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題型一:帶電粒子在電場中的運動
例題:一個帶電粒子在勻強電場中運動,粒子的速度方向與電場線的夾角為θ,粒子的質量為m,電量為q,重力不計,求:
(1)粒子一定做什么運動?說明理由;
(2)粒子在電場中做什么運動時,其動能增量最大?并求出最大動能增量的大小。
解題方法:
(1)粒子一定做曲線運動,因為粒子在垂直于電場線方向的速度在增大,而沿電場線方向的速度也在增大。
(2)粒子在垂直于電場線方向做勻加速直線運動,沿電場線方向做勻速直線運動時,動能增量最大。此時,根據動能定理可得:ΔEk=Eqd,其中d為沿電場線方向的位移,由于粒子在垂直于電場線方向做勻加速直線運動,所以位移為d=at2/2,其中a=Eq/m。所以最大動能增量為ΔEk=Eqan2/2m。
題型二:帶電粒子在磁場中的運動
例題:一個帶正電的粒子以一定的速度垂直射入勻強磁場中,磁感應強度為B,粒子的質量和電量分別為m和q,不計重力,求:
(1)粒子的軌道半徑;
(2)若磁感應強度隨時間均勻增大,求出粒子在磁場中的運動時間;
(3)若磁感應強度B隨時間均勻減小,求出粒子在磁場中的運動時間。
解題方法:
(1)根據半徑公式R=mv/qB可求得粒子的軌道半徑。
(2)粒子在磁場中的運動時間為t=θ/2πm/qB,其中θ為粒子在磁場中的偏轉角度。當磁感應強度隨時間均勻增大時,粒子在磁場中的運動速度不變,所以運動時間不變。
(3)若磁感應強度B隨時間均勻減小,則粒子在磁場中的運動速度將逐漸減小,所以運動時間將逐漸增大。
題型三:電磁感應綜合題
例題:一個矩形線圈在勻強磁場中轉動產生交變電流的過程中,線圈平面與磁感線平行時,感應電動勢最大;線圈平面與磁感線垂直時,感應電動勢為零。現將一矩形線圈從中折半,使四分之一部分線圈平面與磁感線平行時,求此時線圈感應電動勢的大小和方向。
解題方法:
根據法拉第電磁感應定律和楞次定律可以求得此時線圈感應電動勢的大小和方向與線圈平面與磁感線垂直時的情況相同。即感應電動勢最大。同時根據楞次定律可以判斷出感應電流的方向。