专题3 电场和磁场中的带电粒子(4)

2019-05-26 00:16

?27?3t?14T??m2qB?3.14?6.64?102?3.2?10?19?5?10?6.5?10?6(s)

5.解答:(1)用左手定则判断出:磁场方向为-x方向或-y方向。

(2)在未加匀强磁场时,带电小球在电场力和重力作用下落到P点,设运动时间为t,小球自由下落,有H?12gt

2小球沿x轴方向只受电场力作用FE?qE 小球沿x轴的位移为l?联立求解,得:E?12at 小球沿x轴方向的加速度a?2FEm

mglqH(3)带电小球在匀强磁场和匀强电场共存的区域运动时,洛仑兹力不做功 电场力做功为WE=qEL 重力做功为WG=mgH

设落到N点速度大小为v,根据动能定理有mgH?qEl?H212mv

2解得v?2g?l2H

126.解答:(1)不加电场时,小球运动的时间为t,水平射程为s?v0t,下落高度h=加电场后小球在空间的运动时为t',小球运动的加速度为a 2s=v0 h=解得: t′=2t a=

1214gt2

at,2

g 由此可以判断:电场方向竖直向下。

34并解得电场力的大小Eq?mg 即E?3mg4q

(2)加上匀强电场后,小球做匀速直线运动,故小球所受重力、电场力和洛仑兹力三个力而处于平衡,由于重力大于电场力,所以洛仑兹力方向竖直向上。

即mg?Eq?qv0B解得B?mg4qv0 用左手定则可得:磁场方向垂直于纸面向外

(三)创新试题

1.解析:(1)由题意,要使两电荷总是以相同的速度通过y轴,磁场中的电荷必须垂直y轴通过,因P点电荷为正电荷,故起始运动方向竖直向上,且一个周期内P点电荷两次以相反的速度通过y轴。

由牛顿运动定律得qvB?mvR2 电荷在磁场中运动的周期为T?2?mBq

所以电场变化周期和点电荷圆周运动周期相同,即 T?2?mBq

P点电荷经在0—

T4T4第一次通过y轴,Q点电荷在电场中往复直线运动,

T4内有qE0

2=mv 而v?BqRm

可求得E0?2qBR,

?m起始方向为-x方向。 (2)见图

2.解析:(1)当θ=60°时,t1?T6??r3v;当θ=90°时,t2?T4??r2v v (2)如右图所示,因∠OO2A=θ故O2A⊥Ox 而O2A与电子射出的速度方向垂直,可知电子射出方向一定与Ox轴方向平行,即所有的电子射出圆形磁场时,速度方向沿x轴正向。

(3)上述的粒子路径是可逆的,(2)中从圆形磁场射出的这些速度相同的电子再进入一相同的匀强磁场后,一定会聚焦于同一点,磁场的分布如下图所示。

注:①四个圆的半径相同,半径r的大小与磁感应强度的关系是r=mv0/qB;

②下方的两圆形磁场与上方的两圆形磁场位置关于MN对称且磁场方向与之相反;

③只要在矩形区域M1N1N2M2内除图中4个半圆形磁场外无其他磁场,矩形M1N1N2M2区域外的磁场均可向其余区域扩展。

M2

N2

M N M1 A v θ θ o2 ?o N1 x 五、复习建议

力电综合类题目以力和能量为主线,通过力学知识和电学知识的串接渗透作为背景,进行综合命题,其解题思路和解题步骤如下。

1.画草图,想情景:审题是解题的首要环节,在全面审视题目的条件,解答要求的基础上,对题目的信息进行加工处理,画出示意图(包括受力分析图,运动情景图和轨迹图),借助图示建立起清晰的物理情景;

2.选对象,建模型:通过对整个题目的情景把握,选取研究对象,通过抽象、概括或类比等效的方法建立相应的物理模型,并对其进行全面的受力分析;

3.分析状态和过程:对全过程层层分析,对每一个中间过程的特点规律加以研究,分析挖掘相邻过程中的临界状态和临界条件,寻找各阶段物理量的变化与联系;

4.找规律、列方程:在对物理状态和物理过程深刻把握的基础上,寻找题设条件与所求未知物理量的联系,从力的观点或能量的观点,依物理规律(牛顿第二定律,能的转化与守恒,动量守恒定律等)列出方程求解;

5.检验结果行不行:对题目的所求结果进行检验,并对其结果进行物理意义上的表述

和讨论。

此外,在解题过程中,要特别注意以下两点。

第一:对物体受力分析要全面,切忌漏力,要时刻关注电场力F=qE,洛伦兹力F=qvB在具体情景中随物体带电属性(电荷的正负)、运动状态(速度的大小和方向)的变化特点;

第二,力学的规律普遍适于力电综合问题的求解。利用能量观点分析求解时,不再拘泥于机械能间转化,要总揽全局,站在更高的角度来分析能量间的转化途径与转化方向,从而列出能量转化和守恒方程。


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