1、選取研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,有時(shí)將物體隔離,受力分析容易理解,能求物體間的相互作用力,有時(shí)將系統(tǒng)看成一個(gè)整體進(jìn)行受力分析.主要用于分析系統(tǒng)外對(duì)系統(tǒng)內(nèi)物體的作用力.
a、確定研究對(duì)象;
b、分析研究對(duì)象的受力情況與運(yùn)動(dòng)情況;
c、建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系,將力與加速度作正交分解;
d、沿各坐標(biāo)軸方向列出動(dòng)力學(xué)方程,進(jìn)而求解。
4.(07南京綜合檢測(cè))如圖所示,坐標(biāo)系xOy位于豎直平面內(nèi),在該區(qū)域內(nèi)有場(chǎng)強(qiáng)E=12N/C、方向沿x軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=2T、沿水平方向且垂直于xOy平面指向紙里的勻強(qiáng)磁場(chǎng).一個(gè)質(zhì)量m=4×10
kg,電量q=2.5×10
C帶正電的微粒,在xOy平面內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)到原點(diǎn)O時(shí),撤去磁場(chǎng),經(jīng)一段時(shí)間后,帶電微粒運(yùn)動(dòng)到了x軸上的P點(diǎn).取g=10 m/s2,求:(1)P點(diǎn)到原點(diǎn)O的距離;(2)帶電微粒由原點(diǎn)O運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的時(shí)間.
3.(07海淀)如圖所示,兩塊帶電金屬板a、b水平正對(duì)放置,在板間形成勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)方向豎直向上。板間同時(shí)存在與電場(chǎng)正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng),假設(shè)電場(chǎng)、磁場(chǎng)只存在于兩板間的空間區(qū)域。一束電子以一定的初速度vo從兩板的左端中央,沿垂直于電場(chǎng)、磁場(chǎng)的方向射入場(chǎng)中,無(wú)偏轉(zhuǎn)的通過(guò)場(chǎng)區(qū)。
已知板長(zhǎng)l=10.0cm,兩板間距d=3.0cm,兩板間電勢(shì)差U=150V,v0=2.0×10-7m/s。電子所帶電荷量與其質(zhì)量之比e/m=1.76×1011C/kg,電子電荷量e=1.60×10-19C,不計(jì)電子所受重力和電子之間的相互作用力。
(1)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;(2)若撤去磁場(chǎng),求電子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)偏離入射方向的距離y ;(3)若撤去磁場(chǎng),求電子穿過(guò)電場(chǎng)的整個(gè)過(guò)程中動(dòng)能的增加量△Ek。
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2.(07蘇錫常鎮(zhèn)二模)如圖所示的區(qū)域中,左邊為垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B ,右邊是一個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度大小未知的勻強(qiáng)電場(chǎng),其方向平行于OC且垂直于磁場(chǎng)方向.一個(gè)質(zhì)量為m 、電荷量為-q 的帶電粒子從P孔以初速度V0沿垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)人勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,初速度方向與邊界線的夾角θ=600 ,粒子恰好從C孔垂直于OC射入勻強(qiáng)電場(chǎng),最后打在Q點(diǎn),已知OQ= 2 OC ,不計(jì)粒子的重力,求: ( l )粒子從P運(yùn)動(dòng)到Q所用的時(shí)間 t 。( 2 )電場(chǎng)強(qiáng)度 E 的大小 ( 3 )粒子到達(dá)Q點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能EkQ
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1.(07山東濰坊)空間處有豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng),水平向北的勻強(qiáng)磁場(chǎng),若在該空間有一電子沿直線運(yùn)動(dòng).不計(jì)電子重力,則該電子的運(yùn)動(dòng)方向不可能的是( )
A.水平向東 B.水平向西 C.豎直向上 D.豎直向下
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當(dāng)粒子所受電場(chǎng)力和洛倫茲力的合力不為零時(shí),粒子做曲線運(yùn)動(dòng),這時(shí)其軌跡既非圓弧,亦非拋物線,屬變加速曲線運(yùn)動(dòng),不能用勻變速動(dòng)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)等規(guī)律解答。2.洛倫茲力是與速度v相關(guān)的物理量,當(dāng)速度變化(大小、方向)時(shí),洛侖茲力也將隨之改變,要注意對(duì)粒子的動(dòng)態(tài)分析。
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類型一動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題
[例1]如圖所示,空間某-區(qū)域有水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)E,垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B。豎直固定的絕緣桿上套有一個(gè)帶正電的小球,電荷量為q,質(zhì)量為rn。小球和桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ且mg≥μqE,F(xiàn)使小球由靜止釋放,試求小球在下滑過(guò)程中的最大加速度和最大速度。
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該題目是一個(gè)動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題,要明確由于洛倫茲力的變化,導(dǎo)致小球所受彈力的方向也發(fā)生了改變。若磁場(chǎng)方向垂直紙面向里則小球在下滑過(guò)程中的最大加速度和最大速度是多少?
類型二帶電粒子在組合場(chǎng)中分析
[例2](07北京西城)如圖所示的坐標(biāo)系,x軸沿水平方向,y軸沿豎直方向。在x軸上方空間的第一、第二象限內(nèi),既無(wú)電場(chǎng)也無(wú)磁場(chǎng),在第三象限,存在沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直于xy平面(紙畫(huà))向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),在第四象限,存在沿y軸負(fù)方向、場(chǎng)強(qiáng)大小與第三象限電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)相等的勻強(qiáng)電場(chǎng)。一質(zhì)量為m、電量為q的帶電質(zhì)點(diǎn),從y軸上y=h處的P1點(diǎn)以一定的水平初速度沿x軸負(fù)方向進(jìn)入第二象限。然后經(jīng)過(guò)x軸上x(chóng)=一2h處的P2點(diǎn)進(jìn)入第三象限,帶電質(zhì)點(diǎn)恰好能做勻速圓周運(yùn)動(dòng),之后經(jīng)過(guò)y軸上y=一2h處的P3點(diǎn)進(jìn)入第四象限。已知重力加速度為g。求:
(1)粒子到達(dá)P2點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向;
(2)第三象限空間中電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大。
(3)帶電質(zhì)點(diǎn)在第四象限空間運(yùn)動(dòng)過(guò)程中最小速度的大小和方向。
導(dǎo)示: (1)質(zhì)點(diǎn)從P1到P2,由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律:
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質(zhì)點(diǎn)速度最小,即在水平方向分量vmin=vcos45°=
,方向沿x軸正方向。
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5.畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡,靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
[應(yīng)用2]空間存在水平方向正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),其大小分別為E=10
N/C,B=1 T,方向如圖所示,有一質(zhì)量m=2.0×lO-6kg,帶正電荷q=2.0×lO-6C的微粒,在此空間做直線運(yùn)動(dòng),試求其速度大小和方向。
導(dǎo)示: 微粒不可能做變速直線運(yùn)動(dòng),否則和v方向垂直的洛倫茲力的變化將使合外力與速度方向不同而做曲線運(yùn)動(dòng),故微粒只能做勻速直線運(yùn)動(dòng)。微粒受重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力在同一豎直平面內(nèi)。合力為零,如圖所示,則
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即微粒以20 m/s與電場(chǎng)方向成60°角斜向上的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)
[應(yīng)用2]帶電液滴從h高處自由落下,進(jìn)入一處勻強(qiáng)電場(chǎng)與勻強(qiáng)磁場(chǎng)互相垂直的區(qū)域,磁場(chǎng)方向垂直紙面,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,電場(chǎng)強(qiáng)度為E。已知液滴在此區(qū)域中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),如圖所示,由此可得圓周的半徑是多少?
導(dǎo)示: 設(shè)帶電液滴的質(zhì)量為m,帶電荷量為q,剛進(jìn)入電場(chǎng)、磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度為v,則有:
自由下落過(guò)程![]()
進(jìn)入電、磁場(chǎng)區(qū)域后重力和電場(chǎng)力為恒力,要做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則必有:qE=mg
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[應(yīng)用2]如圖所示,質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子,以初速v0垂直射入相互正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B,從P點(diǎn)離開(kāi)該區(qū)域的速率為vP,此時(shí)側(cè)移量為s,下列說(shuō)法中正確的是( )
A.在P點(diǎn)帶電粒子所受磁場(chǎng)力有可能比電場(chǎng)力大
B.帶電粒子的加速度大小恒為![]()
C.帶電粒子到達(dá)P點(diǎn)的速率![]()
D .帶電粒子到達(dá)P點(diǎn)的速率![]()
導(dǎo)示:帶電粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí),受到的電場(chǎng)力FE=Eq豎直向上,受到的磁場(chǎng)力FB=Bqv豎直向下,由于這時(shí)FE>FB,粒子向上偏轉(zhuǎn)且能從P點(diǎn)射出;粒子在側(cè)移過(guò)程中,電場(chǎng)力對(duì)其做正功,其速率v不斷增大,F(xiàn)B亦隨之增大,故到達(dá)P點(diǎn)時(shí)有可能使FB>FE,選項(xiàng)A正確。帶電粒子進(jìn)入該區(qū)域后,蘆FB、FE通常不在同一直線上,加速度a除進(jìn)入瞬間為
外,其他各處均不為該值,選項(xiàng)B錯(cuò)。由于帶電粒子在正交電、磁場(chǎng)中受洛倫茲力和電場(chǎng)力、做變加速運(yùn)動(dòng),其軌跡既非圓弧,亦非拋物線,不能用勻變速運(yùn)動(dòng)有關(guān)規(guī)律求解vP,可考慮用動(dòng)能定理求解,在以上過(guò)程中洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功,電場(chǎng)力對(duì)其做正功,則有
,C正確。故選AC。
4.對(duì)于粒子連續(xù)通過(guò)幾個(gè)不同情況場(chǎng)的問(wèn)題,要分階段進(jìn)行處理。
3.確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合。
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