第50讲 带电粒子在叠加场中的运动(讲义)(解析版)-2025年高考物理一轮复习讲练测(新教材新高考).docx

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第50讲带电粒子在叠加场中的运动

目录

01、考情透视,目标导航TOC\o1-3\h\u

02、知识导图,思维引航 1

03、考点突破,考法探究 1

考点一.带电粒子在叠加场中的运动 2

考点二.STSE中的叠加场模型 4

知识点1.速度选择器 4

知识点2.磁流体发电机 5

知识点3.电磁流量计 5

知识点4.霍尔元件 6

04、真题练习,命题洞见 9

考情分析

2024·贵州·高考物理第14题

2024·江苏·高考物理第14题

2024·甘肃·高考物理第15题

2024·广东·高考物理第15题

2024·河北·高考物理第25题

复习目标

目标1.了解叠加场的特点,会分析带电粒子在叠加场中的运动问题。

目标2.会分析带电粒子在交变电、磁场中的运动问题。

考点一.带电粒子在叠加场中的运动

1.叠加场

电场、磁场、重力场共存,或其中某两场共存。

2.常见的几种运动形式

运动性质

受力特点

方法规律

匀速直线运动

粒子所受的合力为0

平衡条件

匀速圆周运动

除洛伦兹力外,另外两力的合力为零qE=mg

牛顿第二定律、圆周运动的规律

较复杂的曲线运动

除洛伦兹力外,其他力的合力既不为零,也不与洛伦兹力等大反向

动能定理、能量守恒定律

1.如图,两个定值电阻的阻值分别为R1和R2,直流电源的内阻不计,平行板电容器两极板水平放置,板间距离为d,板长为eq\r(3)d,极板间存在方向水平向里的匀强磁场。质量为m、带电量为+q的小球以初速度v沿水平方向从电容器下板左侧边缘A点进入电容器,做匀速圆周运动,恰从电容器上板右侧边缘离开电容器。此过程中,小球未与极板发生碰撞,重力加速度大小为g,忽略空气阻力。

(1)求直流电源的电动势E0;

(2)求两极板间磁场的磁感应强度B;

(3)在图中虚线的右侧设计一匀强电场,使小球离开电容器后沿直线运动,求电场强度的最小值E′。

【解题指导】第(1)问:通过小球在叠加场中做圆周运动的条件进行分析。

第(2)问:分析小球在两极板间的圆周运动。

第(3)问:确定电场强度的最小值。

【答案】(1)eq\f(mgd?R1+R2?,qR2)(2)eq\f(mv,2dq)(3)eq\f(mg,2q)

【解析】(1)小球在两极板间做匀速圆周运动,则静电力与重力平衡,可得Eq=mg

R2两端的电压U2=Ed

根据闭合电路欧姆定律得U2=eq\f(E0,R1+R2)·R2

联立解得E0=eq\f(mgd?R1+R2?,qR2)。

(2)带电小球在电容器中运动轨迹如图所示。

设小球做圆周运动的半径为r,根据几何关系得(r-d)2+(eq\r(3)d)2=r2,解得r=2d

根据qvB=meq\f(v2,r),解得B=eq\f(mv,2dq)。

(3)由几何关系可知,射出磁场时,小球速度方向与水平方向夹角为60°,要使小球做直线运动,当小球所受静电力与小球重力在垂直小球速度方向的分力相等时,静电力最小,电场强度最小,可得E′q=mgcos60°,解得E′=eq\f(mg,2q)。

2.(多选)如图所示,竖直平面MNRS的右侧存在竖直向上且范围足够大的匀强磁场,从平面MNRS上的O点处以初速度v0=10m/s垂直MNRS面向右抛出一电荷量为q、质量为m的小球。若磁感应强度B=eq\f(πm,q),g取10m/s2。则下列说法正确的是()

A.小球离开磁场时的速度大小为10eq\r(2)m/s

B.小球离开磁场时的速度大小为10eq\r(5)m/s

C.小球离开磁场时的位置与抛出点的距离为eq\f(5,π)eq\r(π2+4)m

D.小球离开磁场时的位置与抛出点的距离为eq\f(5,π)eq\r(π2+16)m

【答案】AD

【解析】把带电小球的运动分解为水平方向的匀速圆周运动和竖直方向的自由落体运动,对水平方向的运动,有qv0B=meq\f(v02,R),T=eq\f(2πR,v0),其中B=eq\f(πm,q),联立解得R=eq\f(v0,π)=eq\f(10,π)m,T=2s,则小球在水平方向运动半个周期即t=1s后离开磁场区域,在t=1s时,小球在竖直方向分速度v⊥=gt=10m/s,小球离开磁场时的速度大小为v=eq\r(v02+v⊥2)=10eq\r(2)m/s,A正确,B错误;小球离开磁场时的位置与抛出点的水平距离为x=2R=eq\f(20,π)m,竖直距离为y=eq\f(1,2)gt2=5m,小球离开磁场时的位置与抛出点的距离为s=eq\r(x2+y2)=eq\f(5,π)eq\r(π2+16)m,D正确,C错误。

考点二.STSE中的叠加

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