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【全程复习方略(福建专用)2014年高考物理大一轮复习 专题四 第9讲带电粒子在组合场、复合场中的运动课件.ppt

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【全程复习方略(福建专用)2014年高考物理大一轮复习 专题四 第9讲带电粒子在组合场、复合场中的运动课件

(2013·南平二模)如图甲所示,CD为半径r=1.8m的光滑绝缘圆弧轨道,其所对应的圆心角θ=90°,轨道末端水平。木板B长L=10m、质量M=1.2kg,静止放置在粗糙水平地面MN上,左端位于M点,上表面与CD轨道末端相切。PQ左侧为匀强磁场区域,磁感应强度B0=1T,方向垂直纸面向外。PQ右侧为匀强电场区域,电场强度随时间变化的关系如图乙所示,规定电场方向竖直向下为正方向。一质量m=1kg、带电量q=+0.1C的滑块A在某一时刻由C点静止释放。已知滑块A与木板B之间的动摩擦因数μ1=0.5,木板B与水平地面之间的动摩擦因数μ2=0.2,可将滑块A视为质点,g取10m/s2。求: 【通关题组】 (1)滑块A滑至圆弧轨道最低点时的速度大小和此时滑块A对轨道的压力。 (2)若滑块A在t=0时进入电场区域,滑块A最终静止时离D点的距离。 (3)若滑块A在t=2s时进入电场区域,滑块A最终静止时离D点的距离。 【解析】(1)mgr= mv2, v= =6m/s, N-mg-B0qv= N=30.6N,方向竖直向上 根据牛顿第三定律可知,滑块对轨道的压力大小为30.6N,方向竖直向下。 (2)f1=μ1(mg-qE)=2N, f2=μ2(Mg+mg-qE)=3.2N, f1f2,所以木板B不动。 a= =2m/s2, 至滑块静止所用时间 t= =3s,电场方向恰好还未改变 s= =9m, sL,滑块未从B板右端滑落。 故滑块A最终静止时离D点的距离为9m。 (3)t=2s到t=3s过程中, 滑块A加速度a=2m/s2, t=3s时滑块速度 v1=v-at1=4m/s, 此过程中滑块的位移 s1= (v+v1)t1=5m, 此后电场反向, f1=μ1(mg+qE)=8N, f2=μ2(Mg+mg+qE)=5.6N f1f2,所以木板B将加速滑动。 此时A、B的加速度分别为 至两者速度相等所用时间t2满足v1-a1t2=a2t2, 解得t2=0.4s, 此时两者共同速度v2=a2t2=0.8m/s, 在此过程中滑块的位移 s2= (v1+v2)t2=0.96m。 此后电场强度为0, 两者共同做匀减速直线运动, a= =2m/s2, 至静止所用时间 t3= =0.4s, 在此过程中滑块的位移 s3= =0.16m, 故滑块在整个过程中的位移 s总=s1+s2+s3=6.12m 答案:(1)6m/s 30.6 N,方向竖直向下 (2)9 m (3)6.12 m 【热点考向3】 电磁场技术的应用 【典题训练3】(2012·天津高考)对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要的意义。如图所示,质量为m、电荷量为q的铀235离子,从容器A下方的小孔S1不断飘入加速电场,其初速度可视为零,然后经过小孔S2垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,做半径为R的匀速圆周运动,离子行进半个圆周后离开磁场并被收集,离开磁场时离子束的等效电流为I。不考虑离子重力及离子间的相互作用。 (1)求加速电场的电压U。 (2)求出在离子被收集的过程中任 意时间t内收集到离子的质量M。 (3)实际上加速电压的大小在U±ΔU范围内微小变化。若容器A中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子,如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离,为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠, 应小于多少?(结果用百分数表示,保留两位有效数字) 【解题指导】解答本题应注意以下三点: (1)离子在加速电场中的加速满足动能定理。 (2)微观离子的等效电流大小仍满足I= 。 (3)两种离子在磁场中运动轨迹不相交的条件是RmaxR′min。 【解析】(1)设离子经加速电场后进入磁场时的速度为v,由动能定理得qU= ① 离子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,即 qvB= ② 联立以上两式可得U= (2)设在任意时间t内收集到的离子个数为N,总电荷量为Q,则有 Q=It,N= ,M=Nm 联立以上各式可得M= (3)联立①②两式可得R= 设m′为铀238离子质量,由于电压在U±ΔU之间有微小变化,铀235离子在磁场中最大半径为 铀238离子在磁场中最小半径为 这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠的条件是RmaxR′min 即 则有m(U+ΔU)m′(U-ΔU) 其中铀235离子的质量m=235u(u为原子质量单位),铀238离子 的质量m′=238u。故 解得 0.63% 答案:(1) (2) (3)0.63% 【考题透视】对于电磁场技术的应用问题是近几年高考中的热点,分析近几年的

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