高考物理一轮复习 第九章 磁场核心素养提升学案 粤教版-粤教版高三全册物理学案.doc

第九章磁场核心素养提升科学思维(破解高考压轴题策略“情境示意一目了然”)认真阅读题目、分析题意、搞清题述物理状态及过程并用简图(示意图、运动轨迹图、受力分析图、等效图等)将这些状态及过程表示出来以展示题述物理情境、物理模型使物理过程更为直观、物理特征更为明显进而快速简便解题。典例(20分)如图所示M、N为加速电场的两极板M板中心Q点有一小孔其正上方有圆心为O、半径R1＝1m的圆形磁场区域和圆心为O、内半径为R1、外半径R2＝eq\r(2)m的环形磁场区域。环形磁场区域的外边界与M板相切于Q点。两个磁场均垂直于纸面磁感应强度大小均为B(B＝0.5T)但方向相反。一带正电的粒子从N板附近的P点由静止释放经加速后通过小孔垂直进入环形磁场区域。已知点P、Q、O在同一直线上粒子的比荷eq\f(qm)＝4×107C/kg不计粒子的重力且不考虑粒子的相对论效应。(1)若加速电场的两极板间的电压U1＝5×106V求粒子刚进入环形磁场时的速率v0；(2)要使粒子能进入中间的圆形磁场区域加速电场的两极板间的电压U2应满足什么条件？(3)当加速电场的两极板间的电压为某一值时粒子进入圆形磁场区域后恰能水平通过圆心O之后返回到出发点P求粒子从进入磁场到第一次回到Q点所用的时间t。[满分指导]规范解答(1)粒子在电场中加速由动能定理有qU1＝eq\f(12)mveq\o\al(20)(2分)解得v0＝2×107m/s。(2分)(2)粒子刚好不进入中间圆形磁场时的运动轨迹如图甲所示圆心O1在M板上。甲设此时粒子在磁场中运动的轨道半径为r1。根据图中的几何关系(Rt△OQO1)有req\o\al(21)＋Req\o\al(22)＝(r1＋R1)2(2分)又根据洛伦兹力提供向心力有qvB＝meq\f(v2r1)(2分)在加速电场中由动能定理有qU2＝eq\f(12)mv2(2分)联立并代入数据解得U2＝1.25×106V(2分)要使粒子能进入中间的圆形磁场区域加速电场的两极板间的电压U2应满足的条件为U2>1.25×106V。(2分)(3)依题意作出粒子的运动轨迹如图乙所示。由于O、O3、Q共线且粒子在两磁场中运动的轨迹半径(设为r2)相同故有O2O3＝2O2Q＝2r2由此可判断∠QO3O2＝30°∠QO2O3＝60°进而判断∠OO3O2＝150°乙粒子从进入磁场到第一次回到Q点所用的时间t＝2(eq\f(60°360°)T＋eq\f(150°360°)T)＝eq\f(76)T(2分)又T＝eq\f(2πmqB)(2分)联立并代入数据解得t＝eq\f(7π6)×10－7s。(2分)答案(1)2×107m/s(2)U2>1.25×106V(3)eq\f(7π6)×10－7s