高考物理二轮复习专题9带电粒子在电场和磁场中的运动课件.ppt
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- 高考 物理 二轮 复习 专题 带电 粒子 电场 磁场 中的 运动 课件
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1、知识专题知识专题网络构建考题二带电粒子在叠加场中的运动考题三带电粒子在交变电磁场中的运动栏目索引考题一带电粒子在组合场中的运动考题一带电粒子在组合场中的运动1.组合场模型组合场模型电场、磁场、重力场(或其中两种场)并存,但各自位于一定区域,并且互不重叠的情况.2.带电粒子在组合场中运动的处理方法带电粒子在组合场中运动的处理方法(1)分别研究带电粒子在不同场区的运动规律.在匀强磁场中做匀速圆周运动.在匀强电场中,若速度方向与电场方向平行,则做匀变速直线运动;若速度方向与电场方向垂直,则做类平抛运动.(2)带电粒子经过磁场区域时利用圆周运动规律结合几何关系处理.(3)当粒子从一个场进入另一个场时,
2、该位置粒子的速度大小和方向往往是解题的突破口.方法指导例例1(2016四川11)如图1所示,图面内有竖直线DD,过DD且垂直于图面的平面将空间分成、两区域.区域有方向竖直向上的匀强电场和方向垂直图面的匀强磁场B(图中未画出);区域有固定在水平地面上高h2l、倾角 的光滑绝缘斜面,斜面顶端与直线DD距离s4l,区域可加竖直方向的大小不同的匀强电场(图中未画出);C点在DD上,距地面高H3l.零时刻,质量为m、带电荷量为q的小球P在K点具有大小v0 、方向与水平面夹角 的速度,在区域内做半径r 的匀速圆周运动,经C点水平进入区域.某时刻,不带电的绝缘小球A由斜面顶端静止释放,在某处与刚运动到斜面的
3、小球P相遇.小球视为质点,不计空气阻力及小球P所带电荷量对空间电磁场的影响.l已知,g为重力加速度.典例剖析图1(1)求匀强磁场的磁感应强度B的大小;解析答案(2)若小球A、P在斜面底端相遇,求释放小球A的时刻tA;解析解析小球P在区域做匀速圆周运动转过的圆心角为,运动到C点的时刻为tC,到达斜面底端时刻为t1,有小球A释放后沿斜面运动加速度为aA,与小球P在时刻t1相遇于斜面底端,解析答案(3)若小球A、P在时刻t (为常数)相遇于斜面某处,求此情况下区域的匀强电场的场强E,并讨论场强E的极大值和极小值及相应的方向.解析答案解析解析设所求电场方向向下,在tA时刻释放小球A,小球P在区域运动加
4、速度为aP,有mgqEmaP 对小球P的所有运动情形讨论可得351.如图2所示,在平面直角坐标系xOy的第二象限内有平行于y轴的匀强电场,方向沿y轴负方向.在第一、四象限内有一个圆,圆心O坐标为(r,0),圆内有方向垂直于xOy平面向里的匀强磁场.一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子(不计粒子所受的重力),从P(2h,h)点,以大小为v0的速度沿平行于x轴正方向射入电场,通过坐标原点O进入第四象限,又经过磁场从x轴上的Q点离开磁场.求:(1)电场强度E的大小;变式训练变式训练图2解析答案解析解析带电粒子在电场中做类平抛运动,有水平方向:2hv0t1 (2)圆内磁场的磁感应强度B的大小;解析解析
5、粒子进入磁场时沿y轴方向的速度vyat1v0粒子在洛伦兹力作用下做圆周运动,有解析答案(3)带电粒子从P点进入电场到从Q点射出磁场的总时间t.解析答案粒子从P点进入电场到Q点射出磁场的总时间tt1t22.如图3所示,平面直角坐标系xOy在第一象限内存在水平向左的匀强电场,第二、四象限内存在垂直纸面向里的匀强磁场,第三象限内存在与x轴负方向成30角斜向上的匀强电场.一质量为m、电荷量为q的带正电粒子以一定初速度从y轴上的A点与y轴正方向成60角垂直磁场方向射入第二象限,粒子从x轴上的C点与x轴正方向成30角进入第三象限.粒子到达y轴上的D点(未画出)时速度刚好减半,经第四象限内磁场偏转后又能垂直
6、x轴进入第一象限内,最后恰好回到A点.已知OA ,第二象限内匀强磁场的磁感应强度为B.粒子重力不计,求:图3(1)粒子初速度v0和第四象限内匀强磁场的磁感应强度B1的大小;解析解析粒子在第二象限内运动正好完成半个圆周,则2R1cos 30OA解析答案解得R1a(2)第一、三象限内匀强电场的电场强度E1和E2的大小;解析解析在第一象限内:OFR2R2sin 30aOAv1t1解析答案(3)粒子在第一、三象限内运行的时间比t1t3.解析解析在第三象限内有:解析答案返回带电粒子在叠加场中运动的处理方法带电粒子在叠加场中运动的处理方法(1)明种类:明确叠加场的种类及特征.(2)析特点:正确分析带电粒子
7、的受力特点及运动特点.(3)画轨迹:画出运动过程示意图,明确圆心、半径与边角关系.(4)用规律:灵活选择不同的运动规律.两场共存时,电场与磁场中满足qEqvB或重力场与磁场中满足mgqvB或重力场与电场中满足mgqE,都表现为匀速直线运动或静止,根据受力平衡列方程求解.考题二带电粒子在叠加场中的运动方法指导三场共存时,合力为零,受力平衡,粒子做匀速直线运动.其中洛伦兹力FqvB的方向与速度v垂直.三场共存时,粒子在叠加场中做匀速圆周运动.mg与qE相平衡,根据mgqE,由此可计算粒子比荷,判定粒子电性.粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,应用受力平衡和牛顿运动定律结合圆周运动规律求解,有qvB
8、mr2 ma.当带电粒子做复杂的曲线运动或有约束的变速直线运动时,一般用动能定理或能量守恒定律求解.例例2如图4所示,在无限长的水平边界AB和CD间有一匀强电场,同时在AEFC、BEFD区域分别存在水平向里和向外的匀强磁场,磁感应强度大小相同,EF为左右磁场的分界线.AB边界上的P点到边界EF的距离为(2 )L,一带正电微粒从P点正上方的O点由静止释放,从P点垂直AB边界进入电、磁场区域,且恰好不从AB边界飞出电、磁场.已知微粒在磁场中的运动轨迹为圆弧,重力加速度大小为g,电场强度大小E(E未知)和磁感应强度大小B(B未知)满足 ,不考虑空气阻力,求:(1)O点距离P点的高度h多大;解析答案典
9、例剖析图4解析解析微粒在电磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,重力与电场力合力为零,则:qEmg,粒子运动轨迹如图所示:解得:r12L,微粒做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:qv1B ,(2)若微粒从O点以v0 水平向左平抛,且恰好垂直下边界CD射出电、磁场,则微粒在磁场中运动的时间t多长?解析答案解析答案微粒运动轨迹如图所示:微粒轨道半径:r24L,由几何知识可知,微粒从M点偏转30垂直打在EF边界上,3.如图5所示,在真空中半径为r0.1 m的圆形区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场及水平向左的匀强电场,磁感应强度B0.01 T,ab和cd是两条相互垂直的直径,一束带
10、正电的粒子流连续不断地以速度v1103 m/s从c点沿cd方向射入场区,粒子将沿cd方向做直线运动,如果仅撤去磁场,带电粒子经过a点,如果撤去电场,使磁感应强度变为原来的 ,不计粒子重力,下列说法正确的是()A.电场强度的大小为10 N/CB.带电粒子的比荷为1106 C/kgC.撤去电场后,带电粒子在磁场中运动的半径为0.1 mD.带电粒子在磁场中运动的时间为7.85105 s解析变式训练变式训练图5解析解析粒子沿直线运动,则BqvEq,解得EBv0.01103 N/C10 N/C,选项A正确;0.1 m,选项C正确;选项D错误;故选A、C.4.(2016天津11)如图6所示,空间中存在着水
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