2019-2020年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題十一 帶電粒子在復(fù)合場中的運動.doc
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2019-2020年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題十一 帶電粒子在復(fù)合場中的運動 【典型例題】 一、帶電粒子在疊加場中的運動 【例1】(多)在勻強磁場中放置一矩形的載流導(dǎo)體,當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時,導(dǎo)體在與磁場、電流都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢差,這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng).如圖所示為一豎直放置的金屬導(dǎo)體,通有水平向右的電流,加水平向里的磁場,下列說法正確的是( ) A.導(dǎo)體a側(cè)的電勢高于b側(cè)的電勢 B.導(dǎo)體a側(cè)的電勢低于b側(cè)的電勢 C.若磁場增強,a、b間的電勢差不變 D.若磁場增強,a、b間的電勢差會增大 【例2】如圖所示,在以坐標(biāo)原點O為圓心、半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi),有相互垂直的勻強電場和勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B,磁場方向垂直于xOy平面向里.一帶正電的粒子(不計重力)從O點沿y軸正方向以某一速度射入,帶電粒子恰好做勻速直線運動,經(jīng)t0時間從P點射出.求: (1)求電場強度的大小和方向. (2)若僅撤去磁場,帶電粒子仍從O點以相同的速度射入,經(jīng) 時間恰從半圓形區(qū)域的邊界射出.求粒子運動加速度的大小. (3)若僅撤去電場,帶電粒子仍從O點射入,且速度為原來的4倍,求粒子在磁場中運動的時間. 二、帶電粒子在組合場中的運動分析 【例3】(多)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置,其核心部分是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個D形金屬盒,兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場,使粒子在通過狹縫時都能得到加速,兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中,如圖所示。設(shè)D形盒半徑為R。若用回旋加速器加速質(zhì)子時,勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B,高頻交流電頻率為f。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2πfR B.質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場的電壓大小無關(guān) C.只要R足夠大,質(zhì)子的速度可以被加速到任意值 D.不改變B和f,該回旋加速器也能用于加速α粒 【例4】(單)將一束等離子體噴射入磁場,在場中有兩塊金屬板A、B,這時金屬板上就會聚集電荷,產(chǎn)生電壓.如果射入的等離子體速度均為v,兩金屬板的板長為L,板間距離為d,板平面的面積為S,勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B,方向垂直于速度方向,負(fù)載電阻為R,電離氣體充滿兩板間的空間.當(dāng)發(fā)電機穩(wěn)定發(fā)電時,電流表示數(shù)為I,那么板間電離氣體的電阻率為 ( ) A. B. C. D. 【例5】如圖3所示的平面直角坐標(biāo)系xOy,在第Ⅰ象限內(nèi)有平行于y軸的勻強電場,方向沿y軸正方向;在第Ⅳ象限的正三角形abc區(qū)域內(nèi)有勻強磁場,方向垂直于xOy平面向里,正三角形邊長為L,且ab邊與y軸平行.一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子,從y軸上的P(0,h)點,以大小為v0的速度沿x軸正方向射入電場,通過電場后從x軸上的a(2h,0)點進入第Ⅳ象限,又經(jīng)過磁場從y軸上的某點進入第Ⅲ象限,且速度與y軸負(fù)方向成45角,不計粒子所受的重力.求: (1)電場強度E的大??; (2)粒子到達(dá)a點時速度的大小和方向; (3)abc區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強度B的最小值. 三、帶電粒子在周期性變化的復(fù)合場中運動分析 【例6】在圖甲所示的區(qū)域里,存在指向紙外的磁感應(yīng)強度為B=2πm/q的勻強磁場;在豎直方向存在隨時間交替變化的如圖乙所示的勻強電場,電場強度大小E0=mg/q,已知豎直向上為正方向.一傾角為θ、長度足夠長的光滑絕緣斜面豎直放置其中,斜面上一帶正電小球(質(zhì)量為m,帶電荷量為q)從t=0時刻由靜止開始沿斜面滑下.設(shè)第1秒內(nèi)小球不會脫離斜面,g取10 m/s2.求: (1)第1秒末小球的速度; (2)第2秒內(nèi)小球離開斜面的最大距離; (3)若第5秒內(nèi)帶電小球不離開斜面,則斜面傾角θ應(yīng)滿足的條件 【例7】如圖所示,在xOy平面內(nèi)存在均勻、大小隨時間周期性變化的磁場和電場,變化規(guī)律分別如圖乙、丙所示(規(guī)定垂直紙面向里為磁感應(yīng)強度的正方向、沿y軸正方向電場強度為正).在t=0時刻由原點O發(fā)射初速度大小為v0,方向沿 y軸正方向的帶負(fù)電粒子.已知v0、t0、B0,粒子的比荷=,不計粒子的重力. (1)t=時,求粒子的位置坐標(biāo); (2)若t=5t0時粒子回到原點,求0~5t0時間內(nèi)粒子距x軸的最大距離 【針對訓(xùn)練】1、(多)如圖所示,ABC為豎直平面內(nèi)的光滑絕緣軌道,其中AB為傾斜直軌道,BC為與AB相切的圓形軌道,并且圓形軌道處在勻強磁場中,磁場方向垂直紙面向里.質(zhì)量相同的甲、乙、丙三個小球中,甲球帶正電、乙球帶負(fù)電、丙球不帶電.現(xiàn)將三個小球在軌道AB上分別從不同高度處由靜止釋放,都恰好通過圓形軌道的最高點,則( ) A.經(jīng)過最高點時,三個小球的速度相等 B.經(jīng)過最高點時,甲球的速度最小 C.甲球的釋放位置比乙球的高 D.運動過程中三個小球的機械能均保持不變 2、如圖所示的坐標(biāo)系中,第一象限內(nèi)存在與x軸成300角斜向下的勻強電場,電場強度E=400N/C;第四象限內(nèi)存在垂直于紙面向里的有界勻強磁場,x軸方向的寬度OA=20cm,),y軸負(fù)方向無限大,磁感應(yīng)強度B=110-4T.現(xiàn)有一比荷為=21011C/kg的正離子(不計重力),以某一速度v0從O點射入磁場,α=600,離子通過磁場后剛好從A點射出,之后進入電場. (1)求離子進入磁場B的速度v0的大?。? (2)離子進入電場后,經(jīng)多少時間再次到達(dá)x軸上; (3)若離子進入磁場B后,某時刻再加一個同方向的勻強磁場使離子做完整的圓周運動,求所加磁場磁感應(yīng)強度的最小值. 例1、 BD 例2、 例2、解:(1)設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m,電荷量為q,初速度為v,電場強度為E??膳袛喑隽W邮艿降穆鍌惔帕ρ豿軸負(fù)方向,于是可知電場強度沿x軸正方向 且有qE=qvB ① 又R=vt0② 則③ (2)僅有電場時,帶電粒子在勻強電場中作類平拋運動 在y方向位移④ 由②④式得⑤ 設(shè)在水平方向位移為x,因射出位置在半圓形區(qū)域邊界上,于是 又有⑥ 得⑦ (3)僅有磁場時,入射速度,帶電粒子在勻強磁場中作勻速圓周運動,設(shè)軌道半徑為r,由牛頓第二定律有⑧ 又qE=ma ⑨ 由⑦⑧⑨式得⑩ 由幾何關(guān)系 即, 帶電粒子在磁場中運動周期 則帶電粒子在磁場中運動時間 所以 例3、 AB 例4、A 例5、解析 (1)運動過程如圖所示,設(shè)粒子在電場中運動的時間為t,則 有x=v0t=2h,y=at2=h,qE=ma,聯(lián)立以上各式可得E=. (2)粒子到達(dá)a點時沿y軸負(fù)方向的分速度vy=at=v0. 所以v==v0,tan θ==1,θ=45,即方向指向第Ⅳ象 限與x軸正方向成45角. (3)粒子在磁場中運動時,有qvB=m 由圖知,當(dāng)粒子從b點射出時,r最大,此時磁場的磁感應(yīng)強度有最小值,r=L,所以B=. 例6、解析:在第一秒內(nèi),小球在斜面上做勻加速直線運動,由qE= mg 得 加速度a=2gsinθ 1秒末的速度v1=2gsinθ 在第二秒內(nèi),小球做勻速圓周運動,由題意知周期為1秒。 所以離斜面的最遠(yuǎn)距離為s= 小球未離開斜面的條件是: Qv5B≤(mg+qE0)cosθ 所以:θ≤arctan 例7、解析 (1)由粒子的比荷=得粒子做圓周運動的周期T==2t0 則在0~內(nèi)轉(zhuǎn)過的圓心角α= 由牛頓第二定律qv0B0= 得r1== 則其位置坐標(biāo)(,) (2)t=5t0時粒子回到原點,軌跡如圖所示 r2=2r1 r1=,r2= 得v2=2v0 又=,r2= 粒子在t0~2t0時間內(nèi)做勻加速直線運動,2t0~3t0時間內(nèi)做勻速圓周運動,由圖知,在5t0時間內(nèi)粒子距x軸的最大距離: hmax=t0+r2=(+)v0t0 【針對訓(xùn)練】1、CD 2、- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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