,最后停下来,若此物体在最初 5 s 内通过的路程 与最后 5 s 通过的路程之比为 9∶5,求此物体一共运动了多少 时间?
答案 7 s
热点题型例析
题型 4 例4
专题二 第1课时
应用动力学方法分析传送带问题 1 (16 分)如图 5 所示, 竖直固定的 光滑圆弧轨道 AB 半径 4
R=1.25 m,BC 为水平传送带与 a、b 两驱动轮的切点,AB 与
本 课 时 栏 目 开 关
BC 水平相切于 B 点 ( 未连接 , 圆弧轨道不影响传送带运 动).一质量为 m=3 kg 的小滑块,从 A 点由静止滑下,当 传送带静止时,滑块恰好能滑到 C 点.已知 a、b 两轮半径 均为 r=0.4 m 且两轮与传送带间不打滑, 滑块与传送带间的 动摩擦因数 μ=0.1,取 g=10 m/s2.问:
2015届高考物理大二轮专题复习训练:专题三第2课时电场和磁场中的曲线运动讲解
重力,若两粒子轨迹恰好相切,则V o 等于()第2课时 电场和磁场中的曲线运动知识方法聚焦知识回扣1 •带电粒子在电场中受到电场力,如果电场力的方向与速度方向不共线,粒子将会做曲线运 ______ 动;如果带电粒子垂直进入匀强电场,将会做类平抛运动,由于加速度恒定且与速度方向不 共线,因此是匀变速曲线运动.2•研究带电粒子在匀强电场中的类平抛运动的方法与平抛运动相同,可将运动分解为垂直电 场方向的匀速直线运动和沿电场方向的匀加速直线运动; 若场强为E ,其加速度的大小可以表示为a = qE .m3•带电粒子垂直进入匀强磁场时将做匀速圆周运动,向心力由洛伦兹力提供,洛伦兹力始终 垂直于运动方向,它不做功•其半径R=mv ,周期T =2n m .qBqB规律方法1.带电粒子在电场和磁场的组合场中运动时,一般是类平抛运动和匀速圆周运动的组合,可 以先分别研究这两种运动,而类平抛运动的末速度往往是匀速圆周运动的线速度,分析运动 过程中转折点的速度是解决此类问题的关键.2•本部分内容诵常应用运动的合成与分解的方法、功能关系和圆周运动的知识解决问题热点考向例析考向1带电粒子在电场中的曲线运动问题 【例1】(2014山东18)如图1所示,场强大小为 E 、方向竖直向下的匀强电场中有一矩形区域 abed ,水平边ab 长为s ,竖直边ad 长为h.质量均为m 、带电量分别为+ q 和—q 的两粒子,由a 、e 两点先后沿ab 和ed 方向以速率V 。
进入矩形区域(两粒子不同时出现在电场中)•不计 填填更有底图1【审题突破】 正负粒子在电场中做什么运动?两粒子轨迹恰好相切说明什么?1解析 根据对称性,两粒子轨迹的切点位于矩形区域abed 的中心,则在水平方向有 2s = v °t ,在竖直方向有2h = g 晋t 2,解得v o = 2寸蛊.故选项B 正确,选项A 、C 、D 错误. 答案 B【以题说法】1•带电粒子在电场中的一般曲线运动特点是运动轨迹一定在合力和速度的夹角范 围内,且向着力的方向弯曲,这是我们画轨迹或者分析受力的依据 .2.对于类平抛运动模型通常采用运动的合成与分解方法处理.':「儿/••一对平行金属板长为 L ,两板间距为d ,质量为m ,电荷量为e 的电子从平行板左侧以速度V o 沿两板的中线不断进入平行板之间,两板间所加交变电压 U AB 如图2所示,交变电压的周期 T =4,已知所有电子都能穿过平行板,且偏距最大的粒子刚好从极板的边缘飞2v o出,不计重力作用,贝U ()图2A .所有电子都从右侧的同一点离开电场B .所有电子离开电场时速度都是v oC . t = 0时刻进入电场的电子,离开电场时动能最大D . t = T 时刻进入电场的电子,在两板间运动时最大侧位移为£ 416乩O 坯-答案BD解析电子进入电场后做类平抛运动,不同时刻进入电场的电子垂直电场方向分速度图象如图,可知,各个电子在垂直电场方向的位移不全相同,故所有电子从右侧离开电场的位置不全相同,故误;由图看出,所有电子离开电场时,垂直电场方向分速度V y= 0,速度都等于V0,故B正确;由上分析可知,电子离开电场时的速度都相同,动能都相同,故C错误;t =扌时刻进入电场23T 1 T 2 aT的电子,在t="4时刻侧位移最大,最大侧位移为y m = 2X2a(4)=16,在t=0时刻进入电场的电子侧位移最大为d,则有d= 4X 1a(T)2=呼,解得y m = 16,故D正确.考向2带电体在电场中的曲线运动问题【例2】如图3所示,MPQO为有界的竖直向下的匀强电场,电场强度为E, ACB为光滑固定的半圆形绝缘轨道,圆轨道半径为R,圆心为O, A、B为圆水平直径的两个端点,OC竖直.一个质量为m、电荷量为一q的带电小球,从A点正上方高为H处由静止释放,并从A点沿切线进入半圆轨道•不计空气阻力及一切能量损失,关于带电小球的运动情况,下列说法正确的是()□图3A .小球一定能从B点离开轨道B .小球在AC部分可能做匀速圆周运动C •若小球能从B点离开,上升的高度一定小于HD .小球到达C点的速度可能为零【审题突破】小球在运动过程中有哪几个力做功,是正功还是负功?小球在AC部分做匀速圆周运动的条件是什么?如果小球到达C点的速度为零,小球还能不能沿AC半圆轨道运动?解析由于题中没有给出H与R、E的关系,所以小球不一定能从B点离开轨道;若重力大小等于电场力,小球在AC部分做匀速圆周运动.由于小球在AC部分运动时电场力做负功,所以若小球能从B点离开,上升的高度一定小于H ;若小球到达C点的速度为零,则电场力大于重力,则小球不可能沿半圆轨道运动,所以小球到达C点的速度不可能为零.答案BC【以题说法】1•带电体一般要考虑重力,而且电场力对带电体做功的特点与重力相同,即都与路径无关.2.带电体在电场中做曲线运动(主要是类平抛、圆周运动)的分析方法与力学中的方法相同,只是对电场力的分析要更谨慎.如图4所示,在竖直向上的匀强电场中, 从倾角为B 的斜面上的M 点水平抛出一 个带负电小球,小球的初速度为V 0,最后小球落在斜面上的 N 点.在已知a V o 和小球所受的 电场力大小F 及重力加速度g 的条件下,不计空气阻力,则下列判断正确的是 ( )B .由图可知小球所受的重力大小可能等于电场力C .可求出小球从 M 点到N 点的过程中电势能的变化量D •可求出小球落到 N 点时速度的大小和方向 答案 BD解析 质量未知,故无法求重力功率,故 A 错误;小球做类平抛运动,重力与电场力的大小 不确定,可能两者相等,故B 正确;小球从 M 点到N 点的过程中电势能的变化量A E p = Fy =2F •a ,由于加速度a 无法求出,所以电势能的变化量不能求出,故C 错误;利用平抛知识有;='1 + 4tan 2 0v o , D 正确.考向3带电粒子在磁场中的圆周运动问题 【例3】如图5所示,在xOy 平面内,有一个圆形区域的直径 AB 与x 轴重合,圆心0'的坐标 为(2a,0),其半径为a ,该区域内无磁场.在 y 轴和直线x = 3a 之间的其他区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B. —质量为m 、电荷量为q 的带正电的粒子从 y 轴上某点射入磁场.不计粒子重力. (1) 若粒子的初速度方向与 y 轴正向的夹角为60。
名师导学高考二轮总复习物理专题3 第7课电场及带电体在电场中的运动 课件
小结与拓展 解决与电容器有关的问题,要注意
电容器中的电场为匀强电场,电容器的带电量 Q=
CU,既与电容器的电容有关,也与电容器两个极板上
的电压有关.若涉及两极板间距离改变的情况,还要 注意电容是怎样变化的.
解决此类问题的步骤一般是:先判断电容器是电 压不变还是电量不变.
【分析与解答】若将 B 板稍向下移,则 C1 减小, C2 不变,故 D 错误;因两电容器两板间电势差相等, 带电量之和保持不变,根据 Q=CU 可知:Q 总=C1U +C2U,可知 U1=U2=U 变大;Q2=C2U 可知 Q2 增 大,Q1 减小,选项 C 正确,选项 B 错误;因 AB 间电 场强度减小,MN 间电场强度变大,则可知 P 向下动, Q 向上动,选项 A 正确;故选 AC.
正、负功判断法:当正(或负)电荷从电势较高的 点移动到电势较低的点时,电场力做正功(或电场力做 负功);当正(或负)电荷从电势较低的点移动到电势较 高的点时,电场力做负功(或电场力做正功).
若是在点电荷形成的电场中,在不知道两点之间 的电势差的情况下,一种方法是注意这两点之间的位 置关系,可能这两点是处于同一等势面上,在这两点 间移动电荷,电场力做功为零;另一种方法是利用动 能定理求变力做的功.
C.将小球 A、B 的电荷量都增为原来的二倍,同 时将小球 B 的质量变为原来的一半
D.将小球 A、B 的电荷量都减小到原来的一半, 同时将小球 B 的质量增加到原来的二倍
【命题立意】库仑定理,物体的平衡.
【分析与解答】对小球 B 受力分析如图所 示:B 受重力、绳子的拉力及库仑力;
根据三角形相似可得:mLBg=Fd,而库 仑力 F=kQd12Q2;
第7课时 电场及带电体在电场中的运动
高考物理二轮复习 专题一 第4讲 力与物体的曲线运动电场和磁场中的曲线运动课件
解析 设电子的质量为 m,速率为 v,电荷量为 q,则由牛顿第 二定律得:qvB=mRv2① T=2πvR② 由①②得:R=mqBv,T=2qπBm 所以RR21=BB12=k,TT21=BB12=k 根据 a=qmvB,ω=Rv
可知aa21=1k,ωω21=1k,所以选项 A、C 正确,选项 B、D 错误。 答案 AC
一个功能关系,ΔEk=qUd y。
考向二 带电粒子在匀强磁场中的运动 核心知识
规律方法
“一点、两画、三定、四写”求解粒子在磁场中的圆周运动问题
(1)一点:在特殊位置或要求粒子到达的位置
(如初始位置、要求经过的某一位置等);
(2)两画:画出速度 v 和洛伦兹力 F 两个矢量的
方向。
(3)三定:定圆心、定半径、定圆心角;
(2)微粒能落到 B 点,下板带电荷量最多,最多带电荷量为 Q 由 L=v0t 得 t=0.08 s 由d2=12at2 得 a=0.625 m/s2 根据 mg-qE=ma,E=Ud =CQd 代入数据得 Q=7.5×10-6C 所以 n=Qq =71.5××1100--86=750 个 答案 (1)1.25 m/s (2)750个
考向一 带电粒子在电场中的运动 核心知识
规律方法
1.解题途径的Biblioteka 择 (1)求解带电粒子在匀强电场中的运动时,运动和力、功能关 系两个途径都适用,选择依据是题给条件,当不涉及时间时 选择功能关系,否则必须选择运动和力。 (2)带电粒子在非匀强电场中运动时,加速度不断变化,只能 选择功能关系求解。
2.逆向思维巧解题 平抛和类平抛运动均有可运用逆向思维解题的命题出现。
2 ( 2Ed1+L2+EL1d′)× mq ,与比荷有关,故 C 错误。
高考物理二轮 复习与增分策略 专题三 第2课时 电场和磁场中的曲线运动课件
质子所受地球引力可忽略;太阳风中
的质子在等离子层内的活动区域
如图所示
(2 分)
太阳风中的质子,所受洛伦兹力提供向心力,设其做匀速圆周
运动的半径为 r′,则 qvB=mrv′ 2 r′=mqBv
第二十二页,共35页。
针对训练 3 (20 分)太阳风中的高速粒子流会对地球上空的等 离子层(由等数量的质子和电子组成且非常稀疏)产生重大影 响.为研究太阳风中的质子进入等离子层区域的运动情况, 选赤道上空离地心距离 R′=5R(R 为地球半径)处、厚度为 10 km 的等离子层做为考察区域,该区域内磁场视为匀强磁 场.已知地球赤道表面附近重力加速度 g=9.8 m/s2,磁感应 强度大小 B0=3.0×10-5 T,方向沿经线向北,赤道上空磁感应 强度的大小与 r3 成反比(r 为考察点到地心的距离),方向与赤 道附近的磁场方向平行.取质子质量 m=1.7×10-27 kg,质 子电荷量 q=1.6×10-19 C,R=6.4×106 m.粒子间的相互作 用可忽略.求:
将平行板电容器上极板平行上移一些后,让带电小球再次
从原位置水平射入并能打在屏上,其它条件不变,两次相
比较,则再次射入的带电小球
()
图2
第九页,共35页。
A.将打在O点的下方 B.将打在O点的上方 C.穿过平行板电容器的时间将增加 D.达到屏上时的动能将增加 答案(dáàn) AD
第十页,共35页。
第二十四页,共35页。
解析 (1)由万有引力定律和牛顿第二定律得 GRM2m=mg GRM′2m=mg′
①(2 分) ②(2 分)
由①②式及 R′=5R 代入得 g′=(RR′)2g=0.392 m/s2
③(2 分)
(2)设考察区域内的磁感应强度为 B,质子受到的洛伦兹力与地
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10.如图所示,在 xOy 平面内 y 轴与 MN 边界之间有沿 x 轴负方向的匀强电场,y 轴左侧和 MN 边界右侧的空间有垂直纸面向里、磁感应强度大小相等的匀强磁场,MN 边界与 y 轴平行且间 距保持不变.一质量为 m、电荷量为-q 的粒子以速度 v0 从坐标原点 O 沿 x 轴负方向射入磁 场,每次经过磁场的时间均为 t0,粒子重力不计. (1)求磁感应强度的大小 B; (2)若 t=5t0 时粒子回到原点 O,求电场区域的宽度 d 和此时的电场强度 E0; (3)若带电粒子能够回到原点 O,则电场强度 E 应满足什么条件?
8.如图所示,无限宽广的匀强磁场分布在 xOy 平面内,x 轴上下方磁场均垂直 xOy 平面向里,x 4 轴上方的磁场的磁感应强度为 B,x 轴下方的磁场的磁感应强度为 B.现有一质量为 m、 电量为 3 -q 的粒子以速度 v0 从坐标原点 O 沿 y 轴正方向进入上方磁场.在粒子运动过程中,与 x 轴 交于若干点.不计粒子的重力.求:
3.在光滑绝缘的水平桌面上,存在着方向水平向右的匀强电场,电场线如图中实线所示.一初 速度不为零的带电小球从桌面上的 A 点开始运动,到 C 点时,突然受到一个外加的恒力 F 作 用而继续运动到 B 点,其运动轨迹如图中虚线所示,v 表示小球经过 C 点时的速度.则( ) A.小球带正电 B.恒力 F 的方向可能水平向左 C.恒力 F 的方向可能与 v 方向相反 D.在 A、B 两点小球的速率不可能相等
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(1)粒子在 x 轴上方磁场做匀速圆周运动的半径; (2)设粒子在 x 轴上方的周期为 T1,x 轴下方的周期为 T2,求 T1∶T2; (3)如把 x 轴上方运动的半周与 x 轴下方运动的半周称为一周期的话,则每经过一周期,在 x 轴上粒子右移的距离; (4)在与 x 轴的所有交点中,粒子两次通过同一点的坐标位置.
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7.如图所示,在矩形区域 abcd 内充满垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为 B.在 ad 边中点 O 的粒子源,在 t=0 时刻垂直于磁场发射出大量的同种带电粒子,所有粒子的初速度大小相 同,方向与 Od 的夹角分布在 0~180° 范围内.已知沿 Od 方向发射的粒子在 t=t0 时刻刚好从 磁场边界 cd 上的 p 点离开磁场,ab=1.5L,bc= 3L,粒子在磁场中做圆周运动的半径 R=L, 不计粒子的重力和粒子间的相互作用,求: q (1)粒子在磁场中的运动周期 T 和粒子的比荷 ; m (2)粒子在磁场中运动的最长时间; (3)t=t0 时刻仍在磁场中的粒子所处位置在某一圆弧上,在图中画出该圆弧并说明圆弧的圆 心位置以及圆心角大小.
9.如图所示,在坐标系 xOy 的第二象限内有沿 y 轴负方向的匀强电场,电场强度大小为 E,第 三象限内存在匀强磁场Ⅰ,y 轴右侧区域内存在匀强磁场Ⅱ,Ⅰ、Ⅱ磁场的方向均垂直于纸面 向里.一质量为 m、电荷量为+q 的粒子自 P(-l,l)点由静止释放,沿垂直于 x 轴的方向进入 磁场Ⅰ,接着以垂直于 y 轴的方向进入磁场Ⅱ,不计粒子重力. (1)求磁场Ⅰ的磁感应强度 B1; (2)若磁场Ⅱ的磁感应强度 B2=B1,粒子从磁场Ⅱ再次进入电场,求粒子第二次离开电场时的 横坐标; (3)若磁场Ⅱ的磁感应强度 B2=3B1,求粒子在第一次经过 y 轴到第六次经过 y 轴的时间内,粒 子的平均速度.
6.如图所示,板长 L=10 cm,板间距离 d=10 cm 的平行板电容器水平放置,它的左侧有与水平 方向成 60° 角斜向右上方的匀强电场,某时刻一质量为 m、带电荷量为 q 的小球由 O 点静止释放,沿直线 OA 从电容器 C 的中线水平进入,最后刚好打在电容器的上 极板右边缘,O 到 A 的距离 x=45 3 cm,(g 取 10 m/s2) 求: (1)电容器外左侧匀强电场的电场强度 E 的大小; (2)小球刚进入电容器 C 时的速度 v 的大小; (3)电容器 C 极板间的电压 U.
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2.如图所示,虚线 MN 上方的空间内存在一磁感应强度大小为 B 的匀强磁场.一群电子以不同 的速率 v 从 MN 边界上的 P 点以相同的方向射入磁场, 其中某一 速率为 v0 的电子从 Q 点射出.已知电子入射方向与边界的夹角 为 θ,则由以上条件可在磁场中的运动轨迹都相同 C.所有电子的速度方向都改变了 2θ D.速率大于 v0 的电子在磁场中运动的时间长
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必考热点 7 电场和磁场中的曲线运动
考向一 带电粒子在电场中的运动 1.带电粒子在电场中的加速 (1)匀强电场中, v0 与 E 平行时, 优先用功能关系求解, 若不行, 则用牛顿第二定律和运动学公式。 (2)非匀强电场中,只能用功能关系求解。 2.带电粒子在匀强电场中的偏转 (v0 垂直于 E 的方向),如图所示。 (1)沿 v0 方向的匀速直线运动。 (2)垂直于 v0 方向的匀加速直线运动。 qE qU ①加速度:a= = ; m md 1 qU x 2 qUL2 ②偏转距离:y= at2= , x = L , y = ; 2 2mdv0 2mdv2 0 vy qUx qUL ③速度偏向角:tan φ= = ; 2 ,x=L,tan φ= v0 mdv0 mdv2 0 y qUx qUL ④位移偏向角:tan θ= = ,x=L,tan θ= ; x 2mdv2 2mdv2 0 0 ⑤两个重要的结论 a.位移偏向角 θ 和速度偏向角 φ 满足 tan φ=2tan θ; b.射出极板时粒子的速度反向延长线过粒子水平位移的中点。 [感悟· 升华] 解决带电粒子在电场中运动问题的基本思路及注意问题
12.如图所示,在 xOy 平面的第一、四象限内存在着方向垂直纸面向外、磁感应强度为 B 的匀强 磁场,第四象限内存在沿 y 轴负方向、电场强度为 E 的匀强电场.从 y 轴上坐标为(0,a)的点 向磁场区发射速度大小不等的带正电同种粒子, 速度方向范围是与 y 轴正方向成 30° ~150° 角, 且在 xOy 平面内.结果所有粒子经过磁场偏转后都垂直打到 x 轴上,然后进入第四象限的复 合场区.已知带电粒子的电荷量为+q,质量为 m,不计粒子的重力,不计粒子之间的相互影 响. (1)确定进入磁场速度最小的粒子的速度方向,并求出速度大小. (2)所有通过磁场区的粒子中,求出最短时间与最长时间的比值. (3)从 x 轴上 x=( 2-1)a 的点射入第四象限的粒子穿过电磁场后经过 y 轴上 y=-b 的点,求 该粒子经过 y=-b 点时的速度大小.
4. 如图所示,以直角三角形 AOC 为边界的有界匀强磁场区域.磁场方向垂直于纸面向里,磁感 应强度大小为 B.∠A=60° , AO=a.在 O 点放置一个粒子 源,可以向纸面内各个方向发射某种带负电粒子,粒子 q qBa 的比荷为 ,速度大小都为 v0,且满足 v0= ,发射方 m m 向由图中的角度 θ 表示. 对于粒子进入磁场后的运动(不 计重力作用),则( ) A.粒子在磁场中运动的半径为 a B.粒子有可能打到 A 点 C.以 θ=60° 飞入的粒子在磁场中运动时间最短 D.在 AC 边界上只有一半区域有粒子射出
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考向二 带电粒子在匀强磁场中的圆周运动 1.必须掌握的几个公式
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2.必须掌握三个重要的“确定” (1)圆心的确定:轨迹圆心 O 总是位于入射点 A 和出射点 B 所受洛伦兹力 F 洛 作用线的交点上或 AB 弦的中垂线 OO′与任一个 F 洛作用线的交点上, 如图所示。 AB AB (2)半径的确定:利用平面几何关系,求出轨迹圆的半径,如 r= = , α 2sin θ 2sin 2 mv 然后再与半径公式 r= 联系起来求解。 qB α (3)运动时间的确定:t= T(可知,α 越大,粒子在磁场中运动时间越长)。 360° [感悟· 升华] 带电粒子在匀强磁场中的“四点、六线、三角” (1)如图所示。 (2)四点:入射点 B、出射点 C、轨迹圆心 A、入射速度直线与出射速度直线 的交点 O。 (3)六线:圆弧两端点所在的轨迹半径 r,入射速度直线和出射速度直线 OB、 OC,入射点与出射点的连线 BC,圆心与两条速度直线交点的连线 AO。 (4)三角:速度偏转角∠COD、圆心角∠BAC、弦切角∠OBC,其中偏转角 等于圆心角,也等于弦切角的两倍。
1. 一个带正电的粒子,在 xOy 平面内以速度 v0 从 O 点进入一个匀强电场,重 力不计.粒子只在电场力作用下继续在 xOy 平面内沿图中虚线轨迹运动到 A 点, 且在 A 点时的速度方向与 y 轴平行, 则电场强度的方向可能是 ( ) A.沿 x 轴正方向 B.沿 x 轴负方向 C.沿 y 轴正方向 D.垂直于 xOy 平面向里
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q 5.如图甲所示,比荷 =k 的带正电的粒子(可视为质点),以速度 v0 从 A 点沿 AB 方向射入长方 m 形磁场区域,长方形的长 AB= 3L,宽 AD=L.取粒子刚进入长方形区域的时刻为 0 时刻, 垂直于长方形平面的磁感应强度按图乙所示规律变化 ( 以垂直纸面向外的磁场方向为正方 向),粒子仅在洛伦兹力的作用下运动. (1)若带电粒子在通过 A 点后的运动过程中不再越过 AD 边, 要使其恰能沿 DC 方向通过 C 点, 求磁感应强度 B0 及其磁场的变化周期 T0 为多少? (2)要使带电粒子通过 A 点后的运动过程中不再越过 AD 边, 求交变磁场磁感应强度 B0 和变化 周期 T0 的乘积 B0T0 应满足什么关系?
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