2020版高考物理新设计一轮复习江苏专版讲义：第八章 第4节 带电粒子在叠加场中的运动 含答案.docVIP

第4节带电粒子在叠加场中的运动 突破点(一)　带电粒子在叠加场中的运动 1．分析方法 2．三种场的比较 力的特点 功和能的特点 重力场 大小：G＝mg 方向：竖直向下 重力做功与路径无关 重力做功改变物体的重力势能 电场 大小：F＝qE 方向：正电荷受力方向与场强方向相同，负电荷受力方向与场强方向相反 电场力做功与路径无关 W＝qU 电场力做功改变电势能 磁场 大小：F＝qvB(v⊥B) 方向：可用左手定则判断 洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的动能 [多维探究] (一)电场与磁场共存 [例1]　一个带正电荷的微粒(重力不计)，穿过如图所示的匀强电场和匀强磁场区域时，恰能沿直线运动，则下列说法不正确的是(　　) A．若仅减小入射速度，微粒进入该区域后将向下偏转 B．若仅减小电场强度，微粒穿过该区域后动能将减小 C．若增大磁感应强度而要使微粒依然能沿直线运动，必须增大微粒的入射速度 D．若仅将微粒所带的电荷变为负电荷，微粒依然能沿直线运动 [解析]　带电微粒在电磁场中运动，F洛＝Bqv，F电＝qE。若仅减小入射速度，则向上的洛伦兹力减小，电场力不变，合力向下，向下偏转，故A正确；减小电场强度，则电场力减小，洛伦兹力不变，合力向上，向上偏转，电场力做负功，洛伦兹力不做功，微粒穿过该区域后动能将减小，故B正确；若增大磁感应强度，则向上的洛伦兹力增大，电场力不变，而要使微粒依然能沿直线运动，则必须减小微粒的入射速度，故C错误；若仅将微粒所带的电荷变为负电荷，洛伦兹力方向向下，电场力方向向上，它们的大小不变，合力为0，微粒依然能沿直线运动，故D正确。 [答案]　C (二)磁场与重力场共存 [例2]　如图，长为l的绝缘轻绳上端固定于O点，下端系一质量为m的带负电小球，在小球运动的竖直平面内有垂直该平面向里的匀强磁场。某时刻给小球一垂直于磁场、水平向右的初速度，小球能做完整的圆周运动。不计空气阻力，重力加速度为g。则(　　) A．小球做匀速圆周运动 B．小球运动过程中机械能不守恒 C．小球在最高点的最小速度v1＝eq \r(gl) D．最低点与最高点的绳子拉力差值大于6mg [解析]　小球受重力、绳子的拉力以及沿绳子向外的洛伦兹力，则小球做非匀速圆周运动，选项A错误；小球运动过程中只有重力做功，则机械能守恒，选项B错误；在最高的最小速度满足：mg－qv1minB＝meq \f(v1min2,l)，则v1min≠eq \r(gl)，选项C错误；在最高点时T1＋mg－qv1B＝meq \f(v12,l)，从最高点到最低点由机械能守恒得：eq \f(1,2)mv12＋2mgl＝eq \f(1,2)mv22；在最低点：T2－mg－qv2B＝meq \f(v22,l)；联立解得：ΔF＝T2－T1＝6mg＋qB(v2－v1)6mg，选项D正确。 [答案]　D (三)电场、磁场与重力场共存 [例3]　如图，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，磁场方向垂直于纸面向外。已知在该区域内，一个带电小球在竖直面内做直线运动。下列说法正确的是(　　) A．若小球带正电荷，则小球的电势能减小 B．若小球带负电荷，则小球的电势能减小 C．无论小球带何种电荷，小球的重力势能都减小 D．小球的动能可能会增大 [思路点拨] (1)带电小球在重力场、电场、磁场的复合场中，只要做直线运动(速度与磁场不平行)，一定是匀速直线运动。 (2)若速度变化，洛伦兹力(方向垂直速度)会变化，合力就会变化；合力与速度就不在一直线上，带电小球就会做曲线运动。 [解析]　小球受的重力竖直向下，若小球带正电荷，小球受的电场力水平向右，则洛伦兹力斜向左上方，三力才能平衡；由左手定则可知，小球的速度向左下方，则电场力的方向与运动方向成钝角，电场力做负功，小球的电势能增大，故A项错误；小球受的重力竖直向下，若小球带负电荷，小球受的电场力水平向左，则洛伦兹力斜向右上方，三力才能平衡；由左手定则可知，小球的速度向右下方，则电场力的方向与运动方向成钝角，电场力做负功，小球的电势能增大，故B项错误；由A、B项分析知，无论小球带何种电荷，小球竖直方向的分速度均向下，小球的重力势能减小，故C项正确；小球做匀速直线运动，动能不变，故D项错误。 [答案]　C 突破点(二)　带电粒子在叠加场中运动的实例分析 装置 原理图 规律 速度选择器 若qv0B＝Eq，即v0＝eq \f(E,B)，粒子做匀速直线运动 磁流体发电机 等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电，两极电压为U时稳定，qeq \f(U,d)＝qv0B，U＝v0Bd 电磁流量计 eq \f(U,D)q＝qvB，所以v＝eq \f(U,DB) 所以Q＝vS＝eq \f(πDU,4B) 霍尔元件 当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流