2009高三物理复习专题：带电粒子在场中运动专题.docVIP

2009高三专题八：带电粒子在场中运动专题 一、高考预测分析：带电粒子在场中的运动，其中场包括重力场、电场、磁场。是历年来高考的热点内容，特别是带电粒子在匀强电场中的直线运动和曲线运动，带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动，带电粒子在复合场中的直线运动和匀速圆周运动以及类平抛运动。解决复合场中的问题需要将力学知识中三个基本定律，即牛顿第二定律、动量定理、动量守恒定律、动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律进行综合运用，同时需要将几个基本的运动，即直线运动中的加速、减速、往返运动，曲线运动中的平抛运动、圆周运动、匀速圆周运动进行综合巩固和加深。纵观近几年高考对复合场问题的考查，一般此类题型出现在选择题中，以图像的考查居多（参见05、06年高考卷），出现在计算题中时往往以带电粒子在有界磁场和复合常中的匀速圆周运动以及平抛运动居多，07年高考也继续延续对此主干综合知识的考查，复习时要做好充分的准备，掌握基本规律和基本运动，细心解决每个过程中的力与运动的联系。 二、例题分析： 类型1、静电场中的直线运动 难点阐释 静电场往往是变化的场强，带电粒子在其中运动时受力发生变化，运动相应的受到约束，要严格根据牛顿第二定律的规律和性质来处理。 【例1】（2007年重庆模拟）如图所示，在a点由静止释放一个质量为m,电荷量为q的带电粒子，粒子到达b点时速度恰好为零，设ab所在的电场线竖直向下，a、b间的高度差为h，则 A.带电粒子带负电； B.a、b两点间的电势差Uab=mgh/q; C.b点场强大于a点场强； D.a点场强大于b点场强. 【解析】：带电粒子由a到b的过程中，重力做正功，而动能没有增大，说明电场力做负功。根据动能定理有：mgh-qUab=0 解得a、b两点间电势差为Uab=mgh/q. 因为a点电势高于b点电势，Uab0,所以粒子带负电，选项AB皆正确。 带电粒子由a到b运动过程中，在重力和电场力共同作用下，先加速运动后减速运动；因为重力为恒力，所以电场力为变力，且电场力越来越来越大；由此可见b点场强大于a点场强。选项C正确，D错误。 【答案】：ABC 【点拔】：本题是静电场中的直线运动的典型问题，解决的关键是力与加速度的关系、力与运动的关系. 类型2、静电场中的曲线运动 难点阐释 静电场中带电粒子作曲线运动，由于电场强度不定，运动中的动能、电势能、速度、粒子的电性、加速度的大小和方向的变化等均需要曲线运动的知识来理解。 【例2】（2007年黄冈模拟）图中K、L、M为静电场中的3个相距很近的等势面（K、M之间无电荷）。一带电粒子射入此静电场中后，依abcde轨迹运动。已知电势(K＜(L＜(M，且粒子在ab段做减速运动。下列说法中正确的是（ ） A.粒子带负电 B.粒子在bc段也做减速率运动 C.粒子在a点与e点的速率大小相等 D.粒子从c点到d点的过程中电场力做负功 【解析】：可通过等势面大致画出电场线，显然可以看做是等量异种电荷在左右位置处周围的分布，可能是左边正点电荷，右边负点电荷；或者反过来放置.从轨迹的凹向看出粒子受到的电场力的方向水平向左，由于左右电荷的电性未知，故电场方向未知，则无法判断粒子的电性，A错；粒子从b到c的位移方向与受电场力方向相反，故电场力对粒子做负功，粒子速率减小，B正确，同理从c到d过程中电场力做正功，D错；a、e两点电势相同，动能相同，C正确； 【答案】：BC 【点拔】：本题是静电场中粒子的曲线运动的典型，一般需要通过轨迹的凹向来判断力的方向，通过粒子的位移方向与力的方向判断功的正负，从而得到电势能、动能、速率等的变化，当然本题也可以思考各个阶段中的加速度的变化情况. 类型3、匀强电场中的直线运动 难点阐释 匀强电场中粒子受到的电场力是恒定的，若粒子作直线运动，可分为直线加速，直线减速，往返运动，进两步退一步的直线运动，如果在交变电场中，粒子的运动显得非常复杂。 【例3】（2007年武汉模拟）如图所示，A、B是一对中间开有小孔的平行金属板，两小孔连线与金属板面垂直，两极板的距离为L，两极板间加上低频交流电压，板A电势为零，板B电势u = U0cosωt，现有一电子在t = 0时穿过A的影响均可忽略不计，则电子在两板间的运动可能是 A.以A、B间的某一点为平衡位置来回振动 B.时而向板B运动，时而向板A运动，但最后穿出板B C.如果ω小于某个值ω0，L小于某个值L0，一直向板B运动，最后穿出板B D.一直向板B运动，最后穿出板B，而不论ω、L为何值 【解析】：通过受力来看，如果ω小于某个值ω0，L小于某个值L0，电子一直向B板运动，但最后穿过B板，反之如果两板间距较大，而电场力方向变化较快，就以AB间的某一点为平衡位置作振动. 【答案】：AC 【点拔】：交变电场中粒子的运动其实就是匀加速和匀减速