[推薦學(xué)習(xí)]高三物理人教一輪教師用書：第章-第節(jié)-帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)-Word

1、生活的色彩就是學(xué)習(xí)第三節(jié)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第174頁)教材知識(shí)速填知識(shí)點(diǎn)1帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1復(fù)合場(chǎng)的分類(1)疊加場(chǎng)：電場(chǎng)、磁場(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，或相鄰或在同一區(qū)域電場(chǎng)、磁場(chǎng)交替出現(xiàn)2帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)形式(1)靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)：當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(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)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(3)較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)：當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化，

2、且與初速度方向不在同一直線上，粒子做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧，也不是拋物線易錯(cuò)判斷(1)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中不可能處于靜止?fàn)顟B(tài)(×)(2)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)()(3)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中一定能做勻變速直線運(yùn)動(dòng)(×)知識(shí)點(diǎn)2帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)實(shí)例1質(zhì)譜儀(1)構(gòu)造：如圖9­3­1所示，由粒子源、加速電場(chǎng)、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和照相底片等構(gòu)成圖9­3­1(2)原理：粒子由靜止被加速電場(chǎng)加速，qUmv2.粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有qvBm.由以上兩式可得r， m， .2盤旋加速器(1)構(gòu)造：如圖9­

3、3­2所示，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒的縫隙處接交流電源，D形盒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中圖9­3­2(2)原理：交流電的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等，粒子經(jīng)電場(chǎng)加速，經(jīng)磁場(chǎng)盤旋，由qvB，得Ekm，可見粒子獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒半徑r決定，與加速電壓無關(guān)3速度選擇器(1)平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相垂直這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器(如圖9­3­3所示)圖9­3­3(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.4磁流體發(fā)電機(jī)(1)磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，

4、它可以把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能(2)根據(jù)左手定那么，圖9­3­4中的B是發(fā)電機(jī)正極圖9­3­4(3)磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為L(zhǎng)，等離子體速度為v，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，那么由qEqqvB得兩極板間能到達(dá)的最大電勢(shì)差UBLv.5電磁流量計(jì)工作原理：如圖9­3­5所示，圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，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：qvBqEq，所以v，因此液體流量QSv

5、3;.圖9­3­5易錯(cuò)判斷(1)電荷在速度選擇器中做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度與電荷的電性有關(guān)(×)(2)不同比荷的粒子在質(zhì)譜儀磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑不同()(3)粒子在盤旋加速器中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期都隨粒子速度的增大而增大(×)教材習(xí)題回訪考查點(diǎn)：速度選擇器1(人教版選修31P98T3改編)如圖9­3­6所示，一束質(zhì)量、速度和電荷不全相等的離子，經(jīng)過由正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)組成的速度選擇器后，進(jìn)入另一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中并分裂為A、B兩束，以下說法中正確的選項(xiàng)是()圖9­3­6A組成A束和B束的離子都帶負(fù)電B組成A束和

6、B束的離子質(zhì)量一定不同CA束離子的比荷大于B束離子的比荷D速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外答案C考查點(diǎn)：磁流體發(fā)電機(jī)2(多項(xiàng)選擇)(魯科版選修31P132T6題改編)磁流體發(fā)電機(jī)是利用洛倫茲力的磁偏轉(zhuǎn)作用發(fā)電的A、B是兩塊處在磁場(chǎng)中互相平行的金屬板，一束在高溫下形成的等離子束(氣體在高溫下發(fā)生電離，產(chǎn)生大量的帶等量異種電荷的粒子)射入磁場(chǎng)以下說法正確的選項(xiàng)是()圖9­3­7AB板是電源的正極BA板是電源的正極C電流從上往下流過電流表D電流從下往上流過電流表答案AD考查點(diǎn)：電磁流量計(jì)3(粵教版選修31P97T7改編)如圖9­3­8所示，電磁流量計(jì)的主要

7、局部是柱狀非磁性管該管橫截面是邊長(zhǎng)為d的正方形，管內(nèi)有導(dǎo)電液體水平向左流動(dòng)在垂直于液體流動(dòng)方向上加一個(gè)水平指向紙里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.現(xiàn)測(cè)得液體上下外表a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為U.那么管內(nèi)導(dǎo)電液體的流量Q(流量是指流過該管的液體體積與所用時(shí)間的比值)為()圖9­3­8A.B.C. D.答案A考查點(diǎn)：質(zhì)譜儀4(人教版選修31P102T3改編)A、B是兩種同位素的原子核，它們具有相同的電荷、不同的質(zhì)量為測(cè)定它們的質(zhì)量比，使它們從質(zhì)譜儀的同一加速電場(chǎng)由靜止開始加速，然后沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，打到照相底片上如果從底片上獲知A、B在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的直徑之比是d1

8、d2，那么A、B的質(zhì)量之比為()Add Bd1d2Cdd Dd2d1答案A(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第176頁)帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可能的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中初速度為零做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)保持靜止初速度垂直場(chǎng)線做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)(類平拋運(yùn)動(dòng))做勻速圓周運(yùn)動(dòng)初速度平行場(chǎng)線做勻變速直線運(yùn)動(dòng)做勻速直線運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)受恒力作用，做勻變速運(yùn)動(dòng)洛倫茲力不做功，動(dòng)能不變2.“電偏轉(zhuǎn)和“磁偏轉(zhuǎn)的比擬垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁偏轉(zhuǎn))垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)(電偏轉(zhuǎn))情景圖受力FBqv0B，大小不變，方向總指向圓心，方向變化，F(xiàn)B為變力FEqE，F(xiàn)E大小、方向不

9、變，為恒力運(yùn)動(dòng)規(guī)律勻速圓周運(yùn)動(dòng)r，T類平拋運(yùn)動(dòng)vxv0，vytxv0t，yt2運(yùn)動(dòng)時(shí)間tTt，具有等時(shí)性動(dòng)能不變變化3.常見模型(1)從電場(chǎng)進(jìn)入磁場(chǎng)電場(chǎng)中：加速直線運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中：勻速圓周運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)中：類平拋運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中：勻速圓周運(yùn)動(dòng)(2)從磁場(chǎng)進(jìn)入電場(chǎng)磁場(chǎng)中：勻速圓周運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)中：勻變速直線運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)中：勻速圓周運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)中：類平拋運(yùn)動(dòng)4. 處理思路(1)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)勻變速直線運(yùn)動(dòng)：應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解或應(yīng)用動(dòng)能定理求解. 類平拋運(yùn)動(dòng)：應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解求解或應(yīng)用動(dòng)能定理求解(2)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)應(yīng)用圓周運(yùn)動(dòng)公式、牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合幾何知識(shí)求解多維探究考向1先電場(chǎng)后磁場(chǎng)1(2021·哈

10、爾濱模擬)如圖9­3­9所示，將某正粒子放射源置于原點(diǎn)O，其向各個(gè)方向射出的粒子速度大小均為v0，質(zhì)量均為m、電荷量均為q；在0yd的一、二象限范圍內(nèi)分布著一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，方向與y軸正向相同，在d<y2d的一、二象限范圍內(nèi)分布著一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于xOy平面向里粒子第一次離開電場(chǎng)上邊緣yd時(shí)，能夠到達(dá)的位置x軸坐標(biāo)范圍為1.5dx1.5d, 而且最終恰好沒有粒子從y2d的邊界離開磁場(chǎng)sin 37°0.6，cos 37°0.8，不計(jì)粒子重力以及粒子間的相互作用，求：圖9­3­9(1)電場(chǎng)強(qiáng)度E；(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B；(3)粒子在磁

11、場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間(只考慮粒子第一次在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：84370415】解析(1)沿x軸正方向發(fā)射的粒子有：由類平拋運(yùn)動(dòng)根本規(guī)律得1.5d v0t, dat2a，聯(lián)立可得：E.(2)沿x軸正方向發(fā)射的粒子射入磁場(chǎng)時(shí)有：dt, 聯(lián)立可得：vyv0，vv0方向與水平成53°，斜向右上方， 據(jù)題意知該粒子軌跡恰與上邊緣相切，那么其余粒子均達(dá)不到y(tǒng)2d邊界，由幾何關(guān)系可知：dRR 根據(jù)牛頓第二定律得：Bqvm聯(lián)立可得：B.(3)粒子運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間對(duì)應(yīng)最大的圓心角，經(jīng)過(1.5d，d)恰與上邊界相切的粒子軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角最大，由幾何關(guān)系可知圓心角為：254°粒子運(yùn)動(dòng)周期

12、為：T那么時(shí)間為：tT. 答案(1)(2)(3)如下圖，在第象限內(nèi)有水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，在第、象限內(nèi)分別存在如下圖的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等有一個(gè)帶電粒子以垂直于x軸的初速度v0從x軸上的P點(diǎn)進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中，并且恰好與y軸的正方向成45°角進(jìn)入磁場(chǎng)，又恰好垂直于x軸進(jìn)入第象限的磁場(chǎng)OP之間的距離為d，那么帶電粒子在磁場(chǎng)中第二次經(jīng)過x軸時(shí)，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為()A. B.(25)C. D.D帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖由題意知，帶電粒子到達(dá)y軸時(shí)的速度vv0，這一過程的時(shí)間t1.又由題意知，帶電粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)軌道半徑r2d.故知帶電粒子在第象限中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為

13、：t2×帶電粒子在第象限中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為：t3×故t總.故D正確考向2先磁場(chǎng)后電場(chǎng)2(2021·濰坊模擬)在如圖9­3­10所示的坐標(biāo)系中，第一和第二象限(包括y軸的正半軸)內(nèi)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)；第三和第四象限內(nèi)存在平行于y軸正方向、大小未知的勻強(qiáng)電場(chǎng)p點(diǎn)為y軸正半軸上的一點(diǎn)，坐標(biāo)為(0，l)；n點(diǎn)為y軸負(fù)半軸上的一點(diǎn)，坐標(biāo)未知現(xiàn)有一帶正電的粒子由p點(diǎn)沿y軸正方向以一定的速度射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，該粒子經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后以與x軸正半軸成45°角的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，該粒子恰好垂直于y軸經(jīng)過n

14、點(diǎn)粒子的重力忽略不計(jì)求：圖9­3­10(1)粒子在p點(diǎn)的速度大??；(2)第三和第四象限內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度的大??；(3)帶電粒子從由p點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)到第三次通過x軸的總時(shí)間. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：84370416】解析粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖(1)由幾何關(guān)系可知rsin 45°l解得rl又因?yàn)閝v0Bm，可解得v0.(2)粒子進(jìn)入電場(chǎng)在第三象限內(nèi)的運(yùn)動(dòng)可視為平拋運(yùn)動(dòng)的逆過程，設(shè)粒子射入電場(chǎng)坐標(biāo)為(x1,0)，從粒子射入電場(chǎng)到粒子經(jīng)過n點(diǎn)的時(shí)間為t2，由幾何關(guān)系知x1(1)l，在n點(diǎn)有v2v1v0由類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律有(1)lv0t2v0at2t2聯(lián)立以上方程解得t2，E.(3)粒子在

15、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期為T粒子第一次在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1T粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為2t2粒子第二次在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t3T故粒子從開始到第三次通過x軸所用時(shí)間為tt12t2t3(22).答案(1)(2)(3)(22)反思總結(jié)(1)解題的思維程序(2)規(guī)律運(yùn)用及思路帶電粒子經(jīng)過電場(chǎng)區(qū)域時(shí)利用動(dòng)能定理或類平拋的知識(shí)分析；帶電粒子經(jīng)過磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)利用圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律結(jié)合幾何關(guān)系來處理；注意帶電粒子從一種場(chǎng)進(jìn)入另一種場(chǎng)時(shí)的銜接速度帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)多維探究考向1電場(chǎng)、磁場(chǎng)疊加1(多項(xiàng)選擇)(2021·臨川模擬)向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)和水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)正交的區(qū)域里， 一帶電粒子從a點(diǎn)由靜止開始沿曲線

16、abc運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)時(shí)速度變?yōu)榱悖?b點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)中能夠到達(dá)的最高點(diǎn)， 如圖9­3­11所示，假設(shè)不計(jì)重力，以下說法中正確的選項(xiàng)是()圖9­3­11A粒子肯定帶負(fù)電， 磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里Ba、c點(diǎn)處于同一水平線上C粒子通過b點(diǎn)時(shí)速率最大D. 粒子到達(dá)c點(diǎn)后將沿原路徑返回到a點(diǎn)題眼點(diǎn)撥“從a點(diǎn)由靜止到c點(diǎn)時(shí)速度變?yōu)榱阏f明a、c兩點(diǎn)在同一水平線上；“a、c兩點(diǎn)粒子狀態(tài)相同可判斷粒子下一階段的運(yùn)動(dòng)情況ABC粒子開始受到電場(chǎng)力作用而向上運(yùn)動(dòng)，受到向右的洛倫茲力作用，那么知電場(chǎng)力方向向上，故粒子帶負(fù)電；根據(jù)左手定那么判斷磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，故A正確將粒子在c點(diǎn)的狀

17、態(tài)與a點(diǎn)進(jìn)行比擬，c點(diǎn)的速率為零，動(dòng)能為零，根據(jù)能量守恒可知，粒子在c與a兩點(diǎn)的電勢(shì)能相等，電勢(shì)相等，那么a、c兩點(diǎn)應(yīng)在同一條水平線上；由于在a、c兩點(diǎn)粒子的狀態(tài)(速度為零，電勢(shì)能相等)相同，粒子將在c點(diǎn)右側(cè)重現(xiàn)前面的曲線運(yùn)動(dòng)，因此，粒子是不可能沿原曲線返回a點(diǎn)的，故B正確，D錯(cuò)誤根據(jù)動(dòng)能定理得，粒子從a運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的過程電場(chǎng)力做功最大，那么b點(diǎn)速度最大，故C正確應(yīng)選A、B、C.(多項(xiàng)選擇)(2021·濟(jì)南模擬)如下圖，在正交坐標(biāo)系O­xyz中，分布著電場(chǎng)和磁場(chǎng)(圖中未畫出)在Oyz平面的左方空間內(nèi)存在沿y軸負(fù)方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)；在Oyz平面右方、Oxz平面上

18、方的空間內(nèi)分布著沿z軸負(fù)方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小也為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)；在Oyz平面右方、Oxz平面下方分布著沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為.在t0時(shí)刻，一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的微粒從P點(diǎn)靜止釋放，P點(diǎn)的坐標(biāo)為(5a，2a,0)，不計(jì)微粒的重力那么()A微粒第一次到達(dá)x軸的速度大小為B微粒第一次到達(dá)x軸的時(shí)刻為C微粒第一次到達(dá)y軸的位置為y2aD微粒第一次到達(dá)y軸的時(shí)刻為BD微粒從P點(diǎn)由靜止釋放至第一次到達(dá)y軸的運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖釋放后，微粒在電場(chǎng)中做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由E，根據(jù)動(dòng)能定理有Eq·2amv2，解得微粒第一次到達(dá)x軸的速度v，又t1v，解得微粒第一次到達(dá)x軸的時(shí)刻t1，應(yīng)選項(xiàng)A

19、錯(cuò)誤，B正確；微粒進(jìn)入磁場(chǎng)后開始做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，假設(shè)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R，那么有qvBm，可得：Ra，所以微粒到達(dá)y軸的位置為ya，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；微粒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期T，那么運(yùn)動(dòng)到達(dá)y軸的時(shí)刻：t25t1T，代入得：t2，選項(xiàng)D正確考向2電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)的疊加2(2021·全國(guó)卷)如圖9­3­12所示，空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向上(與紙面平行)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里三個(gè)帶正電的微粒a、b、c電荷量相等，質(zhì)量分別為ma、mb、mc.在該區(qū)域內(nèi)，a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)以下選項(xiàng)正確的選

20、項(xiàng)是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：84370417】圖9­3­12Ama>mb>mcBmb>ma>mcCmc>ma>mb Dmc>mb>maB設(shè)三個(gè)微粒的電荷量均為q，a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，說明洛倫茲力提供向心力，重力與電場(chǎng)力平衡，即magqEb在紙面內(nèi)向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，三力平衡，那么mbgqEqvBc在紙面內(nèi)向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)，三力平衡，那么mcgqvBqE比擬式得：mb>ma>mc，選項(xiàng)B正確(多項(xiàng)選擇)(2021·蘭州模擬)如下圖，空間中存在一水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和一水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，電

21、場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，且電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向相互垂直，在正交的電磁場(chǎng)空間中有一足夠長(zhǎng)的固定粗糙絕緣桿，與電場(chǎng)正方向成60°夾角且處于豎直平面內(nèi)，一質(zhì)量為m，帶電量為q(q>0)的小球套在絕緣桿上，假設(shè)小球沿桿向下的初速度為v0時(shí)，小球恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，重力加速度大小為g，小球電荷量保持不變，那么以下說法正確的選項(xiàng)是()A小球的初速度v0B假設(shè)小球沿桿向下的初速度v，小球?qū)⒀貤U做加速度不斷增大的減速運(yùn)動(dòng)，最后停止C假設(shè)小球沿桿向下的初速度v，小球?qū)⒀貤U做加速度不斷減小的減速運(yùn)動(dòng)，最后停止D. 假設(shè)小球沿桿向下的初速度v，那么從開始運(yùn)動(dòng)到穩(wěn)定過程中，小球克服摩擦力做功為 【自主思考】(1

22、)小球受哪些力時(shí)小球恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)？小球勻速運(yùn)動(dòng)的條件是什么？提示小球受重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力三力作用，因小球勻速運(yùn)動(dòng)，所以不會(huì)受摩擦力和支持力的作用，并且重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力三力的合力為零(2)分析小球加速度變化的思路如何？提示首先受力分析，然后在沿桿方向和垂直桿方向正交分解，再通過牛頓第二定律分析加速度的變化BD對(duì)小球進(jìn)行受力分析如圖，電場(chǎng)力的大小：FqEq×mg，由于重力的方向豎直向下電場(chǎng)力的方向水平向左，二者垂直，合力：FGF2mg，由幾何關(guān)系可知，重力與電場(chǎng)力的合力與桿的方向垂直，所以重力與電場(chǎng)力的合力不會(huì)對(duì)小球做功，而洛倫茲力的方向與速度的方向垂直，所以也不會(huì)對(duì)小球

23、做功所以，當(dāng)小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，不可能存在摩擦力，沒有摩擦力，說明小球與桿之間就沒有支持力的作用，那么洛倫茲力大小與重力、電場(chǎng)力的合力相等，方向相反所以qv0B2mg，v0，故A錯(cuò)誤假設(shè)小球的初速度為，那么洛倫茲力：fqv0BmgFGF，那么在垂直于桿的方向上，小球還受到桿的垂直于桿向上的支持力，而摩擦力：fFN，小球?qū)⒆鰷p速運(yùn)動(dòng)；隨速度的減小，洛倫茲力減小，那么支持力逐漸增大，摩擦力逐漸增大，小球的加速度增大，所以小球?qū)⒆黾铀俣炔粩嘣龃蟮臏p速運(yùn)動(dòng)，最后停止，故B正確假設(shè)小球的初速度為，那么洛倫茲力：fqv0B3mgFGF，那么在垂直于桿的方向上，小球還受到桿的垂直于桿向下的支持力，那么摩擦

24、力：fFN，小球?qū)⒆鰷p速運(yùn)動(dòng)；隨速度的減小，洛倫茲力減小，那么支持力逐漸減小，摩擦力減小，小球做加速度不斷減小的減速運(yùn)動(dòng)，最后當(dāng)速度減小到時(shí)，小球開始做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故C錯(cuò)誤假設(shè)小球的初速度為，那么洛倫茲力：fqv0B4mgFGF，那么在垂直于桿的方向上，小球還受到桿的垂直于桿向下的支持力，那么摩擦力：fFN.小球?qū)⒆鰷p速運(yùn)動(dòng)；隨速度的減小，洛倫茲力減小，那么支持力逐漸減小，摩擦力減小，小球做加速度不斷減小的減速運(yùn)動(dòng)，最后當(dāng)速度減小到時(shí)，小球開始做勻速直線運(yùn)動(dòng)小球克服摩擦力做功為m2m2，故D正確應(yīng)選B、D.考向3復(fù)合場(chǎng)中的動(dòng)量、能量綜合問題3(2021·南昌模擬)如圖9­

25、3­13所示，帶負(fù)電的金屬小球A質(zhì)量為mA0.2 kg，電量為q0.1 C，小球B是絕緣體不帶電，質(zhì)量為mB2 kg，靜止在水平放置的絕緣桌子邊緣，桌面離地面的高h(yuǎn)0.05 m，桌子置于電、磁場(chǎng)同時(shí)存在的空間中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2.5 T，方向沿水平方向且垂直紙面向里，勻強(qiáng)電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度E10 N/C，方向沿水平方向向左且與磁場(chǎng)方向垂直，小球A與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.4，A以某一速度沿桌面做勻速直線運(yùn)動(dòng)，并與B球發(fā)生正碰，設(shè)碰撞時(shí)間極短，B碰后落地的水平位移為0.03 m，g取10 m/s2，求：圖9­3­13(1)碰前A球的速度？(2)碰后A球的速度？(3

26、)假設(shè)碰后電場(chǎng)方向反向(桌面足夠長(zhǎng))，小球A在碰撞結(jié)束后，到剛離開桌面運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程中，合力對(duì)A球所做的功. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：84370418】題眼點(diǎn)撥“小球A勻速運(yùn)動(dòng)說明電場(chǎng)力和滑動(dòng)摩擦力平衡；“A與B發(fā)生正碰說明二者動(dòng)量守恒；“B不帶電說明B離開桌面后做平拋運(yùn)動(dòng)解析(1)設(shè)小球A勻速運(yùn)動(dòng)的速度為vA，從A到B的過程中勻速運(yùn)動(dòng)，由平衡條件可得：qEf而fFN、FNqBvA1m Ag所以qE(qBvA1mAg)代入數(shù)據(jù)得vA12 m/s.(2)設(shè)碰后B球的速度為vB，由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律有hgt2，xvBt代入數(shù)據(jù)解得vB0.3 m/s設(shè)A球與B球發(fā)生碰撞后的速度為vA2，由動(dòng)量守恒定律得：mAvA1mA

27、vA2mBvB解得vA21 m/s，方向與原速度方向相反(3)設(shè)A球沿桌面運(yùn)動(dòng)速度為v，加速度為a，那么qENmAa，mAgNqvB解得a A球沿桌面做加速度增大的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)洛倫茲力等于重力時(shí)，A球離開桌面，此時(shí)A球沿桌面的速度最大為vm，那么mAgqvmB所以vm，代入數(shù)據(jù)得vm8 m/s根據(jù)動(dòng)能定理，合力所做的功WmAvmAv2A2，代入數(shù)據(jù)得W6.3 J.答案(1)2 m/s(2)1 m/s，方向與原速度方向相反(3)6.3 J(1)上題中，A與B的碰撞是彈性碰撞嗎？為什么？提示：A、B碰前，只有A有動(dòng)能EkAmAv×0.2×22 J0.4 JA、B碰后，EkAmA

28、v×0.2×12 J0.1 JEkBmBv×2×0.320.09 J因EkAEkAEkB故A、B間的碰撞不是彈性碰撞(2)在第(3)問中，根據(jù)現(xiàn)有知識(shí)和條件，能否求出電場(chǎng)力對(duì)A球做的功？提示：不能因無法求出A球的位移帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的常見實(shí)例多維探究考向1盤旋加速器的工作原理1(多項(xiàng)選擇)(2021·成都模擬)粒子盤旋加速器的工作原理如圖9­3­14所示，置于真空中的D形金屬盒的半徑為R，兩金屬盒間的狹縫很小，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與金屬盒盒面垂直，高頻率交流電的頻率為f，加速器的電壓為U，假設(shè)中心粒子源處產(chǎn)生的質(zhì)子

29、質(zhì)量為m，電荷量為e，在加速器中被加速不考慮相對(duì)論效應(yīng)，那么以下說法正確是()圖9­3­14A質(zhì)子被加速后的最大速度不能超過2RfB加速的質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能隨加速器的電壓U增大而增大C質(zhì)子第二次和第一次經(jīng)過D形盒間狹縫后軌道半徑之比為1D不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電的頻率f，該加速器也可加速其它粒子AC質(zhì)子出盤旋加速器時(shí)速度最大，此時(shí)的半徑為R，最大速度為：v2Rf，故A正確；根據(jù)qvBm得，v，那么粒子的最大動(dòng)能Ekmmv2，與加速器的電壓無關(guān)，故B錯(cuò)誤；粒子在加速電場(chǎng)中做勻加速運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)qUmv2，得v，質(zhì)子第二次和第一次經(jīng)過D形盒狹縫的速度比為1，根據(jù)r，那么半徑比為1，故C正確；帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期與加速電場(chǎng)的周期相等，根據(jù)T知，換用其它粒子，粒子的比荷變化，周期變化，盤旋加速器需改變交流電的頻率才能加速其它粒子，故D錯(cuò)誤應(yīng)選AC.考向2速度選擇器的工作原理2在如圖9­3­15所示的平行板器件中，電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直一帶電粒子(重力不計(jì))從左端以速度v沿虛線射入后做直線運(yùn)動(dòng)，那么該粒子() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：84370419】圖9­3­15A一定帶正電B速度vC假設(shè)速度v，粒子一定不能從板間射出D假設(shè)此粒子從右端沿虛線方向進(jìn)入，仍做直線運(yùn)動(dòng)B粒子帶