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高中物理第二轮专题复习 电磁场问题

高中物理第二轮专题复习 电磁场问题. 高考趋势. 带电粒子在电场、磁场中的运动以及金属棒在磁场中运动是中学物理中的重点内容,这类问题对空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求,是考查考生多项能力极好的载体,因此历来是高考的热点 . 另外这关问题与现代科技密切相关,在近代物理实验中有重大意义,因此考题有可能以科学技术的具体问题为背景 , 如质谱仪、磁流体发电机、电视机、流量计、电磁泵等原理,在五年的理综测试中也是每年都考且分值越大,预计今年分值不会低于 18 分。. 1. 高考物理第二轮专题复习. 第一讲 带电粒子在电场中运动. E. O.

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高中物理第二轮专题复习 电磁场问题

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Presentation Transcript


  1. 高中物理第二轮专题复习 电磁场问题

  2. 高考趋势 带电粒子在电场、磁场中的运动以及金属棒在磁场中运动是中学物理中的重点内容,这类问题对空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求,是考查考生多项能力极好的载体,因此历来是高考的热点.另外这关问题与现代科技密切相关,在近代物理实验中有重大意义,因此考题有可能以科学技术的具体问题为背景,如质谱仪、磁流体发电机、电视机、流量计、电磁泵等原理,在五年的理综测试中也是每年都考且分值越大,预计今年分值不会低于18分。

  3. 1 高考物理第二轮专题复习 第一讲 带电粒子在电场中运动

  4. E O θ 一.物理最高点和物理最低点 例.水平方向的匀强电场中,有一质量为m的带电小球,用长为L的细线悬于O点,当小球平衡时,细线与竖直方向成θ角。现给小球一个初速度,初速度方向与细线垂直,使小球恰能在竖直平面内做圆周运动,则圆周运动过程中速度的最小值和最大值是多少?

  5. 二.电场力做功问题 (1)电场力做功的公式:W=FS=qU (2)带电粒子垂直场强方向移动,电场力不做功 (3)带电粒子在电场中移动相同的距离,沿电场 线方向移动时电场力做最多

  6. c b o 300 a 例.如图,ab是半径为R的圆的一条直径,该圆处于大小为E、方向一定的匀强电场中。在圆周平面内,将一带正电q的小球从O点经相同的动能抛出,抛出方向不同时小球会经过圆周上不同的点。在这些所有的点中到达c点时小球的动能最大,已知∠cab=300,不计重力和空气阻力。求: (1)电场方向与ac间的夹角为多大? (2)若小球在a点时初速度方向与电 场方向垂直,则小球恰好能落在 c点,则初动能为多大? (1)夹角为300 (2)Ek0=EqR/8

  7. 图24-1 三.带电粒子的运动与电路相结合 例、如图24-1所示,R1=R2=R3=R4=R,电键S闭合时,间距为d的平行板电容器C 的正中间有一质量为m,带电量为q的小球恰好处于静止状态;电键S断开时,小球向电容器一个极板运动并发生碰撞,碰撞后小球带上与极板同种性质的电荷。设碰撞过程中没有机械能损失,小球反弹后恰好能运动到电容器另一极板。若不计电源内阻,求: (1)电源的电动势 (2)小球与极板碰撞后的带电量。

  8. 解:(1)电键S闭合时,R1、R3并联与R4串联,(R2中没有电流通过),UC=U4=(2/3)ε解:(1)电键S闭合时,R1、R3并联与R4串联,(R2中没有电流通过),UC=U4=(2/3)ε 对带电小球有:mg=qE=qUC/d=(2/3)qε/d 得: ε=(3/2)mgd/q (2)电键S断开后,R1、R4串联,则 UC’=ε/2=(3/4)mgd/q[1] 小球向下运动与下极板相碰后,小球带电量变为q’,向上运动到上极板,全过程由动能定理得: mgd/2-qUC’/2-mgd+q’UC’=0[2] 由[1][2]式解得: q’=7q/6。

  9. 2 高考物理第二轮专题复习 第二讲 带电粒子在磁场中运动

  10. 高考物理第二轮专题复习 带电粒子在磁场中的运动类型 (1)进入有半无边界磁场 (2)进入圆形边界磁场 (3)进入矩形边界磁场

  11. O B S 一.带电粒子在半无界磁场中的运动 (1)垂直进入 (2)有角度进入

  12. 典型例题 例.(02年高考)如图所示,在y<0的区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直于xy平面并指向纸面向里,磁感强度为B.一带负电的粒子(质量为m、电荷量为q)以速度v0从O点射入磁场,入射方向在xy平面内,与x轴正向的夹角为θ.求: (1)该粒子射出磁场的位置 (2)该粒子在磁场中运动的 时间.(粒子所受重力不计)

  13. 典型例题

  14. 二.带电粒子在圆形磁场中的运动 r O v R O/ (1)偏角 (2)时间:

  15. 二.带电粒子在圆形磁场中的运动 B v0 O v A 例.如图所示,一个质量为m、电量为q的正离子,从A点正对着圆心O以速度v射入半径为R的绝缘圆筒中。圆筒内存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度的大小为B。要使带电粒子与圆筒内壁碰撞多次后仍从A点射出,求正离子在磁场中运动的时间t.设粒子与圆筒内壁碰撞时无能量和电量损失,不计粒子的重力。

  16. 二.带电粒子在圆形磁场中的运动

  17. 三.带电粒子在矩形磁场中的运动 (1)偏转角:sinθ=L/R (2)侧移由R2=L2-(R-y)2 (3)时间:

  18. Q B v A P 三.带电粒子在矩形磁场中的运动 例.如图所示,A.B为水平放置的足够长的平行板,板间距离d=1.0×10-2m,A板中央有一电子源P,在纸面内沿PQ方向发射速度在0-3.2×107m/s范围内的电子,Q为P点正上方B板上的一点,若板间加一垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=9.1×10-3T,已知电子的质量m=9.1×10-31kg,电子电量e=1.6×10-19C,不计电子的重力和电子间的相互作用,且电子打到板上均被吸收,并转移到大地。求电子击中A.B板上的范围,并画出电子经过相应范围边界的运动轨迹图。

  19. B Q M N A F P H 三.带电粒子在矩形磁场中的运动

  20. 3 高考物理第二轮专题复习 第三讲 带电粒子在电磁场(复合场)中运动

  21. 典型例题 例.如图所示,在半径为R的圆形区域内,存在磁感应强为B,方向垂直纸面向里的匀强磁场。a、b、c三点将圆周等分,三对间距为d的平行金属板通过三点分别与圆相切,切点处有小孔与磁场相通,板间电压均为U。一个质量为m,电量为+q的粒子从s点由静止开始运动,经过一段时间又回到s点。不计重力,试求: (1)电压U和磁感应强度B应满足什么关系? (2)粒子从s点出发后,第一次回到s点所经历的时间。

  22. 典型例题 例.一个质量为m,电量为q的带电粒子以一定的初速度V0垂直于电场强度方向飞入场强为E、宽度为d的匀强偏转电场区,飞离电场区时运动方向的偏转角为θ,如图(a)所示.如果该带电粒子以同样速度垂直飞进同样宽度的匀强磁场区,飞离磁场区时运动方向偏转角也为θ,如图(b)所示.试求磁感强度B的大小.(不计重力)

  23. 典型例题-电磁场和重力场相结合 例.如图所示,在某个空间内有水平方向相互垂直的匀强磁场和匀强电场,电场强度E=2V/m.磁感强度B=1.25T.有一个质量m=3×10-4kg、带电量q=2×10-3C的微粒,在这个空间内做匀速直线运动.假如在这个微粒经过某条电场线时突然撤去磁场,那么当它再次经过同一条电场线时,微粒在电场线方向上移动了多大距离S.

  24. 典型例题

  25. 典型例题

  26. 典型例题 例.已知一个质量为m、电量为+q的小球套在一竖直放置的杆上,小球与杆之间的动摩擦因数为 ,水平方向存在场强为E的匀强电场和磁感强度为B的匀强磁场,小球由静止开始运动,求小球在运动过程中最大速度和最大加速度。

  27. 典型例题 例.如图所示,固定的半圆弧形光滑轨道置于水平方向的匀强电场和匀强磁场中,轨道圆弧半径为R,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向外,电场强度为E,方向水平向左。一个质量为m的小球(可视为质点)放在轨道上的C点恰好处于静止、圆弧半径OC与水平直径AD的夹角为a(sinα=0.8) (1)求小球带何种电荷,电荷量是多少?并说明理由。 (2)如果将小球从A点由静止释放,小球在圆弧轨道上运动时,对轨道的最大压力的大小是多少? 在C点压力最大

  28. L d B A B E 典型例题 例.空间分布着图示的匀强磁场B和匀强电场E,一带电粒子质量为m,电量为q,从A点由静止释放后经电场加速进入磁场,穿过中间磁场进入右边磁场后能按某一路径再返回A点而重复前述过程。求中间磁场的宽度d和粒子的运动周期.

  29. O3 600 O O2 O1

  30. 41 高考物理第二轮专题复习 第四讲 金属棒在磁场中运动(一) 单杆问题

  31. e R F B f 例.如图所示,两根平行金属导轨abcd,固定在同一水平面上,磁感应强度为B的匀强磁场与导轨所在的平面垂直,导轨的电阻可忽略不计。一阻值为R的电阻接在导轨的bc端。在导轨上放一根质量为m,长为L,电阻为r的导体棒ef,它可在导轨上无摩擦滑动,滑动过程中与导轨接触良好并保持垂直。若导体棒从静止开始受一恒定的水平外力F的作用,求: (1)ef的最大速度是多少? (2)导体棒获得的最大速度时,ef的位移为S,整个过程中回路产生的焦耳热

  32. e R F B f 求:(3)若导体棒ef由静止开始在随时间变化的水平外力F的作用下,向右作匀加速直线运动,加速度大小为a。求力F与时间应满足的关系式.

  33. (4)若金属棒ef在受到平行于导轨,功率恒为P的水平外力作用下从静止开始运动。求:金属棒ef的速度为最大值一半时的加速度a。(4)若金属棒ef在受到平行于导轨,功率恒为P的水平外力作用下从静止开始运动。求:金属棒ef的速度为最大值一半时的加速度a。 e R F B f

  34. C h 典型例题---电容器 例.如图所示,两根竖直放置在绝缘地面上的金属框架上端接有一电容量为C 的电容器,框架上有一质量为m ,长为L 的金属棒,平行于地面放置,与框架接触良好且无摩擦,棒离地高度为h ,磁感应强度为B 的匀强磁场与框架平面垂直,开始时电容器不带电,将棒由静止释放,问棒落地时的速度多大?落地时间多长?落地时电容器储存的电能有多大?

  35. 设t时刻金属棒经Δt速度从V 变化到(V+ΔV),感应电动势增加ΔU,由于电容器电容C恒定,电容器上的电量变化ΔQ D = * D = D Q C U CBL V D t 两边同除以 得 D 2 mgh Q = = = i t CBLa t 感应电流 ( ) ( ) V D t 地 + 2 2 m CB L 1 D = - 2 E mgh mV - = mg F ma ( t ) 地 2 安 m mg = - = mgh 1 ( ) a ( t ) + 2 2 + C CB L 2 2 m CB L 2 + V 2 2 m CB L = = 2 地 h V 地 2 a 2 mg

  36. 典型例题—转动类型 例.如图所示,铜质圆盘绕竖直轴o在水平面内匀速转动,圆盘半径为r=20cm,处在竖直向下的磁感应强度B=1T的匀强磁场中,两个电刷分别与转动轴和圆盘的边缘保持良好接触,并与电池和保险丝D串联成一闭合电路.已知电池电动势E=2V,电路中总电阻R=1Ω,保险丝的熔断电流为1A试分析计算:为了不使保险丝烧断,金属圆盘顺时针方向转动的角速度的取值范围是什么?

  37. 典型例题—转动类型 解.圆盘顺时针方向转动时,相当于长度为r的导体在垂直于磁场的平面里绕O轴以角速度匀速转动,感应电动势大小为E=1/2Br2① (E′-E)/R<I② 在转动角速度较大时应满足(E-E′)/R<I③ 把数据E=2V,I=2A,R=1Ω,代入①②③解得 1<B2r2/2<3 再把数据B=1T,r=0.2m代入上式解得 50rad/s<<150rad/s

  38. 42 高考物理第二轮专题复习 第四讲 金属棒在磁场中运动(二) 双杆问题

  39. e g c d R B V0 a h b f 典型例题—双杆等距类型 例.如图所示,在光滑水平足够长的平行金属导轨上, 导轨间距离为L,放置质量均为m的导体棒gh和ef,棒的电阻均为R,导轨电阻不计,两棒均能沿轨道滑动并始终保持良好接触,在运动过程中ef和gh不会相碰,整个装置处在磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面。设轨道足够长. (1)开始时gh棒静止,ef 棒有指向gh棒的初速度V0,在运动中产生的焦耳热最多是多少?

  40. e g c d R B V0 a h b f (2)开始时gh棒静止,ef 棒有指向gh棒的初速度V0,求当ef棒的速度达到3/4V0时,gh棒的加速度是多少? 回路中的感应电动势和感应电流分别是 gh 棒所受的安培力 设ef 棒的速度变为初速的3/4 时,gh 棒的速度为V/,根据动量守恒可知 gh 棒的加速度

  41. e g c d R B V0 V0 a h b f (3)当ef和gh棒均以V0的水平速度匀速向相反方向运动时,需分别对ef和gh棒施加多大的水平力F?

  42. e d g c F R B a h b f (4)ef受到一个水平向右的恒力F作用,最后ef棒和gh棒以相同的加速度运动,但两棒的速度不相同,求两棒速度的差.

  43. 典型例题—双杆不等距类型 g e F B f h 例.如图所示,在光滑水平足够长的平行金属导轨上, 放置质量为2m、长度为2L、电阻为2R的导体棒gh和质量为m、长度为L、电阻为R的导体棒ef,导轨电阻不计,两棒均能沿轨道滑动并始终保持良好接触,在运动过程中ef和gh不会相碰,也不会离开各自的轨道.整个装置处在磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面。设轨道足够长. (1)若gh和ef之间有不可伸长的细线相连,ef在水平恒力F的作用下,最后达到稳定状态.求最终两棒的速度大小.

  44. 典型例题—双杆不等距类型 V0 (2)若gh和ef之间没有细线相连,gh以速度V0开始运动,最后达到稳定状态.求最终两棒的速度大小.

  45. 双杆问题总结 “双杆”在等宽导轨上运动时,两杆所受的安培力等大反向,所以动量守恒。“双杆”在不等宽导轨上运动时,两杆所受的安培力不相等,系统合力不为零,所以动量不守恒,但可以用动量定理来解题。

  46. 5 高考物理第二轮专题复习 第五讲 金属线框在磁场中运动

  47. 典型例题1--运动学问题 例.如图所示,闭合金属框从一定高度自由下落进入匀强磁场中,从ab边开始进入磁场到 cd边刚进入磁场的这段时间内,线框运动的速度图像不可能是图中的( ) B

  48. 典型例题2---动力学问题 例.如图所示,三个线框是用同一种金属材料制成的边长相同的正方形,a线框不闭合,b和c都闭合,b线框的导线比c粗。将它们在竖直平面内从相同高度由静止释放,图中水平虚线的下方是方向垂直于线框所在面的匀强磁场。下列关于三个线框落地时间的说法中正确的是( ) A.a线框最先落地 B.b线框比c线框先落地 C.b线框比c线框后落地 D.b线框和c线框同时落地 AD

  49. 典型例题3—电路问题 例.(03年上海)粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,其边界与正方形线框的边平行。 现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场,如图所示,则在移出过程中线框的一边a、b两点间电势差绝对值最大的是( ) B

  50. 典型例题4—能量问题 例.如图4-4所示,在以ab、cd为边界的空间,存在着磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直纸面向外,宽度为l1.在纸面内有一矩形线框,短边长为l2,长边长为2l1,短边与ab重合.某时刻线框以初速v沿着与ab垂直的方向进入磁场区域,同时对线框施以作用力,使线框的速度大小和方向保持不变.设线框电阻为R,从线框开始进入磁场到完全离开磁场的过程中,人对线框的作用力做的功是多少?

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