高考物理总复习第10单元磁场专题8带电粒子在叠加场中的运动

专题8带电粒子在叠加场中的运动热点题型探究

教师备用习题热点一带电粒子在叠加场中的运动带电粒子在叠加场中的运动分类热点题型探究运动分类运动特点静止或匀速直线运动

当带电粒子在叠加场中所受合外力为零时,将处于静止状态或匀速直线运动状态匀速圆周运动

当带电粒子所受的重力与电场力大小相等、方向相反时,带电粒子在洛伦兹力的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动热点题型探究运动分类运动特点一般的曲线运动

当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化,且与初速度方向不在同一条直线上时,粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子的运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线分阶段运动

带电粒子可能依次通过几个情况不同的叠加场区域,其运动情况随区域发生变化,其运动过程由几个不同的运动阶段组成考向一

重力场+磁场例1

[2021·天津一中期末]如图所示,一个带正电的小球沿光滑的水平绝缘桌面向右运动,速度的方向垂直于水平方向的匀强磁场,小球飞离桌子边缘进入磁场,最后落到地板上,设其飞行时间为t1,水平射程为x1,落地动能为Ek1,落地速率为v1.撤去磁场,其余条件不变,小球飞行时间为t2,水平射程为x2,落地动能为Ek2,落地速率为v2.不计空气阻力,则(

)A.t1<t2B.x1>x2C.v1<v2D.Ek1>Ek2热点题型探究B热点题型探究[解析]

有磁场时,小球下落过程中要受重力和洛伦兹力共同作用,重力方向竖直向下,大小和方向都不变,洛伦兹力的大小和方向都随速度的变化而变化,但在能落到地板的前提下,洛伦兹力的方向跟速度方向垂直,其水平分力水平向右,竖直分力竖直向上,小球竖直方向的加速度仍向下,但小于重力加速度g,从而使运动时间比撤去磁场后要长,即t1>t2;小球在水平方向上也做加速运动,从而使水平射程比撤去磁场后要大,即x1>x2;有磁场时,在重力和洛伦兹力共同作用下,洛伦兹力的方向每时每刻都跟速度方向垂直,不对小球做功,不改变小球的动能,有磁场和无磁场都只有重力做功,动能的增加是相同的;有磁场和无磁场,小球落地时速度方向并不相同,但速度的大小是相等的,故B正确,A、C、D错误.

热点题型探究AD

热点题型探究

热点题型探究ABD

热点题型探究关于是否考虑粒子重力的三种情况(1)对于微观粒子,如电子、质子、离子等,因为其重力一般情况下与静电力或磁场力相比太小,可以忽略;而对于一些宏观物体,如带电小球、液滴、尘埃等一般应当考虑其重力.(2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的,按题目要求处理.(3)不能直接判断是否要考虑重力的,在进行受力分析与运动分析时,要结合运动状态确定是否要考虑重力.热点题型探究要点总结热点二有约束环境的叠加场问题热点题型探究

带电体在叠加场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下,除受场力外,还受弹力、摩擦力作用,常见的运动形式有直线运动和圆周运动,此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况,并注意洛伦兹力不做功的特点,运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果.

ACD热点题型探究

热点题型探究若qv0B<2mg,支持力垂直于杆斜向上,摩擦力沿杆斜向上,小球做减速运动,速度减小,洛伦兹力减小,支持力增大,摩擦力增大,加速度增大,直到速度减为零,C正确.热点题型探究变式

(多选)如图所示,半圆形光滑绝缘轨道固定在竖直平面内,O点为其圆心,P点为轨道最低点,两个端点M、N与O点等高,匀强磁场方向与轨道平面垂直.现将一个带负电的小球自M点由静止释放,它将沿轨道做往复运动,下列说法中正确的是(

)A.小球由M到N与由N到M所经历的时间相等B.小球由M到P与由N到P过程中重力对小球做的功相等,但洛伦兹力做的功不等C.小球由M到P与由N到P过程中所受合外力的冲量大小相等D.小球经过轨道最低点时对轨道的压力大小是相等的AC热点题型探究[解析]

小球所受的洛伦兹力与速度方向垂直,不做功,轨道光滑没有摩擦力,小球只受重力作用,机械能守恒,故小球由M到N与由N到M所经历的时间相等,A正确;小球由M到P与由N到P过程中重力对小球做的功相等,小球所受的洛伦兹力与速度方向垂直,不做功,B错误;根据动量定理Ft=mΔv和A选项可知,小球机械能守恒,故小球由M到P与由N到P过程中速度变化量大小相等,所以在此过程中所受合外力的冲量大小相等,C正确;热点题型探究

热点题型探究装置原理图规律速度选择器

磁流体发电机

热点三带电粒子在叠加场中的科技应用热点题型探究装置原理图规律电磁流量计

霍尔元件

当磁场方向与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差热点题型探究热点题型探究

D热点题型探究[解析]

当粒子所受的洛伦兹力和电场力平衡时,粒子做匀速直线运动通过该区域,有qvB=qE,解得E=Bv.若粒子带正电,则受到向下的洛伦兹力,电场方向应该向上;若粒子带负电,则受到向上的洛伦兹力,电场方向仍应向上,故D正确.

C热点题型探究

热点题型探究热点题型探究考向三

电磁流量计例7

[2022·唐山一中月考]现代病毒研究实验室通常都有废水检测排放系统,其原理如图所示.当含有新冠病毒(带正、负离子)的废水从排水管右侧流入时,给排水管加上垂直纸面向里的匀强磁场,下列说法正确的是(

)A.N点的电势高于M点的电势B.M点的电势高于N点的电势C.M、N两点电势差越大,废水的流动速度越慢D.所加磁感应强度越小,废水的流动速度越慢A热点题型探究

热点题型探究考向四

霍尔元件例8

[2019·天津卷]笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件.当显示屏开启时磁体远离霍尔元件,电脑正常工作;当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件,屏幕熄灭,电脑进入休眠状态.如图所示,一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件,元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子,通入方向向右的电流时,电子的定向移动速度为v.当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中,于是元件的前、后表面间出现电压U,以此控制屏幕的熄灭,热点题型探究

D

热点题型探究复合场的科技应用以忽略重力为前提,电场力与磁场力动态平衡,要深刻理解平衡原理.电场方向、磁场方向、电荷电性、入射方向任何一个因素发生变化,即可导致结果发生变化,切记不可盲目套用.建模点拨1.[2021·绍兴三模]利用霍尔效应制作的霍尔元件,广泛应用于测量和自动控制等领域.自行车速度计就是利用霍尔元件工作的,在自行车的前轮上安装一块磁铁,轮子每转一周,磁铁就靠近霍尔传感器一次,产生一个脉冲电压,测出某段时间内脉冲数,就可以得出自行车的速度.若自行车前轮的半径为R,磁铁到轴的距离为r,下列说法正确的是(

)A.若霍尔元件材料使用的是锌(载流子带正电),通入如图甲所示的虚线方向电流后,C端电势高于D端电势B.当磁铁从如图乙所示的位置逐渐靠近霍尔传感器的过程中,C、D间的电压越来越大C.若自行车骑行过程中单位时间测得的脉冲数为N,则此时骑行速度为2πNrD.由于前轮漏气,导致前轮实际半径比录入到速度计中的参数小,则速度计测得的骑行速度偏小B教师备用习题

教师备用习题

教师备用习题2.将平行板电容器、滑动变阻器、电源按如图所示连接.若平行板电容器内存在垂直纸面向里的匀强磁场,一电子束沿垂直于电场线与磁感线方向,从左侧入射后偏向A极板,为了使电子束沿入射方向做直线运动,可采取的方法是(

)A.只将变阻器滑片P向b端滑动B.只将电子的入射速度适当增大C.只将磁场的磁感应强度适当减小D.只将极板间距离适当减小B教师备用习题[解析]电子带负电,它进入平行板电容器后,受向下的洛伦兹力,向上的电场力,但是题中说电子偏向上极板,则说明F电>F洛,故要使电子束沿入射方向做直线运动,需要增大洛伦兹力或者减小电场力;只将变阻器滑片P向b端滑动,使变阻器接入电路的电阻变大,但稳定时电路始终是断开的,没有电流,变阻器两端是没有电压的,所以极板间电压与电源的电动势有关,电源电动势不变,极板间电压不变,电场强度也不变,电子受到的电场力不变,选项A错误.教师备用习题根据F洛=Bqv可知,若只将电子的入射速度v适当增大,则会增大电子受到的洛伦兹力,可能使电子受力平衡从而做直线运动,选项B正确;只将磁场的磁感应强度适当减小会使洛伦兹力变小,选项C错误;只将极板间距离适当减小,则会增大极板间的电场强度,电场力变大,选项D错误.教师备用习题

教师备用习题ACD

教师备用习题

教师备用习题4.

武汉病毒研究所是我国防护等级最高的P4实验室,在该实验室中有一种污水流量计,其原理可以简化为如图乙所示模型:污水内含有大量正、负离子,从直径为d的圆柱形容器右侧流入,左侧流出,流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积.空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场,下列说法正确的是(

)A.当磁感应强度B增大时,污水流速将增大B.当污水中离子浓度升高时,M、N两点电压将增大C.只需要测量磁感应强度B