专题2第2讲 动力学观点在电学中的应用(教师用书)-【成功方案】2023年高考物理艺术生文化课总复习

第2讲　动力学观点在电学中的应用 1．带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力的方向始终__垂直于__粒子的速度方向。 2．带电粒子在电场力、重力和洛伦兹力共同作用下的直线运动只能是__匀速直线__运动。 3．带电粒子(不计重力)在匀强电场中由静止开始被加速或带电粒子沿着平行于电场的方向射入匀强电场中时，带电粒子做__匀变速直线__运动。 4．电磁感应中导体棒在安培力和其他恒力作用下的三种运动类型：__匀速直线__运动、加速度逐渐__减小__的减速直线运动、加速度逐渐__减小__的加速直线运动。 【规律方法】 1．带电粒子在电场中做直线运动的问题：在电场中处理力学问题时，其分析方法与力学相同。首先进行__受力分析__，然后看粒子所受的合力方向与__速度方向__是否一致，其运动类型有电场内的加速运动和在交变电场内的往复运动。 2．带电粒子在交变电场中的直线运动，一般多以加速、减速交替出现的多运动过程的情景出现。 解决的方法： (1)根据运动学或动力学分析其中一个__变化周期__内相关物理量的变化规律。 (2)借助运动图象进行运动过程分析。 高考题型1　电场内动力学问题分析 【例1】　多反射飞行时间质谱仪是一种测量离子质量的新型实验仪器，其基本原理如图所示，从离子源A处飘出的离子初速度不计，经电压为U的匀强电场加速后射入质量分析器。质量分析器由两个反射区和长为l的漂移管(无场区域)构成，开始时反射区1、2均未加电场，当离子第一次进入漂移管时，两反射区开始加上电场强度大小相等、方向相反的匀强电场，其电场强度足够大，使得进入反射区的离子能够反射回漂移管。离子在质量分析器中经多次往复即将进入反射区2时，撤去反射区的电场，离子打在荧光屏B上被探测到，可测得离子从A到B的总飞行时间。设实验所用离子的电荷量均为q，不计离子重力。 (1)求质量为m的离子第一次通过漂移管所用的时间T1； (2)反射区加上电场，电场强度大小为E，求离子能进入反射区的最大距离x； (3)已知质量为m0的离子总飞行时间为t0，待测离子的总飞行时间为t1，两种离子在质量分析器中反射相同次数，求待测离子质量m1。 【答案】　(1)T1＝　(2)x＝　(3)m1＝2m0 【解析】　(1)设离子经加速电场加速后的速度大小为v，有qU＝mv2① 离子在漂移管中做匀速直线运动，则T1＝② 联立①②式，得T1＝③ (2)根据动能定理，有qU－qEx＝0④ 得x＝⑤ (3)离子在加速电场中运动和反射区电场中每次单向运动均为匀变速直线运动，平均速度大小均相等，设其为，有＝⑥ 通过⑤式可知，离子在反射区的电场中运动路程是与离子本身无关的，所以不同离子在电场区运动的总路程相等，设为L1，在无场区的总路程设为L2，根据题目条件可知，离子在无场区速度大小恒为v，设离子的总飞行时间为t总。有t总＝＋⑦ 联立①⑥⑦式，得t总＝⑧ 可见，离子从A到B的总飞行时间与成正比。由题意可得＝ 可得m1＝2m0⑨ 1．如图所示，质量为m、带电量为＋q的滑块沿绝缘斜面匀速下滑，当滑块滑至竖直向下匀强电场区时，滑块运动的状态为 (　　) A．继续匀速下滑 B．将加速下滑 C．将减速下滑 D．上述三种情况都可能发生 【答案】　A 【解析】　设斜面的倾角为θ。滑块没有进入电场时，根据平衡条件得mgsin θ＝Ff 且FN＝mgcos θ，又Ff＝μFN 得到，mgsin θ＝μmgcos θ，即有sin θ＝μcos θ 当滑块进入电场时，设滑块受到的电场力大小为F。根据正交分解得到 滑块受到的沿斜面向下的力为(mg＋F)sin θ，沿斜面向上的力为μ(mg＋F)cos θ， 由于sin θ＝μcos θ，所以(mg＋F)sin θ＝μ(mg＋F)cos θ，即受力仍平衡，所以滑块仍做匀速运动。 2．如图所示，在竖直平面内一个带正电的小球质量为m，所带的电荷量为q，用一根长为L且不可伸长的绝缘轻细线系在一匀强电场中的O点。匀强电场的方向水平向右，分布的区域足够大。现将带正电小球从O点右方由水平位置A点无初速度释放，小球到达最低点B时速度恰好为零。 (1)求匀强电场的电场强度E的大小； (2)若小球从O点的左方由水平位置C点无初速度自由释放，则小球到达最低点B所用的时间t是多少？(已知：OA＝OC＝L，重力加速度为g) 【答案】　(1)　(2) 【解析】　(1)对小球由A到B的过程，由动能定理得 0＝mgL－qEL 故E＝ (2)小球由C点释放后，将做匀加速直线运动，到B 点时的速度为vb，设小球做匀加速直线运动的加速度为a， F合＝＝mg a＝＝g 又v＝2aL＝4gL 得t＝＝ 高考题型2　磁场内动力学问题分析 【例2】　(多选)如图甲所示，一带电物块无初速度地放在传送带的底端，传送带以恒定的速率顺时针传动，该装置处