2019届高三第二轮复习专题四(第9讲).ppt
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1、考点一带电粒子在电场中的运动考点一带电粒子在电场中的运动1.1.带电粒子在电场中直线运动的分析方法:带电粒子在电场中直线运动的分析方法:2.2.分析带电粒子在匀强电场中偏转的两个关键:分析带电粒子在匀强电场中偏转的两个关键:条件分析条件分析不计重力,且带电粒子的初速度不计重力,且带电粒子的初速度v v0 0与电场方向垂直,则带电粒子与电场方向垂直,则带电粒子将在电场中只受电场力作用做类将在电场中只受电场力作用做类平抛运动平抛运动运动分析运动分析一般用分解的思想来处理,即将一般用分解的思想来处理,即将带电粒子的运动分解为沿电场力带电粒子的运动分解为沿电场力方向上的匀加速直线运动和垂直方向上的匀加
2、速直线运动和垂直电场力方向上的匀速直线运动电场力方向上的匀速直线运动3.3.带电粒子在电场中运动的两个结论:带电粒子在电场中运动的两个结论:(1)(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时的偏转角度总是相同的。从同一偏转电场射出时的偏转角度总是相同的。(2)(2)粒子经电场偏转后,合速度的反向延长线与初速度粒子经电场偏转后,合速度的反向延长线与初速度延长线的交点延长线的交点O O为粒子水平位移的中点。为粒子水平位移的中点。【新题速训【新题速训】1.(1.(多选多选) )如图所示,一带电荷量为如图所示,一带电荷量为q q的带
3、电的带电粒子以一定的初速度由粒子以一定的初速度由P P点射入匀强电场,入射方向与电点射入匀强电场,入射方向与电场线垂直。粒子从场线垂直。粒子从Q Q点射出电场时,其速度方向与电场线点射出电场时,其速度方向与电场线成成3030角。已知匀强电场的宽度为角。已知匀强电场的宽度为d d,P P、Q Q两点的电势差两点的电势差为为U U,不计重力作用,设,不计重力作用,设P P点的电势为零。则下列说法正点的电势为零。则下列说法正确的是确的是( () )A.A.带电粒子在带电粒子在Q Q点的电势能为点的电势能为-Uq-UqB.B.带电粒子带负电带电粒子带负电C.C.此匀强电场的电场强度大小为此匀强电场的电
4、场强度大小为 D.D.此匀强电场的电场强度大小为此匀强电场的电场强度大小为 2 3UE3d3UE3d2.2.如图所示,如图所示,xOyxOy为竖直平面内的直角坐标系,空间存为竖直平面内的直角坐标系,空间存在着沿在着沿x x轴正方向的匀强电场。一带正电小球,质量为轴正方向的匀强电场。一带正电小球,质量为m m,电量为,电量为q q,将其从,将其从O O点由静止释放,小球在第四象限点由静止释放,小球在第四象限内沿与内沿与x x轴成轴成4545的直线运动。重力加速度为的直线运动。重力加速度为g g。 (1)(1)求电场强度大小。求电场强度大小。(2)(2)若小球从若小球从O O点以速度点以速度v v
5、0 0进入第一象限,方向与进入第一象限,方向与x x轴成轴成4545角。求小球再次经过角。求小球再次经过x x轴时,距轴时,距O O点的距离。点的距离。202vmg12qg( )( )答案:答案: 【加固训练【加固训练】1.(1.(多选多选) )高压电场干燥中药技术基本原理高压电场干燥中药技术基本原理图如图所示,在大导体板图如图所示,在大导体板MNMN上铺一薄层中药材,针状电上铺一薄层中药材,针状电极极O O和平板电极和平板电极MNMN之间加上高压直流电源,其间产生强之间加上高压直流电源,其间产生强非匀强电场非匀强电场E E;水分子是极性分子,可以看成棒状带电;水分子是极性分子,可以看成棒状带
6、电体,一端带正电,另一端带等量负电;水分子在电场力体,一端带正电,另一端带等量负电;水分子在电场力的作用下会加速从中药材中分离出去,在鼓风机的作用的作用下会加速从中药材中分离出去,在鼓风机的作用下飞离电场区域从而加速干燥。如图所示虚线下飞离电场区域从而加速干燥。如图所示虚线ABCD ABCD 是是某一水分子从某一水分子从A A处由静止开始的运动轨迹,则下列说法处由静止开始的运动轨迹,则下列说法正确的是正确的是( () )A.A.水分子在水分子在B B点时,水分子带正电一端受到的电场力与点时,水分子带正电一端受到的电场力与带负电荷一端受到电场力大小不相等带负电荷一端受到电场力大小不相等B.B.水
7、分子沿轨迹水分子沿轨迹ABCDABCD运动过程中电场力始终做正功运动过程中电场力始终做正功C.C.水分子沿轨迹水分子沿轨迹ABCDABCD运动过程中电势能先减少后增加运动过程中电势能先减少后增加D.D.如果把高压直流电源的正负极反接,水分子从如果把高压直流电源的正负极反接,水分子从A A处开处开始将向下运动始将向下运动ACAC2.2.中国科学家中国科学家20152015年年1010月宣布中国将在月宣布中国将在20202020年开始建造年开始建造世界上最大的粒子加速器。加速器是人类揭示物质本源世界上最大的粒子加速器。加速器是人类揭示物质本源的关键设备,在放射治疗、食品安全、材料科学等方面的关键设
8、备,在放射治疗、食品安全、材料科学等方面有广泛应用。如图所示,某直线加速器由沿轴线分布的有广泛应用。如图所示,某直线加速器由沿轴线分布的一系列金属圆管一系列金属圆管( (漂移管漂移管) )组成,相邻漂移管分别接在高组成,相邻漂移管分别接在高频脉冲电源的两极。质子从频脉冲电源的两极。质子从K K点沿轴线进入加速器并依点沿轴线进入加速器并依次向右穿过各漂移管,在漂移管内做匀速直线运动,在次向右穿过各漂移管,在漂移管内做匀速直线运动,在漂移管间被电场加速,加速电压视为不变。设质子进入漂移管间被电场加速,加速电压视为不变。设质子进入漂移管漂移管B B时速度为时速度为8 810106 6 m/s m/s
9、,进入漂移管,进入漂移管E E时速度为时速度为1 110107 7 m/s m/s,电源频率为,电源频率为1 110107 7 Hz Hz,漂移管间缝隙很小,漂移管间缝隙很小,质子在每个管内运动时间视为电源周期的质子在每个管内运动时间视为电源周期的12。质子的荷质比取质子的荷质比取1 110108 8 C/kg C/kg。求:。求:(1)(1)漂移管漂移管B B的长度。的长度。(2)(2)相邻漂移管间的加速电压。相邻漂移管间的加速电压。答案:答案:(1)0.4 m(1)0.4 m(2)6(2)610104 4 V V考点二带电粒子在磁场中的运动考点二带电粒子在磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中做
10、匀速圆周运动的解题步骤带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的解题步骤 【加固训练【加固训练】1.1.如图所示,直角三角形如图所示,直角三角形ABCABC区域中存在区域中存在一匀强磁场,磁感应强度为一匀强磁场,磁感应强度为B B,已知,已知ABAB边长为边长为L L,C=30C=30,比荷均为,比荷均为 的带正电粒子的带正电粒子( (不计重力不计重力) )以不以不同的速率从同的速率从A A点沿点沿ABAB方向射入磁场,则方向射入磁场,则( () )qmA.A.粒子速度越大,在磁场中运动的时间越短粒子速度越大,在磁场中运动的时间越短B.B.粒子在磁场中运动的最长时间为粒子在磁场中运动的最长时间为 C
11、.C.粒子速度越大,在磁场中运动的路程越短粒子速度越大,在磁场中运动的路程越短D.D.粒子在磁场中运动的最长路程为粒子在磁场中运动的最长路程为 4 3L92 m3qBB B2.2.粗糙绝缘水平面上垂直穿过两根长直导线,俯视图如粗糙绝缘水平面上垂直穿过两根长直导线,俯视图如图所示,两根导线中通有相同的电流,电流方向垂直纸图所示,两根导线中通有相同的电流,电流方向垂直纸面向里。水平面上一带电滑块面向里。水平面上一带电滑块( (电性未知电性未知) )以某一初速度以某一初速度v v沿两导线连线的中垂线入射,运动过程中滑块始终未沿两导线连线的中垂线入射,运动过程中滑块始终未脱离水平面。下列说法正确的是脱
12、离水平面。下列说法正确的是( () ) A.A.滑块可能做加速直线运动滑块可能做加速直线运动B.B.滑块可能做匀速直线运动滑块可能做匀速直线运动C.C.滑块可能做曲线运动滑块可能做曲线运动D.D.滑块一定做减速运动滑块一定做减速运动D D考点三带电粒子在磁场中运动的临界、极值问题考点三带电粒子在磁场中运动的临界、极值问题临界、极值问题求解的临界、极值问题求解的“两种思路、两种方法两种思路、两种方法” 【典例【典例4 4】如图所示,如图所示,x x轴上方存在垂直纸面向外的匀强轴上方存在垂直纸面向外的匀强磁场,坐标原点处有一正离子源,单位时间在磁场,坐标原点处有一正离子源,单位时间在xOyxOy平
13、面平面内发射内发射n n0 0个速率为个速率为v v的离子,分布在的离子,分布在y y轴两侧各为轴两侧各为的范的范围内。在围内。在x x轴上放置长度为轴上放置长度为L L的离子收集板,其右端点距的离子收集板,其右端点距坐标原点的距离为坐标原点的距离为2L2L,当磁感应强度为,当磁感应强度为B B0 0时,沿时,沿y y轴正轴正方向入射的离子,恰好打在收集板的右端点。不计重力,方向入射的离子,恰好打在收集板的右端点。不计重力,不考虑离子间的碰撞和相互作用,不计离子在磁场中运不考虑离子间的碰撞和相互作用,不计离子在磁场中运动的时间。动的时间。(1)(1)求离子的比荷求离子的比荷 (2)(2)当磁感
14、应强度为当磁感应强度为B B0 0时,若发射的时,若发射的离子能被收集板全部收集,求离子能被收集板全部收集,求须满足的条件。须满足的条件。qm。(3)(3)若若=45=45,且假设离子到达,且假设离子到达x x轴上时沿轴上时沿x x轴均匀分布。轴均匀分布。为使离子不能被收集板所收集,求磁感应强度为使离子不能被收集板所收集,求磁感应强度B B应满足应满足的条件的条件( (用用B B0 0表示表示) )。若磁感应强度若磁感应强度B B的取值范围为的取值范围为B B0 0B2BB2B0 0,求单位时间,求单位时间内收集板收集到的离子数内收集板收集到的离子数n n与与B B之间的关系之间的关系( (用
15、用B B0 0、n n0 0表示表示) )。【探究突破【探究突破】(1)(1)沿沿y y轴正方向入射的离子,恰好打在收集板的右端轴正方向入射的离子,恰好打在收集板的右端点,其运动轨迹半径是多大?点,其运动轨迹半径是多大?提示:提示:离子的运动轨迹为半圆,故轨迹半径为离子的运动轨迹为半圆,故轨迹半径为L L。(2)(2)离子全部被收集,当以最大角离子全部被收集,当以最大角入射时,离子将在入射时,离子将在收集板的什么位置被收集?画出运动轨迹。收集板的什么位置被收集?画出运动轨迹。提示:提示:离子将在收集板的最左侧被收集。运动轨迹如离子将在收集板的最左侧被收集。运动轨迹如图所示。图所示。(3)(3)
16、离子不被收集板收集,离子经过离子不被收集板收集,离子经过x x轴的区域范围是什么?轴的区域范围是什么?提示:提示:离子经过离子经过x x轴的区域范围是轴的区域范围是0 xL0 x2Lx2L。【解析【解析】(1)(1)由牛顿第二定律得:由牛顿第二定律得: 由几何关系得:由几何关系得:R=LR=L解得:解得: (2)(2)如图如图1 1所示,当以最大角所示,当以最大角m m入射时,则有:入射时,则有:2Rcos 2Rcos m m=L=L解得:解得: 发射的离子能被收集板全部收集,则:发射的离子能被收集板全部收集,则: 20vqvBmR0qvmB L。m33 。(3)(3)设收集板恰好收集不到离子
17、时,离子的轨迹半径设收集板恰好收集不到离子时,离子的轨迹半径为为R R1 1,对应的磁感应强度为,对应的磁感应强度为B B1 1,如图,如图2 2中中所示,则有:所示,则有:2R2R1 1=L =L 对应的磁感应强度:对应的磁感应强度: 10B2B另一种情况:粒子的半径为另一种情况:粒子的半径为RR1 1,对应的磁感应强度,对应的磁感应强度为为BB1 1,如若图,如若图2 2中中所示所示RR1 1cos 45cos 45=L=L对应的磁感应强度对应的磁感应强度 磁感应强度应满足磁感应强度应满足B2BB2B0 0或或 02BB2102BB2 设收集板能全部收集到离子时,离子的轨迹最小半设收集板能
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