这篇资料是针对2021年高考物理复习的专项练习,重点聚焦带电粒子在电场和磁场中的运动。这个主题涉及到高中物理的核心概念,包括电容器的工作原理、电场强度、电势、电势能、洛伦兹力以及粒子在磁场中的运动规律。
电容器的电容是其存储电荷能力的度量,公式为\( C = \frac{εA}{d} \),其中\( ε \)是介电常数,\( A \)是两极板的有效面积,\( d \)是两极板之间的距离。当下极板向下移动时,间距\( d \)增大,电容\( C \)减小,而由于电压\( U \)保持不变(电容器与电源断开),根据\( Q = CV \),电荷量\( Q \)也会相应减小。
带电粒子在电场中会受到电场力的作用。在题目中,负电的油滴处于静止状态,当电场强度减小时,重力大于电场力,油滴开始向下运动。同时,由于电势与电场强度的关系\( φ = -Ed \),P点的电势随着电场强度E的减小而升高。
在磁场中,带电粒子受到的洛伦兹力\( F_B = qvB \perp v \)提供了粒子做圆周运动的向心力。粒子的速度\( v \)、磁感应强度\( B \)和轨道半径\( r \)之间有关系\( v = \frac{qBr}{m} \)。如果粒子从等腰直角三角形的AC边中点O垂直射入,根据几何关系和洛伦兹力公式,可以计算粒子的运动路径和射出位置。
对于带正电的小球,当负极板不动,正极板移动时,虽然电势差\( U \)减小,但因为小球距离负极板的距离不变,其电势能\( Ep = φq \)保持不变,这表明电势\( φ \)没有变化。
倾斜放置的平行板电容器中,带负电的微粒在电场力的作用下做减速直线运动。电势差\( U \)可以通过电场强度\( E \)和极板间距\( d \)计算,即\( U = Ed \)。电场力对粒子做负功,粒子的电势能增加,动能减小。
考虑粒子在不同磁场中穿越的情况,粒子的运动速度取决于它进入磁场时的速度和角度。粒子可能的运动轨迹形成一个半径为\( r = \frac{v}{\omega} \)的圆,其中\( \omega = \frac{qB}{m} \)是粒子的角速度。因此,粒子速度\( v \)可以通过\( r \)和\( \omega \)的关系推导出来。
总结来说,这些题目涵盖的知识点包括电容器的电容和电荷量的关系、电场力对带电粒子的影响、电势与电场强度的关系、洛伦兹力在带电粒子圆周运动中的作用、粒子在电场和磁场中的能量转换以及粒子在复杂电磁场中的轨迹分析。这些都是高中物理中的重要概念,对于理解和解答这类问题至关重要。