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《2010年高考物理 考点汇总 考点11 磁场 新人教版.doc》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、考点11磁场图151.(2010·全国Ⅰ理综·T26)(21分).如下图15,在区域内存在与xy平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B.在t=0时刻,一位于坐标原点的粒子源在xy平面内发射出大量同种带电粒子,所有粒子的初速度大小相同,方向与y轴正方向的夹角分布在0~180°范围内。已知沿y轴正方向发射的粒子在时刻刚好从磁场边界上点离开磁场。求:(1)粒子在磁场中做圆周运动的半径R及粒子的比荷q/m;(2)此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与y轴正方向夹角的取值范围;(3)从粒子发射到全部粒子离开
2、磁场所用的时间。【命题立意】本题考查了带电粒子在有边界磁场中的运动,正确分析带电粒子在磁场中运动的物理过程,并作出粒子轨迹的示意图是解题的关键.【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析:带电粒子在第一象限有边界磁场中做一段圆弧运动,确定其圆心由几何知识、洛伦兹力公式及牛顿第二定律,求出荷质比.由同一时刻仍在磁场中的粒子到O点的距离相等及几何知识分析,可解答所求.【规范解答】⑴初速度与y轴正方向平行的粒子在磁场中的运动轨迹如图16中的弧OP所示,其圆心为C.由题给条件可以得出∠OCP=(2分)此粒子飞
3、出磁场所用的时间为t0=(2分)式中T为粒子做圆周运动的周期.设粒子运动速度的大小为v,半径为R,由几何关系可得R=a(2分)由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有qvB=m(1分)T=(1分)-7-解以上联立方程,可得=(3分)(2)依题意,同一时刻仍在磁场内的粒子到O的距离相等(2分),在t0时刻仍在磁场中的粒子应位于以O点为圆心、OP为半径的弧MN上,如图16所示.设此时位于P、M、N三点的粒子的初速度分别为vp、vM、vN.由对称性可知vp与OP、vM与OM、vN.与ON的夹角均为.设vM、vN.
4、与y轴正向的夹角分别为θM、θN,,由几何关系有θM=(1分)θN=(1分)图16对于所有此时仍在磁场中的粒子,其初速度与y轴正方向所成的夹角θ应满足≤θ≤(2分)(3)在磁场中飞行时间最长的粒子的运动轨迹应与磁场右边界相切,其轨迹如图17所示.由几何关系可知,弧长OM等于弧长OP(1分)由对称性可知,弧长ME等于弧长OP(1分)所以从粒子发射到全部粒子飞出磁场所用的时间tm=2t0(2分)图17【答案】⑴R=a,=⑵速度与y轴的正方向的夹角范围是≤θ≤⑶从粒子发射到全部离开所用时间为2t0[2.
5、(2010·全国Ⅱ理综·T26)(21分)图中左边有一对平行金属板,两板相距为d,电压为V;两板之间有匀强磁场,磁感应强度大小为-7-,方向平行于板面并垂直于纸面朝里。图中右边有一边长为a的正三角形区域EFG(EF边与金属板垂直),在此区域内及其边界上也有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面朝里。假设一系列电荷量为q的正离子沿平行于金属板面、垂直于磁场的方向射入金属板之间,沿同一方向射出金属板之间的区域,并经EF边中点H射入磁场区域。不计重力(1)已知这些离子中的离子甲到达磁场边界EG后,
6、从边界EF穿出磁场,求离子甲的质量。(2)已知这些离子中的离子乙从EG边上的I点(图中未画出)穿出磁场,且GI长为,求离子乙的质量。(3)若这些离子中的最轻离子的质量等于离子甲质量的一半,而离子乙的质量是最大的,问磁场边界上什么区域内可能有离子到达。【命题立意】本题通过设计速度选择器、特殊磁场区域,对离子受力分析和运动分析,考查了考生的理解能力、推理能力、综合运用数学知识解决物理问题的能力。【思路点拨】解答本题时,可参照以下解题步骤:关键点(1)离子通过复合场做直线运动,则磁场力和向下的电场力平衡
7、。(2)离子在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力为向心力列式求解。(3)注意临界值与圆的知识的运用。【规范解答】(1)由题意知,所有离子在平行金属板之间做匀速直线运动,它所受到的向上的磁场力和向下的电场力平衡,有w①式中,是离子运动的速度,是平行金属板之间的匀强电场的强度,有②www由①②式得③在正三角形磁场区域,离子甲做匀速圆周运动。设离子甲质量为,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有④式中,是离子甲做圆周运动的半径。离子甲在磁场中的运动轨迹为半圆,圆心为;这半圆刚好与边相切于点,与边交于点。在中,垂直
8、于。由几何关系得⑤由⑤式得r=(-)a⑥联立③④⑥式得,离子甲的质量为m=(-) ⑦(2)同理,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有ww ⑧-7-式中,和分别为离子乙的质量和做圆周运动的轨道半径。离子乙运动的圆周的圆心必在两点之间,由几何关系有⑨ww由⑨式得⑩w联立③⑧⑩式得,离子乙的质量为w(3)对于最轻的离子,其质量为,由④式知,它在磁场中做半径为的匀速圆周运动。因而与的交点为,有(1)www当这些离子中的离子质量逐渐增大到m时,离子到达磁场边界上的点的位置从点沿边变到点;