高考物理一輪總復習 專題八課件（打包4套）[新人教版].zip

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落地點為a 給小球帶上電荷后 仍以原 來的速度拋出 考慮地磁場的影響 下列說法正確的是 A 無論小球帶何種電荷 小球仍會落在a點B 無論小球帶何種電荷 小球下落時間都會延長 圖8 2 3 C 若小球帶負電荷 小球會落在更遠的b點D 若小球帶正電荷 小球會落在更遠的b點 解析 地磁場在赤道上空水平由南向北 從南向北觀察 如果小球帶正電荷 則洛倫茲力斜向右上方 該洛倫茲力在豎直向上和水平向右方向均有分力 因此 小球落地時間會變長 水平位移會變大 同理 若小球帶負電 則小球落地時間會變短 水平位移會變小 故D正確 答案 D 備考策略 對于洛倫茲力 應該理解以下幾點 1 洛倫茲力與電荷的運動狀態(tài)有關 2 洛倫茲力與電荷運動的速度方向垂直 因此洛倫茲力只改變電荷運動的速度方向 而不改變速度大小 即洛倫茲力對電荷是不做功的 3 洛倫茲力與安培力的關系 洛倫茲力是安培力的微觀原因 安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) 考點練透 1 2015年重慶卷改編 如圖8 2 4所示 曲線a b c d 向里 以下判斷可能正確的是 A a b為 粒子的徑跡B a b為 粒子的徑跡C c d為 粒子的徑跡D c d為 粒子的徑跡 圖8 2 4 解析 是中性粒子 在磁場中不偏轉 故選項B錯誤 粒子為氫核 帶正電 由左手定則知受向上的洛倫茲力 向上偏轉 故選項A C錯誤 粒子是帶負電的電子 應向下偏轉 選項D正確 答案 D 2 多選 如圖8 2 5所示 空間的某一區(qū)域存在著相互垂直的勻強電場和勻強磁場 一個帶電粒子以某一初速度由A點進入這個區(qū)域沿直線運動 從C點離開區(qū)域 如果將磁場撤去 其他條件不變 則粒子從B點離開場區(qū) 如果將電場撤去 其他條件不變 則這個粒子從D點離開場區(qū) 已知BC CD 設粒子在上述三種情況下 從A到B 從A到C和從A到D所用的時間分別是t1 t2和t3 離開三點時的動能分別是Ek1 Ek2 Ek3 粒 子重力忽略不計 以下關系正確的是 圖8 2 5 A t1 t2 t3B t1 t2 t3C Ek1 Ek2 Ek3D Ek1 Ek2 Ek3解析 當電場 磁場同時存在時 粒子做勻速直線運動 此時qE qvB 當只有電場時 粒子從B點射出 做類平拋運動 由運動的合成與分解可知 水平方向為勻速直線運動 所以t1 t2 當只有磁場時 粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動 速度大小不變 但路程變長 則t2 t3 因此A選項正確 粒子從B點射出時 電場力做正功 動能變大 故C選項正確 答案 AC 考點2 帶電粒子在勻強磁場中的運動問題 重點歸納1 圓心的確定 1 基本思路 與速度方向垂直的直線和圖中弦的中垂線一定過圓心 2 兩種情形 已知入射方向和出射方向時 可通過入射點和出射點分別作垂直于入射方向和出射方向的直線 兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心 如圖8 2 6甲所示 圖中P為入射點 M為出射點 已知入射點和出射點的位置時 可以通過入射點作入射方向的垂線 連接入射點和出射點 作其中垂線 這兩條垂線的交點就是圓弧軌道的圓心 如圖乙 P為入射點 M為出射點 圖8 2 6 2 帶電粒子在不同邊界磁場中的運動 a 直線邊界 進出磁場具有對稱性 如圖8 2 7所示 圖8 2 7 圖8 2 8 b 平行邊界 存在臨界條件 如圖8 2 8所示 c 圓形邊界 沿徑向射入必沿徑向射出 如圖8 2 9所示 圖8 2 9 3 運動軌跡與磁場邊界的關系 1 剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運動的 軌跡與邊界相切 2 當速率v一定時 弧長越長 軌跡對應的圓心角越大 則帶電粒子在有界磁場中運動的時間越長 3 圓周運動中相關的對稱規(guī)律 從同一直線邊界射入的粒子 再從這一邊界射出時 速 度與邊界的夾角相等 在圓形磁場區(qū)域內 沿徑向射入的粒子 必沿徑向射出 4 半徑的確定用幾何知識 勾股定理 三角函數(shù)等 求出半徑大小 5 運動時間的確定粒子在磁場中運動一周的時間為T 當粒子運動的圓弧所 6 帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的程序解題法 三步法 1 畫軌跡 即確定圓心 用幾何方法求半徑并畫出軌跡 2 找聯(lián)系 軌道半徑與磁感應強度 運動速度相聯(lián)系 偏轉角度與圓心角 運動時間相聯(lián)系 在磁場中運動的時間與周期相聯(lián)系 3 用規(guī)律 即利用牛頓第二定律和圓周運動的規(guī)律 特別 是周期公式 半徑公式 典例剖析例2 如圖8 2 10所示 在某空間實驗室中 有兩個靠在一起的等大的圓柱形區(qū)域 分別存在著等大 反向的勻強磁場 心為O1 磁場垂直紙面向里 右側區(qū)的圓心為O2 磁場垂直紙面向外 兩區(qū)域的切點為C 現(xiàn)有質量m 3 2 10 26kg 帶電荷量q 1 6 10 19C的某種離子 從左側區(qū)邊緣的A點以速度v 1 106m s正對O1的方向垂直磁場射入 它將穿越C點后再從右側區(qū)穿出 求 1 該離子通過兩磁場區(qū)域所用的時間 2 離子離開右側區(qū)域的出射點偏離最初入射方向的側移 距離 側移距離指垂直初速度方向上移動的距離 圖8 2 10 思維點撥 分析帶電粒子的運動情況是解決問題的前提 本題要結合運動分析畫出運動過程圖 運用公式及平面幾何知識進行分析討論 解 1 離子在磁場中做勻速圓周運動 在左右兩區(qū)域的運動是對稱的 如圖8 2 11所示 設軌跡半徑為R 圓周運動的周期為T 由牛頓第二定律有 圖8 2 11 將已知量代入得 R 2m 2 在圖中過O2向AO1作垂線 聯(lián)系軌跡對稱關系知 總側移距離d 2rsin2 2m 備考策略 帶電粒子在磁場中運動的問題實質上就是利用磁場控制帶電粒子的運動方向的問題 解決這類問題的關鍵是找到帶電粒子運動軌跡的圓心 掌握通過洛倫茲力等于向心力求圓周運動的半徑的方法 以及運動時間與周期的關系 即時間與周期之比等于圓心角與2 之比 在解題過程中 作圖和找出幾何關系是難點 考點練透 3 2015年云南一模 如圖8 2 12所示 直線MN上方有垂直紙面向里的勻強磁場 電子1從磁場邊界上的a點垂直MN和磁場方向射入磁場 經t1時間從b點離開磁場 之后 電子2也由a點沿圖示方向以相同速率垂直磁場方向射入磁場 經t2時間從a b連線 圖8 2 12 圖D43 答案 D 4 2013年新課標卷 如圖8 2 13 半徑為R的圓是一圓柱形勻強磁場區(qū)域的橫截面 紙面 磁感應強度大小為B 方向垂直于紙面向外 一電荷量為q q 0 質量為m的粒子沿平行于直徑ab的方向射入磁場區(qū)域 射入點與ab的距向間的夾角為60 則粒子的速率為 不計重力 圖8 2 13 圖D44 答案 B 考點3帶電粒子在有界磁場中的臨界極值問題 重點歸納 帶電粒子在有界磁場中運動時 常常遇到穿出不穿出磁場 速度大小 時間長短等問題 這就是臨界極值問題 解決這類問題的關鍵是 尋找臨界點 1 尋找臨界點的方法 1 剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運動的 軌跡與邊界相切 2 當速度v大小一定時 弧長 或弦長 越長 圓心角越大 則帶電粒子在有界磁場中運動的時間越長 旋轉圓 3 當速度v大小變化時 圓心角越大的 運動時間越長 縮 放圓 2 解題方法 1 確定臨界狀態(tài) 以題目中 恰好 最大 最高 至少 等關鍵性詞語為突破口 確定臨界狀態(tài) 2 定圓心 畫軌跡 求半徑 尋找臨界極值的出現(xiàn)條件 3 利用合適的物理規(guī)律和數(shù)學方法求解 典例剖析例3 2016年黑龍江牡丹江期中 如圖8 2 14所示 在半徑為a的圓柱空間中 圖中圓為其橫截面 充滿磁感應強度大小為B的均勻磁場 其方向平行于軸線垂直紙面向里 在圓柱空間中垂直軸線平面內固定放置一絕緣材料制成的邊長為L 1 6a的剛性等邊三角形框架 DEF 其中心O位于圓柱的軸線上 DE 皆在圖中截面內且垂直于DE邊向下 發(fā)射粒子的電量皆為q q 0 質量皆為m 但速度v有各種不同的數(shù)值 若這些粒子與三角形框架的碰撞無能量損失 不能與圓柱壁相碰 電量也無變化 且每一次碰撞時速度方向均垂直于被碰的邊 試問 1 帶電粒子經多長時間第一次與DE邊相碰 2 帶電粒子速度v的大小取哪些數(shù)值時可使S點發(fā)出的粒子最終又回到S點 3 這些粒子中 回到S點所用的最短 時間是多少 圖8 2 14 思維點撥 本題考查了帶電粒子在磁場中的運動問題 解題的難點在于先挖掘出粒子能回到S點需要滿足的隱含條件以及考慮到粒子最終又回到S點時的多解性 解題時要畫出軌跡草圖 并能運用勻速圓周運動的基本公式進行解答 此題有一定的難度 解 1 帶電粒子 以下簡稱粒子 從S點垂直于DE邊以速 而粒子要能繞過頂點與 DEF的邊相碰 則粒子作圓周運動的半徑R不能太大 如圖8 2 15所示 必須有圖8 2 15 由圖中的幾何關系計算可知 考點練透 5 多選 2015年貴州六校聯(lián)考 如圖8 2 16所示 一束電子以大小不同的速率沿圖示方向飛入橫截面為一正方形的勻強 磁場區(qū) 在從ab邊離開磁場的電子中 下列判斷正確的是 A 從b點離開的電子速度最大B 從b點離開的電子在磁場中運動時間最長C 從b點離開的電子速度偏轉角最大D 在磁場中運動時間相同的電子 其軌跡線 一定重合 圖8 2 16 動半徑越大 速度越大 由此可知 從b點離開的電子速度最大 A正確 轉過的角度越大 時間越長 B錯誤 從a點射出的電子偏轉角最大 C錯誤 在磁場中運動時間相同的電子 由于周期相同 其偏轉角也相同 因此半徑也相同 所以其軌跡線一定重合 D正確 答案 AD 6 2015年四川卷 如圖8 2 17所示 S處有一電子源 可向紙面內任意方向發(fā)射電子 平板MN垂直于紙面 在紙面內的長度L 9 1cm 中點O與S間的距離d 4 55cm MN與SO直線的夾角為 板所在平面有電子源的一側區(qū)域有方向垂直于紙面向外的勻強磁場 磁感應強度B 2 0 10 4T 電子質量m 9 1 10 31kg 電荷量e 1 6 10 19C 不計電子重力 電子源發(fā)射速度v 1 6 106m s的一個電子 該電子打在板上可能位置的區(qū)域的長度為l 則 圖8 2 17 A 90 時 l 9 1cmB 60 時 l 9 1cmC 45 時 l 4 55cmD 30 時 l 4 55cm 圖D45 圖D46 答案 AD 易錯點 混淆運動半徑與圓形磁場半徑 例4 如圖8 2 18所示 帶負電的粒子垂直磁場方向進入圓形勻強磁場區(qū)域 出磁場時速度偏離原方向60 角 已知帶電粒子質量m 3 10 20kg 電量q 1 10 13C 速度v0 1 105m s 磁場區(qū)域的半徑R 3 10 1m 不計重力 求磁場的磁感應強度 圖8 2 18 錯解分析 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動 以上沒有依據題意畫出帶電粒子的運動軌跡圖 誤將圓形磁場的半徑當做粒子運動軌跡的半徑 對公式中有關物理量的物理意義不明白 正解分析 畫進 出磁場速度的垂線交點O O 點即為粒子做圓周運動的圓心 據此作出運動軌跡AB 如圖8 2 19所示 圓半徑記為r 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動 洛 倫茲力提供向心力 圖8 2 19 觸類旁通 2016年山東臨邑一中月考 如圖8 2 20所示 圓形區(qū)域內有垂直于紙面向里的勻強磁場 一個帶電粒子以速度v從A點沿直徑AOB方向射入磁場 經過 t時間從C點射出磁場 OC與OB成60 角 現(xiàn)將帶電粒子的速度變?yōu)?仍從A點沿原方向射入磁場 不計重 力 則粒子在磁場中的運動時間變?yōu)?圖8 2 20 粒子將從D點射出 根據圖D47中幾何關系得圓弧AD所對應 正確 圖D47 答案 B 第3講帶電粒子在復合場中的運動 一 復合場與組合場1 復合場 共存 或其中 某兩種場共存區(qū)域 電場 磁場 重力場 2 組合場 與 各位于一定的區(qū)域內 并不重疊 或在同一區(qū)域內 電場 磁場分時間段或分區(qū)域交替 出現(xiàn) 電場 磁場 3 重力考慮與否分三種情況 很小 忽略 1 對于微觀粒子 如電子 質子 離子等一般不做特殊交代就可以不計其重力 因為其重力一般情況下與電場力或磁場力相比 可以 而對于一些實際物體 如帶電小球 液滴 金屬塊等不做特殊交代時就應當考慮其重力 2 在題目中有明確交代的是否要考慮重力的 這種情況比較正規(guī) 也比較簡單 3 對未知的帶電粒子其重力是否可忽略又沒有明確時 可采用假設法判斷 假設重力計或者不計 結合題給條件得出的結論若與題意相符則假設正確 否則假設錯誤 二 帶電粒子在復合場中運動的實例1 質譜儀 1 用途 測量帶電粒子的質量和分析同位素 2 原理 如圖8 3 1所示 先用電場加速 再進入磁場偏 圖8 3 1 2 回旋加速器 1 用途 產生大量高能量帶電粒子 2 原理 如圖8 3 2所示 電場用來對粒子加速 磁場用來使粒子回旋從而能反復加速 回旋加速器中所加交變電壓的頻率f與帶電粒子做勻速圓周運動的頻率相等 回旋加速器最 度一定的情況下 回旋加速器的半徑R越大 粒子的能量就越大 圖8 3 2 3 速度選擇器 如圖8 3 3所示 圖8 3 3 1 平行板中電場強度E和磁感應強度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 2 帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qE qvB 即v 與粒子的電性 電荷量和質量無關 4 磁流體發(fā)電機 1 磁流體發(fā)電是一項新興技術 它可以把內能直接轉化為 電能 正 2 根據左手定則 如圖8 3 4所示的B板是發(fā)電機 極 圖8 3 4 3 磁流體發(fā)電機兩極板間的距離為l 等離子體速度為v 磁場磁感應強度為B 則兩極板間能達到的最大電勢差U Blv 5 電磁流量計電磁流量計的構造和原理 如圖8 3 5所示 一圓形 也可是其他形狀 導管的直徑為d 用非磁性材料制成 其中有可以導電的液體在管內流動 導電液體中的自由電荷 正 負離子 在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉 使a b間出現(xiàn)電勢差 當自由電荷所受到的電場力與洛倫茲力平衡時 a b間的電勢差就保持穩(wěn)定 圖8 3 5 考點1 帶電粒子在組合場中的運動 重點歸納1 在勻強電場 勻強磁場中可能的運動性質 2 電偏轉 和 磁偏轉 的比較 續(xù)表 典例剖析 例1 2015年廣東惠州一調 如圖8 3 6所示 一電子 其重力不計 質量為m 電荷量為e 由靜止開始 經加速電場加速后 水平向右從兩板正中間射入偏轉電場 偏轉電場由兩塊水平平行放置的長為l 相距為d的導體板組成 當兩板不帶電時 電子通過兩板之間的時間為t0 當在兩板間加電壓為U0時 電子可射出偏轉電場 并射入垂直紙面向里的勻強磁場 最后打在磁場右側豎直放置的熒光屏上 磁場的水平寬度為s 豎直高度足夠大 求 1 加速電場的電壓 2 電子在離開偏轉電場時的側向位移 3 要使電子能垂直打在熒光屏上 勻強磁場的磁感應強度 為多大 圖8 3 6 思維點撥 1 根據粒子在偏轉電場中水平方向上做勻速直線運動 求出水平速度 通過動能定理求出加速電場的電壓 2 根據電子在偏轉電場中水平方向上做勻速直線運動 豎直方向上做勻加速直線運動 抓住等時性 結合牛頓第二定律和運動學公式求出側向位移 3 結合粒子在磁場中運動的軌道半徑 通過洛倫茲力提供向心力求出磁感應強度的大小 3 設電子從偏轉電場中射出時的偏向角為 要使電子垂直打在熒光屏上 則電子在磁場中運動半徑應為 備考策略 粒子垂直電場方向進入電場做類平拋運動 首先對運動進行分解 在兩個分運動上求出分位移和分速度 然后再合成來解決問題 切換 到偏轉磁場時 運動的軌跡 性質等發(fā)生變化 自然地 我們又把目光轉向粒子在磁場中做勻速圓周運動 可以根據進出磁場的速度方向確定軌跡圓心 根據幾何關系求出軌道半徑和運動時間 兩場區(qū) 切換 時 抓住邊界 切換 點的速度方向是解題的關鍵所在 考點練透 1 2014年大綱卷 如圖8 3 7所示 在第一象限存在勻強磁場 磁感應強度方向垂直于紙面 xOy平面 向外 在第四象限存在勻強電場 方向沿x軸負向 在y軸正半軸上某點以與x軸正向平行 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 點沿垂直于x軸的方向進入電場 不計重力 若該粒子離開電場時速度方向與y軸負方向的夾角為 求 圖8 3 7 1 電場強度大小與磁感應強度大小的比值 2 該粒子在電場中運動的時間 解 1 如圖D48所示 粒子進入磁場后做勻速圓周運動 設磁感應強度的大小為B 粒子質量與所帶電荷量分別為m和q 圓周運動的半徑為R0 由洛倫茲力公式及牛頓第二定律得 圖D48 由題給條件和幾何關系可知R0 d 設電場強度大小為E 粒子進入電場后沿x軸負方向的加速度大小為ax 在電場中運動的時間為t 離開電場時沿x軸負方向的 速度大小為vx 由牛頓第二定律及運動學公式得Eq max vx axt由于粒子在電場中做類平拋運動 如圖 有 聯(lián)立 式得 圖8 3 8 圖D49 代入數(shù)據得U 60V故加速電壓的最小值為60V 考點2 帶電粒子在復合場中的運動 重點歸納1 三種場力的特點 2 常用結論 1 帶電粒子在三個場共同作用下做勻速圓周運動 必然是 電場力和重力平衡 而洛倫茲力充當向心力 2 帶電粒子在三個場共同作用下做直線運動 重力和電場力是恒力 它們的合力也是恒力 當帶電粒子的速度平行于磁場時 不受洛倫茲力 因此可能做勻速運動也可能做勻變速運動 當帶電粒子的速度垂直于磁場時 一定做勻速運動 典例剖析 例2 2016年吉林長春外國語學校質檢 如圖8 3 9所示 直角坐標系xOy位于豎直平面內 在第四象限存在勻強磁場和勻強電場 磁場的磁感應強度為B 方向垂直xOy平面向里 電場線平行于y軸 一質量為m 電荷量大小為q的帶負電的小球 從y軸上的A點水平向右拋出 經x軸上的M點進入電場和磁場 恰能做勻速圓周運動 最后從y軸上的N點沿垂直于y軸的方向離開電場和磁場 ON之間的距離為L 小球過M點時速度方向與x軸正方向夾角為 不計空氣阻力 重力加速度為g 求 圖8 3 9 1 電場強度E的大小和方向 2 小球從A點拋出時初速度v0的大小 3 A點到x軸的高度h 思維點撥 由題意可知 由A點到M點小球做平拋運動 進入復合場后 小球所受重力和電場力平衡 洛倫茲力為小球做圓周運動提供向心力 解 1 小球在電場 磁場中恰好做勻速圓周運動 其所受 豎直向下 電場力的方向應豎直向上 由于小球帶負電 則電場強度方向豎直向下 2 小球做勻速圓周運動 如圖8 3 10所示 設半徑為R 由幾何關系得圖8 3 10 由速度的合成與分解知v0 vcos 由 式解得 小球做勻速圓周運動的向心力由洛倫茲力提供 設小球做勻速圓周運動的速率為v 則有 備考策略 處理這類綜合題 應把握以下幾點 1 熟悉電場力 磁場力大小的計算和方向的判別 2 熟悉帶電粒子在勻強電場 勻強磁場中的基本運動 如加速 偏轉 勻速圓周運動等 3 通過詳細地分析帶電體運動的全部物理過程 找出與此過程相應的受力情況及物理規(guī)律 遇到臨界情況或極值情況 則要全力找出出現(xiàn)此情況的條件 4 在 力學問題 中 主要應用牛頓運動定律結合運動學公式 動能定理 動量定理和動量守恒定律等規(guī)律來處理 考點練透 3 2014年福建卷 如圖8 3 11所示 某一新型發(fā)電裝置的發(fā)電管是橫截面為矩形的水平管道 管道的長為L 寬為d 高為h 上下兩面是絕緣板 前后兩側面M N是電阻可忽略的導體板 兩導體板與開關S和定值電阻R相連 整個管道置于磁感應強度大小為B 方向沿z軸正方向的勻強磁場中 管道內始終充滿電阻率為 的導電液體 有大量的正 負離子 且開關閉合前后 液體在管道進 出口兩端壓強差的作用下 均以恒定 速率v0沿x軸正向流動 液體所受的摩擦阻力不變 圖8 3 11 1 求開關閉合前 M N兩板間的電勢差大小U0 2 求開關閉合前后 管道兩端壓強差的變化 p 3 調整矩形管道的寬和高 但保持其他量和矩形管道的橫截面積S dh不變 求電阻R可獲得的最大功率Pm及相應的寬 解 1 設帶電離子所帶的電荷量為q 當其所受的洛倫茲力與電場力平衡時 U0保持恒定 有