备考高考物理一轮金牌训练 第一部分 专题三 第2讲 带电粒子在电场、磁场中的运动课件

第第2 2讲讲带电粒子在电场、磁场中的运动带电粒子在电场、磁场中的运动1(2010 年广东卷)如图 321 甲所示，左为某同学设想的粒子速度选择装置，由水平转轴及两个薄盘 N1、N2 构成，两盘面平行且与转轴垂直，相距为 L，盘上各开一狭缝，两狭缝夹角可调(如图乙)；右为水平放置的 长 为 d 的 感 光板，板的正上方有一匀强磁场，方向垂直纸面向外，磁感应强度为 B.一小束速度不同、带正电的粒子沿水平方向射入N1，能通过 N2 的粒子经 O 点垂直进入磁场O 到感光板的图 321(1)若两狭缝平行且盘静止(如图丙)，某一粒子进入磁场后，竖直向下打在感光板中心点 M 上，求该粒子在磁场中运动的时间 t；(2)若两狭缝夹角为0，盘匀速转动，转动方向如图乙要使穿过 N1、N2 的粒子均打到感光板 P1P2 连线上，试分析盘转动角速度的取值范围(设通过 N1的所有粒子在盘旋转一圈的时间内都能到达 N2)图 14图 322(1)速度的大小；(2)速度方向与 y 轴正方向夹角的正弦图 15图 323(1) 粒子在磁场中做圆周运动的半径 R 及粒子的比荷q/m；(2)此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与 y 轴正方向夹角的取值范围；(3)从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间对于所有此时仍在磁场中的粒子，其初速度与 y 轴正方向所成的夹角应满足广东省高考题中，2009 年考了带电体在电场中的运动(与功能关系结合)，2010 年考了带电粒子在磁场中的运动，2011年考了带电粒子在复合场中的运动，所以 2012 年高考出题方向极容易再考查带电粒子只在电场中或者只在磁场中的运动此讲是高考的热点，一般出现在最后一个计算题中作为压轴题，一般结合匀变速运动、圆周运动、功能关系，出现综合度较高的计算题，而且还考查运用数学知识解决物理问题的能力带电粒子在周期性变化的电场中运动【例 1】如图 324 甲所示，真空中相距 d5 cm 的两块平行金属板 A、B 与电源连接(图中未画出)，其中 B 板接地(电势为零)，A 板电势变化的规律如图乙所示图 324带电粒子在周期性变化的电场中运动，一般是匀变速运动如果是直线运动，则是加速运动和减速运动的交替，要注意板的宽度与带电粒子在加速和减速交替运动的距离关系这种题一般适合用运动学公式来求解，要搞清楚在题目规定的条件下带电粒子在各个阶段的位移和末速度1(双选)如图 325 甲所示，A 板的电势 UA0，)B板的电势 UB随时间的变化规律如图乙所示则(图 325A若电子是在 t0 时刻从 A 板小孔进入的，它将在 AB板间做往返运动B若电子是在 tT/8 时刻进入的，它可能时而向 B 板运动，时而向 A 板运动，最后打在 B 板上C若电子是在 t3T/8 时刻进入的，它可能时而向 B 板运动，时而向 A 板运动，最后打在 B 板上D若电子是在 tT/4 时刻进入的，它可能时而向 B 板、时而向 A 板运动答案：BD带电粒子在电场中的碰撞和能量守恒【例 2】(2010 年安徽卷)如图 326 所示，ABD 为竖直平面内的光滑绝缘轨道，其中 AB 段是水平的，BD 段为半径 R0.2 m 的半圆，两段轨道相切于 B 点，整个轨道处在竖直向下的匀强电场中，场强大小 E5.0103 V/m.一不带电的绝缘小球甲，以速度 v0 沿水平轨道向右运动，与静止在 B 点带正电的小球乙发生弹性碰撞已知甲、乙两球的质量均为 m 1.0102.01025kg ，乙所带电荷量 q C，g 取 10 m/s2.(水平轨道足够长，甲、乙两球可视为质点，整个运动过程无电荷转移)图 326(1)甲乙两球碰撞后，乙恰能通过轨道的最高点 D，求乙在轨道上的首次落点到 B 点的距离；(2)在满足(1)的条件下求甲的速度 v0；(3)若甲仍以速度 v0 向右运动，增大甲的质量，保持乙的质量不变，求乙在轨道上的首次落点到 B 点的距离范围 答题规范解：(1)在乙恰好能通过轨道的最高点的情况下，设乙到达最高点的速度为 vD，乙离开 D 点达到水平轨道的时间为 t，乙的落点到 B 点的距离为 x，则2如图 327 所示，相距为 d 的平行金属板 A、B 竖直放置，在两板之间水平放置一绝缘平板有一质量为 m、电荷量为 q(q0)的小物块在与金属板 A 相距 l 处静止若某一时刻在金图 327(1)小物块与金属板 A 碰撞前瞬间的速度大小是多少？(2) 小物块碰撞后经过多长时间停止运动？停在何位置？带电粒子在多个电场中的加速和偏转问题【例 3】如图 328 所示，水平放置的两平行金属板，板长 L010 cm，两极板间距 d2 cm，一束电子以 v04107 m/s 的初速度从两板中央水平射入板间，然后从板间飞出射到距离板 L45 cm、宽 D20 cm 的荧光屏上(不计重力，荧光屏中点在两板间的中央线上，电子质量为 0.9110-30 kg，电荷量 e1.610-19 C)求：图 328(1)若电子飞入两板前，是从静止开始经历了加速电场的加速，则该电场的电压为多大？(2)为了使带电粒子能射中荧光屏所有的位置，两板间所加的电压应取什么范围？一般带电粒子在电场中的加速直线运动可用动能定理来求加速电压、加速后的速度等相关物理量；粒子在电场中的偏转是类平抛运动，可以用平抛运动的分解运动的方法来解，最后从偏转电场出去打在屏幕上的运动是匀速直线运动，在分析时可以把最后的匀速运动分解到两个方向来解决问题(类似小船过河的问题)3如图 329 所示是示波管的原理示意图从灯丝发射出来的电子经电压为 U1 的电场加速后，通过加速极板 A 上的小孔O1 射出，沿中心线 O1O2 进入 MN 间的偏转电场，O1O2 与偏转电场方向垂直，偏转电场的电压为 U2，经过偏转电场的右端 P1 点离开偏转电场，然后打在垂直 O1O2 放置的荧光屏上的 P2 点已知平行金属极板 MN 间的距离为 d，极板长度为 L，极板的右端与荧光屏之间的距离为 L. 不计电子之间的相互作用力及其所受的重力，且电子离开灯丝的初速度可忽略不计(电子的质量为 m，电量为 e)求：图 329(1)电子通过小孔 O1 时的速度大小 v0；(2)电子通过 P1 点时偏离中心线 O1O2 的距离 y；(3)若 O1O2 的延长线交于荧光屏上 O3 点，而 P2 点到 O3点的距离称为偏转距离 Y(单位偏转电压引起的偏转距离，即Y/U2 称为示波管的灵敏度)，求该示波管的灵敏度图 18带电粒子在多个磁场中的偏转【例 4 】(2011 年新课标卷) 如图 3 2 10 所示，在区域(0 xd)和区域(d0、0 x0、xa 的区域有垂直于纸面向外的匀强磁场，两区域内的磁感应强度大小均为 B.在 O 点处有一小孔，一束质量为 m、带电量为 q(q0)的粒子沿 x 轴经小孔射入磁场，最后打在竖直和水平荧光屏上，使荧光屏发亮入射粒子的速度可取从零到某一最大值之间的各种数值已知速度最大的粒子在 0 xa 的区域中运动的时间之比为 2 5，在磁场中运动的总时间为 7T/12，其中T 为该粒子在磁感应强度为 B 的匀强磁场中做圆周运动的周期试求两个荧光屏上亮线的范围(不计重力的影响)图 3211速度最大的粒子的轨迹如图 19 中实线所示，它由两段圆弧组成，圆心分别为C和C，C在y 轴上，由对称性可知C在 x2a 直线上图 19设t1 为粒子在 0 xa的区域中运动的时间，由题意可知