2023高考物理二輪總復(fù)習(xí) 專題微課3-4 帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

專題微課3.4帶電粒子在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)因“不熟悉磁流體發(fā)電機(jī)的原理”而導(dǎo)致解題失誤1．(2021·河北高考)如圖，距離為d的兩平行金屬板P、Q之間有一

勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1，一束速度大小為v的等離子

體垂直于磁場(chǎng)噴入板間。相距為L(zhǎng)的兩光滑平行金屬導(dǎo)軌固定

在與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2，導(dǎo)軌平面與水平面夾角為θ，兩導(dǎo)軌分別與P、Q相連。質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放置，恰好靜止。重力加速度為g，不計(jì)導(dǎo)軌電阻、板間電阻和等離子體中的粒子重力。下列說(shuō)法正確的是

(

)答案：B

因“不熟悉流量計(jì)的原理”而導(dǎo)致解題失誤2．新冠肺炎病毒傳播能力非常強(qiáng)，因此研究新冠肺炎病毒株的實(shí)驗(yàn)室必須是全程都在高度無(wú)接觸物理防護(hù)性條件下操作。在實(shí)驗(yàn)室中有一種污水流量計(jì)，其原理可以簡(jiǎn)化為如圖所示模型，廢液內(nèi)含有大量正、負(fù)離子，從直徑為d的圓柱形容器右側(cè)流入，左側(cè)流出。流量值Q等于單位時(shí)間通過(guò)橫截面的液體的體積?？臻g有垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，下列說(shuō)法正確的是

(

)A．帶電離子所受洛倫茲力方向由M指向NB．M點(diǎn)的電勢(shì)高于N點(diǎn)的電勢(shì)C．污水流量計(jì)也可以用于測(cè)量不帶電的液體的流速D．只需要測(cè)量M、N兩點(diǎn)間的電壓就能夠推算廢液的流量防誤點(diǎn)：廢液中的正、負(fù)離子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，由于受洛倫茲力作用而偏轉(zhuǎn)到上、下兩極上，形成電場(chǎng)，當(dāng)正、負(fù)離子所受洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡時(shí)，離子做勻速直線運(yùn)動(dòng)。學(xué)生由于不能掌握該工作原理，造成解題失誤。答案：D

因“混淆電流方向與電子運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系”而導(dǎo)致思維受阻3．近年來(lái)海底通信電纜越來(lái)越多，海底電纜通電后產(chǎn)生的磁場(chǎng)

可理想化為一無(wú)限長(zhǎng)載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)，科學(xué)家為了檢測(cè)

某一海域中磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，利用圖中一塊長(zhǎng)為a、寬為b、

厚為c、單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n的金屬霍爾元件，放在海底磁場(chǎng)中，當(dāng)有如圖所示的恒定電流I(電流方向和磁場(chǎng)方向垂直)通過(guò)元件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差UH，通過(guò)元件參數(shù)可以求得此時(shí)海底的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小(地磁場(chǎng)較弱，可以忽略)。下列說(shuō)法正確的是(提示：電流I與自由電子定向移動(dòng)速率v之間關(guān)系為I＝nevbc，其中e為電子的電荷量) (

)答案：B加強(qiáng)點(diǎn)(一)帶電粒子(體)在疊加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)[科學(xué)思維]1．三種場(chǎng)的比較

力的特點(diǎn)功和能的特點(diǎn)重力場(chǎng)大?。篏＝mg方向：豎直向下重力做功與路徑無(wú)關(guān)重力做功改變物體的重力勢(shì)能電場(chǎng)大小：F＝qE方向：正電荷受力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相同，負(fù)電荷受力方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相反電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)W＝qU電場(chǎng)力做功改變電勢(shì)能磁場(chǎng)大?。篎＝qvB(v⊥B)方向：可用左手定則判斷洛倫茲力不做功，不改變帶電粒子的動(dòng)能2．帶電粒子在疊加場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法[分類例析]題型1

帶電粒子(體)在兩場(chǎng)疊加中的運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的疊加[例1]

(2022·廣東高考)(多選)如圖所示，磁控管內(nèi)局部區(qū)域分布有水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。電子從M點(diǎn)由靜止釋放，沿圖中所示軌跡依次經(jīng)過(guò)N、P兩點(diǎn)。已知M、P在同一等勢(shì)面上，下列說(shuō)法正確的有

(

)A．電子從N到P，電場(chǎng)力做正功B．N點(diǎn)的電勢(shì)高于P點(diǎn)的電勢(shì)C．電子從M到N，洛倫茲力不做功D．電子在M點(diǎn)所受的合力大于在P點(diǎn)所受的合力[解析]

過(guò)N點(diǎn)畫一條與M、P平行的直線，即為等勢(shì)線，由于沿電場(chǎng)線電勢(shì)逐漸降低，所以φN>φP，故B正確；電子從N到P，電勢(shì)能增大，電場(chǎng)力做負(fù)功，A錯(cuò)誤；洛倫茲力不做功，故C正確；根據(jù)動(dòng)能定理可知電子從M到P，電場(chǎng)力做功為零，電子在P點(diǎn)速度為零，則電子在M點(diǎn)與在P點(diǎn)均只受電場(chǎng)力作用，故D錯(cuò)誤。[答案]

BC重力場(chǎng)與磁場(chǎng)的疊加[例2]

(多選)如圖，一帶負(fù)電的圓環(huán)套在傾斜固定的粗糙絕緣長(zhǎng)直桿上，圓環(huán)的直徑略大于桿的直徑，桿處于方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中?，F(xiàn)給圓環(huán)一沿桿向上的初速度v0，在以后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，下列關(guān)于圓環(huán)的速度v隨時(shí)間t的變化關(guān)系圖線，可能正確的是

(

)[解題指導(dǎo)](1)對(duì)圓環(huán)受力分析，列出牛頓第二定律，結(jié)合速度的變化，判斷加速度的變化。(2)上滑時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)qvB＞mgcosθ和qvB＜mgcosθ兩種情況。(3)圓環(huán)到達(dá)最高點(diǎn)后，可能會(huì)出現(xiàn)靜止或下滑兩種情況。[解析]若圓環(huán)上滑時(shí)，qvB＞mgcosθ時(shí)，對(duì)圓環(huán)受力分析如圖甲所示，由牛頓第二定律得：mgsinθ＋μ(qvB－mgcosθ)＝ma，隨著v的減小，a逐漸減小；當(dāng)qvB＜mgcosθ時(shí)，對(duì)圓環(huán)受力分析如圖乙所示，由牛頓第二定律得：mgsinθ＋μ(mgcosθ－qvB)＝ma，隨著v的減小，a逐漸增大，直至上滑速度減小為零。若圓環(huán)開(kāi)始上滑時(shí)，qvB＜mgcosθ，圓環(huán)受力如圖乙所示，其a逐漸增大，直至上滑速度減小為零。圓環(huán)在最高點(diǎn)，若mgsinθ≤μmgcosθ，則圓環(huán)靜止不下滑，故B正確；若mgsinθ>μmgcosθ，由牛頓第二定律得：mgsinθ－μ(mgcosθ＋qvB)＝ma，隨著下滑速度的增大，a逐漸減小至零，即最后圓環(huán)勻速下滑，故D正確。[答案]

BD[答案]

BC[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(2022·全國(guó)甲卷)空間存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直于紙面(xOy平面)向里，電場(chǎng)的方向沿y軸正方向。一帶正電的粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用下，從坐標(biāo)原點(diǎn)O由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。下列四幅圖中，可能正確描述該粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的是

(

)解析：在xOy平面內(nèi)電場(chǎng)的方向沿y軸正方向，故在坐標(biāo)原點(diǎn)O由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的帶正電粒子在電場(chǎng)力作用下會(huì)向y軸正方向運(yùn)動(dòng)。磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，根據(jù)左手定則，可判斷出向y軸正方向運(yùn)動(dòng)的粒子同時(shí)受到沿x軸負(fù)方向的洛倫茲力，故帶電粒子向x軸負(fù)方向偏轉(zhuǎn)，A、C錯(cuò)誤；由于勻強(qiáng)電場(chǎng)方向沿y軸正方向，故x軸為勻強(qiáng)電場(chǎng)的等勢(shì)面，從開(kāi)始到帶電粒子偏轉(zhuǎn)再次運(yùn)動(dòng)到x軸時(shí)，電場(chǎng)力做功為0，洛倫茲力不做功，故帶電粒子再次回到x軸時(shí)的速度為0，因受電場(chǎng)力作用再次進(jìn)入第二象限重復(fù)向左偏轉(zhuǎn)，故B正確，D錯(cuò)誤。答案：B答案：C

加強(qiáng)點(diǎn)(二)帶電粒子(體)在疊加場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用[科學(xué)思維]四種常見(jiàn)的疊加場(chǎng)模型的比較續(xù)表答案：BD

2．(多選)筆記本電腦機(jī)身和顯示屏對(duì)應(yīng)部位分別有磁體和霍爾元件。當(dāng)顯示屏開(kāi)啟時(shí)磁體遠(yuǎn)離霍爾元件，電腦正常工作；當(dāng)顯示屏閉合時(shí)磁體靠近霍爾元件，屏幕熄滅，電腦進(jìn)入休眠狀態(tài)。如圖所示，一塊寬為a、長(zhǎng)為c的矩形半導(dǎo)體霍爾元件，元件內(nèi)的導(dǎo)電粒子是電荷量為e的自由電子，通入方向向右的電流時(shí)，電子的定向移動(dòng)速度為v。當(dāng)顯示屏閉合時(shí)元件處于垂直于上表面、方向向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，于是元件的前、后表面間出現(xiàn)電壓U，以此控制屏幕的熄滅。則元件的(忽略電子的重力) (

)答案：AD

3．(2022·浙江寧波聯(lián)考)如圖所示為某一新型發(fā)電裝置的示意圖，發(fā)電管是橫截面為矩形的水平管道，管道的長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為d、高為h，上、下兩面是絕緣板，前、后兩側(cè)面M、N是電阻可忽略的導(dǎo)體板，兩導(dǎo)體板與開(kāi)關(guān)S和定值電阻R相連，整個(gè)管道置于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向沿z軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。管道內(nèi)始終充滿電阻率為ρ的導(dǎo)電液體(有大量的正、負(fù)離子)，且開(kāi)關(guān)閉合前后，液體在管道進(jìn)、出口兩端壓強(qiáng)差的作用下，均以恒定速率v0沿x軸正方向流動(dòng)，則下列說(shuō)法正確的是

(

)答案：D

加強(qiáng)點(diǎn)(三)帶電粒子在交變場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)[科學(xué)思維]帶電粒子在交變場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的基本思路[典例]

(2022·河北高考·節(jié)選)兩塊面積和間距均足夠大的金屬板水平放置，如圖1所示，金屬板與可調(diào)電源相連形成電場(chǎng)，方向沿y軸正方向。在兩板之間施加磁場(chǎng)，方向垂直xOy平面向外。電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖2所示。板間O點(diǎn)放置一粒子源，可連續(xù)釋放質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)、初速度為零的粒子，不計(jì)重力及粒子間的相互作用，圖中物理量均為已知量。求：[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(2022·福州模擬)(多選)如圖甲所示，平行金屬板中央有一個(gè)靜止的電子(不計(jì)重力)，兩板間距離足夠大。當(dāng)兩板間加上如圖乙所示的交變電壓后，下圖中，反映電子速度v、位移x和加速度a三個(gè)物理量隨時(shí)間t的變化規(guī)律可能正確的是(

)答案：AD2．(多選)某一空間存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度為B