步步高2016年高考物理人教版一輪復(fù)習(xí)《第八章 磁 場(chǎng)》 專題四

1、考綱解讀考點(diǎn)一考點(diǎn)二考點(diǎn)三高考模擬練出高分第八章 磁場(chǎng)專題四帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)考綱解讀1.會(huì)分析速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、質(zhì)譜儀、回旋加速器等磁場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題.2.會(huì)分析帶電粒子在組合場(chǎng)、疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題 考點(diǎn)一回旋加速器和質(zhì)譜儀 +1質(zhì)譜儀(1)構(gòu)造：如圖所示，由粒子源、加速電場(chǎng)、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和照相底片等構(gòu)成考點(diǎn)一回旋加速器和質(zhì)譜儀 考點(diǎn)一回旋加速器和質(zhì)譜儀 例1 回旋加速器是用來(lái)加速帶電粒子，使它獲得很大動(dòng)能的儀器，其核心部分是兩個(gè)D形金屬扁盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，使粒子每次穿過(guò)狹縫都得到加速，兩盒放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向

2、垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，若粒子源射出的粒子的電荷量為q，質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為Rm，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3所示問(wèn)：(1)D形盒內(nèi)有無(wú)電場(chǎng)？(2)粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？(3)所加交流電壓頻率應(yīng)是多大，粒子運(yùn)動(dòng)的角速度為多大？(4)粒子離開加速器時(shí)速度為多大？最大動(dòng)能為多少？(5)設(shè)兩D形盒間電場(chǎng)的電勢(shì)差為U，盒間距離為d，其間電場(chǎng)均勻，求把靜止粒子加速到上述能量所需時(shí)間考點(diǎn)一回旋加速器和質(zhì)譜儀 (1)D形盒內(nèi)有無(wú)電場(chǎng)？(2)粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？(3)所加交流電壓頻率應(yīng)是多大，粒子運(yùn)動(dòng)的角速度為多大？考點(diǎn)一回旋加速器和質(zhì)譜儀 (4)粒子離開加速器時(shí)速度為多大？最大動(dòng)能為多少？(5)

3、設(shè)兩D形盒間電場(chǎng)的電勢(shì)差為U，盒間距離為d，其間電場(chǎng)均勻，求把靜止粒子加速到上述能量所需時(shí)間 +考點(diǎn)一回旋加速器和質(zhì)譜儀 遞進(jìn)題組1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4所示置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)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)生質(zhì)子的質(zhì)量為m、電荷量為q，在加速器中被加速，且加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響. 則下列說(shuō)法正確的是()考點(diǎn)一回旋加速器和質(zhì)譜儀 遞進(jìn)題組考點(diǎn)一回旋加速器和質(zhì)譜儀 遞進(jìn)題組2對(duì)鈾235的進(jìn)一步研究在核能的開發(fā)和利用中具有重要意義如圖所示，質(zhì)量為

4、m、電荷量為q的鈾235離子，從容器A下方的小孔S1不斷飄入加速電場(chǎng)，其初速度可視為零，然后經(jīng)過(guò)小孔S2垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)離子行進(jìn)半個(gè)圓周后離開磁場(chǎng)并被收集，離開磁場(chǎng)時(shí)離子束的等效電流為I.不考慮離子重力及離子間的相互作用(1)求加速電場(chǎng)的電壓U；(2)求出在離子被收集的過(guò)程中任意時(shí)間t內(nèi)收集到的離子的質(zhì)量M.考點(diǎn)一回旋加速器和質(zhì)譜儀 遞進(jìn)題組+v(1)求加速電場(chǎng)的電壓U；考點(diǎn)一回旋加速器和質(zhì)譜儀 遞進(jìn)題組+v(2)求出在離子被收集的過(guò)程中任意時(shí)間t內(nèi)收集到的離子的質(zhì)量M.解析設(shè)在任意時(shí)間t內(nèi)收集到的離子個(gè)數(shù)為N，總電荷量為Q考點(diǎn)二 帶電體在

5、疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1帶電體在疊加場(chǎng)中無(wú)約束情況下的運(yùn)動(dòng)情況分類(1)洛倫茲力、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)，因洛倫茲力不做功，故機(jī)械能守恒，由此可求解問(wèn)題考點(diǎn)二 帶電體在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) (2)靜電力、洛倫茲力并存(不計(jì)重力的微觀粒子)若靜電力和洛倫茲力平衡，則帶電體做勻速直線運(yùn)動(dòng)若靜電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)，因洛倫茲力不做功，可用動(dòng)能定理求解問(wèn)題(3)靜電力、洛倫茲力、重力并存若三力平衡，一定做勻速直線運(yùn)動(dòng)若重力與靜電力平衡，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)，因洛

6、倫茲力不做功，可用能量守恒定律或動(dòng)能定理求解問(wèn)題考點(diǎn)二 帶電體在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 2帶電體在疊加場(chǎng)中有約束情況下的運(yùn)動(dòng)帶電體在疊加場(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)形式有直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)解題要通過(guò)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)定律求解考點(diǎn)二 帶電體在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 例2 如圖所示，位于豎直平面內(nèi)的坐標(biāo)系xOy，在其第三象限空間有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0.5 T，還有沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小為E2 N/C.在其第一象限空間有沿y軸負(fù)方向的、場(chǎng)強(qiáng)大小也為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，并在yh

7、0.4 m的區(qū)域有磁感應(yīng)強(qiáng)度也為B的垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)一個(gè)帶電荷量為q的帶電油滴從圖中第三象限的P點(diǎn)得到一初速度，恰好能沿PO做勻速直線運(yùn)動(dòng)(PO與x軸負(fù)方向的夾角為45)，并從原點(diǎn)O進(jìn)入第一象限已知重力加速度g10 m/s2，問(wèn)：(1)油滴在第三象限運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力三力的大小之比，并指出油滴帶何種電荷；(2)油滴在P點(diǎn)得到的初速度大?。?3)油滴在第一象限運(yùn)動(dòng)的時(shí)間考點(diǎn)二 帶電體在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 解析（1）運(yùn)動(dòng)和受力分析如圖mgF=qvBEq油滴帶負(fù)電荷 v(1)油滴在第三象限運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力三力的大小之比，并指出油滴帶何種電荷；(2)油滴在P點(diǎn)得到

8、的初速度大??；考點(diǎn)二 帶電體在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) （3）進(jìn)入第一象限，電場(chǎng)力和重力抵消，油滴先做勻速直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入yh的區(qū)域后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌跡如圖 A由對(duì)稱性知油滴從CN運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t3t1油滴在第一象限運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間tt1t2t30.828 sCNO考點(diǎn)二 帶電體在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 變式題組考點(diǎn)二 帶電體在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 變式題組解析 墨滴在電場(chǎng)區(qū)域做勻速直線運(yùn)動(dòng) mgEqE重力和電場(chǎng)力平衡考點(diǎn)二 帶電體在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 變式題組解析墨滴垂直進(jìn)入電場(chǎng)、磁場(chǎng)共存區(qū)域后，重力仍與電場(chǎng)力平衡，洛倫茲力提供向心力，墨滴做勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌跡如圖，是四分之一圓周運(yùn)動(dòng)，則半徑Rd考點(diǎn)二 帶電體在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 變

9、式題組解析根據(jù)題設(shè)，墨滴運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，設(shè)墨滴做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R RdR2 dO考點(diǎn)三 帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 電場(chǎng)力FqE，其大小、方向不變，與速度v無(wú)關(guān)，F(xiàn)是恒力洛倫茲力F洛qvB，其大小不變，方向隨v而改變，F(xiàn)洛是變力拋物線圓或圓的一部分考點(diǎn)三 帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 變化不變考點(diǎn)三 帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 例3 (2013山東23)如圖所示，在坐標(biāo)系xOy的第一、第三象限內(nèi)存在相同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于xOy平面向里；第四象限內(nèi)有沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E.一電荷量為q、質(zhì)量為m的粒子，自y軸上的P點(diǎn)沿x軸正方向射入第四象限，經(jīng)x軸上的Q點(diǎn)進(jìn)入第一象限，隨即撤去電

10、場(chǎng)，以后僅保留磁場(chǎng)已知OPd，OQ2d.不計(jì)粒子重力(1)求粒子過(guò)Q點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向；(2)若磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為一確定值B0，粒子將沿垂直y軸的方向進(jìn)入第二象限，求B0；(3)若磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為另一確定值，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后粒子將再次經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)，且速度與第一次過(guò)Q點(diǎn)時(shí)相同，求該粒子相鄰兩次經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)所用的時(shí)間考點(diǎn)三 帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 考點(diǎn)三 帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) vv解析粒子在第一象限的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示 O1為圓心，設(shè)半徑為R1，由幾何關(guān)系可知O1OQ為等腰直角三角形，O1R145考點(diǎn)三 帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) v粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示 O2R2解析粒子在第一、第三象限的軌跡均為半圓，圓

11、心為O2、 O2 ，半徑為R2O2FGH粒子在第二、第四象限的軌跡為長(zhǎng)度相等的線段，QGF為等腰直角三角形得FGHQ2R2 45考點(diǎn)三 帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 變式題組考點(diǎn)三 帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 變式題組解析 粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖，設(shè)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r，與x軸正方向的夾角為， xr(1)該粒子到達(dá)O點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向；考點(diǎn)三 帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 變式題組x(2)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E；考點(diǎn)三 帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) (3)該粒子運(yùn)動(dòng)的周期T.變式題組x圓心角圓心角解析設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1.= 360 - 2= 240高考模擬明確考向高考模擬明確考向高考模擬明確考

12、向2 (2014重慶9)如圖所示，在無(wú)限長(zhǎng)的豎直邊界NS和MT間充滿勻強(qiáng)電場(chǎng)，同時(shí)該區(qū)域上、下部分分別充滿方向垂直于NSTM平面向外和向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B和2B，KL為上、下磁場(chǎng)的水平分界線，在NS和MT邊界上，距KL高h(yuǎn)處分別有P、Q兩點(diǎn)，NS和MT間距為1.8h.質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從P點(diǎn)垂直于NS邊界射入該區(qū)域，在兩邊界之間做圓周運(yùn)動(dòng)，重力加速度為g.(1)求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向；(2)要使粒子不從NS邊界飛出，求粒子入射速度的最小值；(3)若粒子能經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)從MT邊界飛出，求粒子入射速度的所有可能值高考模擬明確考向高考模擬明確考向高考模擬明確考向3(2014大綱全

13、國(guó)25)如圖所示，在第一象限存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面(xOy平面)向外；在第四象限存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，方向沿x軸負(fù)方向在y軸正半軸上某點(diǎn)以與x軸正方向平行、大小為v0的速度發(fā)射出一帶正電荷的粒子，該粒子在(d,0)點(diǎn)沿垂直于x軸的方向進(jìn)入電場(chǎng)不計(jì)粒子重力若該粒子離開電場(chǎng)時(shí)速度方向與y軸負(fù)方向的夾角為，求：(1)電場(chǎng)強(qiáng)度大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的比值；(2)該粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間高考模擬明確考向高考模擬明確考向4一圓筒的橫截面如圖所示，其圓心為O，筒內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.圓筒左側(cè)有相距為d的平行金屬板M、N，其中M板帶正電荷，N板帶等量負(fù)電荷質(zhì)量為m、電荷量為q的帶

14、正電粒子自M板邊緣的P處由靜止釋放，經(jīng)N板的小孔S以速度v沿半徑SO方向射入磁場(chǎng)中粒子與圓筒發(fā)生3次碰撞后仍從S孔射出設(shè)粒子與圓筒碰撞過(guò)程中沒(méi)有動(dòng)能損失，且電荷量保持不變，在不計(jì)重力的情況下，求：(1)M、N間電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小；(2)圓筒的半徑R；(3)欲使粒子仍從M板邊緣的P處由靜止釋放，進(jìn)入圓筒后與圓筒發(fā)生2次碰撞后從S孔射出，在保持M、N間電場(chǎng)強(qiáng)度E不變的情況下，應(yīng)如何平移M板？高考模擬明確考向高考模擬明確考向練出高分3456121磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，如圖是它的示意圖平行金屬板A、B之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng)，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量

15、正、負(fù)離子)噴入磁場(chǎng)，A、B兩板間便產(chǎn)生電壓如果把A、B和用電器連接，A、B就是直流電源的兩個(gè)電極，設(shè)A、B兩板間距為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，等離子體以速度v沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入A、B兩板之間，則下列說(shuō)法正確的是()AA是直流電源的正極BB是直流電源的正極C電源的電動(dòng)勢(shì)為BdvD電源的電動(dòng)勢(shì)為qvB練出高分345612練出高分2如圖所示，一個(gè)帶正電荷的物塊m，由靜止開始從斜面上A點(diǎn)下滑，滑到水平面BC上的D點(diǎn)停下來(lái)已知物塊與斜面及水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，且不計(jì)物塊經(jīng)過(guò)B處時(shí)的機(jī)械能損失先在ABC所在空間加豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，再讓物塊m從A點(diǎn)由靜止開始下滑，結(jié)果物塊在水平面上的D點(diǎn)停下來(lái)；后又撤

16、去電場(chǎng)，在ABC所在空間加水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，再次讓物塊m從A點(diǎn)由靜止開始下滑，結(jié)果物塊沿斜面滑下并在水平面上的D點(diǎn)停下來(lái)則以下說(shuō)法中正確的是()AD點(diǎn)一定在D點(diǎn)左側(cè) BD點(diǎn)一定與D點(diǎn)重合CD點(diǎn)一定在D點(diǎn)右側(cè) DD點(diǎn)一定與D點(diǎn)重合345612練出高分AD點(diǎn)一定在D點(diǎn)左側(cè) BD點(diǎn)一定與D點(diǎn)重合CD點(diǎn)一定在D點(diǎn)右側(cè) DD點(diǎn)一定與D點(diǎn)重合解析僅在重力場(chǎng)中時(shí)，物塊由A點(diǎn)至D點(diǎn)的過(guò)程中，由動(dòng)能定理得mghmgx1cos mgx20，即hx1cos x20，由題意知A點(diǎn)距水平面的高度h、物塊與斜面及水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)、斜面傾角、斜面長(zhǎng)度x1為定值，所以x2與重力的大小無(wú)關(guān)而在ABC所在空間加豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)后，相當(dāng)于把重力增大了，x2不變，D點(diǎn)一定與D點(diǎn)重合，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；在ABC所在空間加水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，洛倫茲力垂直于接觸面向上，正壓力變小，摩擦力變小，重力做的功不變，所以D點(diǎn)一定在D點(diǎn)右側(cè)，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤答案BC345612練出高分345612練出高分345612練出高分345612練出高分345612練出高分345612練出高分345612練出高分345612練出高分6中國(guó)著名物理學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士何澤慧教授曾在1945年首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到正、負(fù)電子的彈性碰撞過(guò)程有人設(shè)想利用電場(chǎng)、磁場(chǎng)控制正、負(fù)電子在云室中運(yùn)動(dòng)來(lái)再現(xiàn)這一過(guò)程實(shí)驗(yàn)設(shè)