導(dǎo)學(xué)教程高考物理總復(fù)習(xí) 第八章 磁場(chǎng) 第二節(jié) 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用課件 新人教版.ppt

第二節(jié)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 主干回顧 左手 qvb 不做功 勻速直線(xiàn) 勻速圓周 1 判斷下列說(shuō)法的正誤 1 洛倫茲力和安培力是性質(zhì)完全不同的兩種力 2 粒子在只受到洛倫茲力作用時(shí)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能不變 3 運(yùn)動(dòng)電荷進(jìn)入磁場(chǎng)后 無(wú)其他力作用 可能做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 自我檢測(cè) 2 在陰極射線(xiàn)管中電子流方向由左向右 其上方置一根通有如圖8 2 1所示電流的直導(dǎo)線(xiàn) 導(dǎo)線(xiàn)與陰極射線(xiàn)管平行 則陰極射線(xiàn)將會(huì)圖8 2 1 a 向上偏轉(zhuǎn)b 向下偏轉(zhuǎn)c 向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)d 向紙外偏轉(zhuǎn)答案b 3 2016 南寧模擬 如圖8 2 2所示 mn板兩側(cè)都是磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 方向如圖所示 帶電粒子 不計(jì)重力 從a位置以垂直b方向的速度v開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 依次通過(guò)小孔b c d 已知ab bc cd 粒子從a運(yùn)動(dòng)到d的時(shí)間為t 則粒子的比荷為 圖8 2 2 答案d 4 多選 如圖8 2 3所示 質(zhì)量為m 電荷量為 q的帶電粒子 以不同的初速度兩次從o點(diǎn)垂直于磁感線(xiàn)和磁場(chǎng)邊界向上射入勻強(qiáng)磁場(chǎng) 在洛倫茲力作用下分別從m n兩點(diǎn)射出磁場(chǎng) 測(cè)得om on 3 4 粒子重力不計(jì) 則下列說(shuō)法中正確的是 圖8 2 3 a 兩次帶電粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間之比為3 4b 兩次帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的路程長(zhǎng)度之比為3 4c 兩次帶電粒子在磁場(chǎng)中所受的洛倫茲力大小之比為3 4d 兩次帶電粒子在磁場(chǎng)中所受的洛倫茲力大小之比為4 3答案bc 考點(diǎn)一洛倫茲力和電場(chǎng)力的比較1 洛倫茲力的特點(diǎn) 1 洛倫茲力的方向總是垂直于運(yùn)動(dòng)電荷速度方向和磁場(chǎng)方向確定的平面 所以洛倫茲力只改變速度的方向 不改變速度的大小 即洛倫茲力永不做功 2 當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化時(shí) 洛倫茲力的方向也隨之變化 3 用左手定則判斷負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受的洛倫茲力時(shí) 要注意將四指指向電荷運(yùn)動(dòng)的反方向 2 洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較 考向1對(duì)洛倫茲力的理解 例1 多選 如圖8 2 4所示 一軌道由兩等長(zhǎng)的光滑斜面ab和bc組成 兩斜面在b處用一光滑小圓弧相連接 p是bc的中點(diǎn) 豎直線(xiàn)bd右側(cè)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) b處可認(rèn)為處在磁場(chǎng)中 一帶電小球從a點(diǎn)由靜止釋放后能沿軌道來(lái)回運(yùn)動(dòng) c點(diǎn)為小球在bd右側(cè)運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn) 則下列說(shuō)法正確的是 圖8 2 4 答案 ad 考向2電場(chǎng)力與磁場(chǎng)力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用的區(qū)別 例2 在如圖8 2 5所示寬度范圍內(nèi) 用場(chǎng)強(qiáng)為e的勻強(qiáng)電場(chǎng)可使初速度是v0的某種正粒子偏轉(zhuǎn) 角 在同樣寬度范圍內(nèi) 若改用方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 圖中未畫(huà)出 使該粒子穿過(guò)該區(qū)域 并使偏轉(zhuǎn)角也為 不計(jì)粒子的重力 問(wèn) 圖8 2 5 1 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大 2 粒子穿過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的時(shí)間之比是多大 2 確定圓心的方法 1 已知入射點(diǎn) 出射點(diǎn) 入射方向和出射方向時(shí) 可通過(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直于入射方向和出射方向的直線(xiàn) 兩條直線(xiàn)的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心 如圖8 2 6甲所示 p為入射點(diǎn) m為出射點(diǎn) 圖8 2 6 2 已知入射方向 入射點(diǎn)和出射點(diǎn)的位置時(shí) 可以通過(guò)入射點(diǎn)作入射方向的垂線(xiàn) 連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn) 作其中垂線(xiàn) 這兩條垂線(xiàn)的交點(diǎn)就是圓弧軌跡的圓心 如圖乙所示 p為入射點(diǎn) m為出射點(diǎn) 3 半徑的確定方法可利用物理學(xué)公式或幾何知識(shí) 勾股定理 三角函數(shù)等 求出半徑大小 考向1邊界為圓形的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 例3 如圖8 2 7所示 虛線(xiàn)圓所圍區(qū)域內(nèi)有方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度為b 一束電子沿圓形區(qū)域的直徑方向以速度v射入磁場(chǎng) 電子束經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)區(qū)后 其運(yùn)動(dòng)方向與原入射方向成 角 設(shè)電子質(zhì)量為m 電荷量為e 不計(jì)電子之間相互作用力及所受的重力 求 圖8 2 7 1 電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑r 2 電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t 3 圓形磁場(chǎng)區(qū)域的半徑r 考向2邊界為直線(xiàn)的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 例4 2015 四川理綜 如圖8 2 8所示 s處有一電子源 可向紙面內(nèi)任意方向發(fā)射電子 平板mn垂直于紙面 在紙面內(nèi)的長(zhǎng)度l 9 1cm 中點(diǎn)o與s間的距離d 4 55cm mn與so直線(xiàn)的夾角為 板所在平面有電子源的一側(cè)區(qū)域有方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度b 2 0 10 4t 電子質(zhì)量m 9 1 10 31kg 電量e 1 6 10 19c 不計(jì)電子重力 電子源發(fā)射速度v 1 6 106m s的一個(gè)電子 該電子打在板上可能位置的區(qū)域的長(zhǎng)度為l 則 圖8 2 8a 90 時(shí) l 9 1cmb 60 時(shí) l 9 1cmc 45 時(shí) l 4 55cmd 30 時(shí) l 4 55cm 答案 ad 規(guī)律總結(jié)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)解題 三步法 1 畫(huà)軌跡 即確定圓心 畫(huà)出運(yùn)動(dòng)軌跡 2 找聯(lián)系 軌道半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度 運(yùn)動(dòng)速度的聯(lián)系 偏轉(zhuǎn)角度與圓心角 運(yùn)動(dòng)時(shí)間的聯(lián)系 在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與周期的聯(lián)系 3 用規(guī)律 即牛頓運(yùn)動(dòng)定律和圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 特別是周期公式 半徑公式 2 回旋加速器的主要特征 1 帶電粒子在兩d形盒中回旋周期等于兩盒狹縫之間高頻電場(chǎng)的變化周期 與帶電粒子的速度無(wú)關(guān) 2 將帶電粒子在兩盒狹縫之間的運(yùn)動(dòng)首尾連起來(lái)是一個(gè)初速度為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 考向1質(zhì)譜儀的分析 例5 2016 宜賓診斷 質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要儀器 它的構(gòu)造原理如圖8 2 9所示 從粒子源s處放出的速度大小不計(jì) 質(zhì)量為m 電荷量為q的正離子 經(jīng)電勢(shì)差為u的加速電場(chǎng)加速后 垂直進(jìn)入一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后到達(dá)記錄它的照相底片p上 試問(wèn) 圖8 2 9 考向2回旋加速器的分析 例6 回旋加速器是用于加速帶電粒子流 使之獲得很大動(dòng)能的儀器 其核心部分是兩個(gè)d形金屬扁盒 兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接 以便在盒間狹縫中形成勻強(qiáng)電場(chǎng) 使粒子每次穿過(guò)狹縫都得到加速 兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向垂直于盒底面 粒子源置于盒的圓心附近 若粒子源射出的粒子電荷量為q 質(zhì)量為m 粒子最大回旋半徑為rm 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b 其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖8 2 10所示 問(wèn) 圖8 2 10 1 粒子在盒內(nèi)磁場(chǎng)中做何種運(yùn)動(dòng) 2 粒子在兩盒間狹縫內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng) 3 所加交變電壓頻率為多大 粒子運(yùn)動(dòng)角速度為多大 4 粒子離開(kāi)加速器時(shí)速度為多大 解析 1 d形盒由金屬導(dǎo)體制成 可屏蔽外電場(chǎng) 因而盒內(nèi)無(wú)電場(chǎng) 盒內(nèi)存在垂直盒面的磁場(chǎng) 故粒子在盒內(nèi)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 2 兩盒間狹縫內(nèi)存在勻強(qiáng)電場(chǎng) 且粒子速度方向與電場(chǎng)方向在同一條直線(xiàn)上 故粒子做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 考點(diǎn)四帶電粒子運(yùn)動(dòng)的臨界和極值問(wèn)題 思想方法 臨界問(wèn)題的分析思路物理現(xiàn)象從一種狀態(tài)變化成另一種狀態(tài)時(shí)存在著一個(gè)過(guò)渡的轉(zhuǎn)折點(diǎn) 此轉(zhuǎn)折點(diǎn)即為臨界狀態(tài)點(diǎn) 與臨界狀態(tài)相關(guān)的物理?xiàng)l件稱(chēng)為臨界條件 臨界條件是解決臨界問(wèn)題的突破點(diǎn) 臨界問(wèn)題的一般解題模式為 1 找出臨界狀態(tài)及臨界條件 2 總結(jié)臨界點(diǎn)的規(guī)律 3 解出臨界量 圖8 2 11 1 速度的大小 2 速度方向與y軸正方向夾角的正弦 規(guī)律總結(jié)確定臨界點(diǎn)的方法以題目中的 恰好 最大 最高 至少 等詞語(yǔ)為突破口 借助半徑r和速度v 或磁場(chǎng)b 之間的約束關(guān)系 進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)軌跡分析 確定軌跡圓和邊界的關(guān)系 找出臨界點(diǎn) 常見(jiàn)情況如下 1 剛好穿出磁場(chǎng)邊界的條件是帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡與邊界相切 2 當(dāng)速度v一定時(shí) 弧長(zhǎng) 或弦長(zhǎng) 越長(zhǎng) 圓心角越大 則帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng) 3 當(dāng)速度v變化時(shí) 圓心角越大的 運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng) 考向2帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的極值問(wèn)題 例8 放置在坐標(biāo)原點(diǎn)o的粒子源 可以向第二象限內(nèi)放射出質(zhì)量為m 電荷量為q的帶正電粒子 帶電粒子的速率均為v 方向均在紙面內(nèi) 如圖8 2 12所示 若在某區(qū)域內(nèi)存在垂直于xoy平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 垂直紙面向外 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b 則這些粒子都能在穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)后垂直射到垂直于x軸放置的擋板pq上 求 圖8 2 12 1 擋板pq的最小長(zhǎng)度 2 磁場(chǎng)區(qū)域的最小面積 1 2015 課標(biāo) 兩相鄰勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不同 方向平行 一速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直的帶電粒子 不計(jì)重力 從較強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域進(jìn)入到較弱磁場(chǎng)區(qū)域后 粒子的 隨堂鞏固 a 軌道半徑減小 角速度增大b 軌道半徑減小 角速度減小c 軌道半徑增大 角速度增大d 軌道半徑增大 角速度減小 答案d 2 多選 2015 課標(biāo) 有兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域 和 中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是 中的k倍 兩個(gè)速率相同的電子分別在兩磁場(chǎng)區(qū)域做圓周運(yùn)動(dòng) 與 中運(yùn)動(dòng)的電子相比 中的電子a 運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑是 中的k倍b 加速度的大小是 中的k倍c 做圓周運(yùn)動(dòng)的周期是 中的k倍d 做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度與 中的相等 答案ac 3 2014 課標(biāo) 如圖8 2 13所示 mn為鋁質(zhì)薄平板 鋁板上方和下方分別有垂直于圖平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 未畫(huà)出 一帶電粒子從緊貼鋁板上表面的p點(diǎn)垂直于鋁板向上射出 從q點(diǎn)穿越鋁板后到達(dá)pq