2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 磁場(chǎng) 第2節(jié) 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用課件 新人教版.ppt

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第2節(jié)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 一 洛倫茲力 洛倫茲力的方向和洛倫茲力的公式1 洛倫茲力 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力叫洛倫茲力 2 洛倫茲力的方向 1 判定方法 左手定則掌心 磁感線垂直穿入掌心 四指 指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向 拇指 指向洛倫茲力的方向 2 方向特點(diǎn) F B F v 即F垂直于B和v決定的平面 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 3 洛倫茲力的大小F qvBsin 為v與B的夾角 如圖所示 1 v B 0 或180 洛倫茲力F 0 2 v B時(shí) 90 洛倫茲力F qvB 3 v 0時(shí) 洛倫茲力F 0 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 4 洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 二 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1 若v B 帶電粒子以入射速度v做勻速直線運(yùn)動(dòng) 2 若v B 帶電粒子在垂直于磁感線的平面內(nèi) 以入射速度v做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 3 基本公式 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 1 下列關(guān)于洛倫茲力的說法正確的是 A 只要速度大小相同 所受洛倫茲力就相同B 如果把 q改為 q 且速度反向 大小不變 則洛倫茲力的大小 方向均不變C 洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直 磁場(chǎng)方向一定與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直D 粒子在只受到洛倫茲力作用下運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能 速度均不變 答案 解析 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 2 下列各圖中 運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向 磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和電荷的受力方向之間的關(guān)系正確的是 答案 解析 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 3 多選 如圖所示 一重力不計(jì)的帶電粒子以一定的速率從a點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)圓心射入一圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng) 恰好從b點(diǎn)射出 增大粒子射入磁場(chǎng)的速率 下列判斷正確的是 A 該粒子帶正電B 該粒子帶負(fù)電C 粒子從ab間射出D 粒子從bc間射出 答案 解析 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 4 兩個(gè)帶電粒子以相同的速度垂直磁感線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng) 兩粒子質(zhì)量之比為1 4 電荷量之比為1 2 則兩帶電粒子受洛倫茲力之比為 A 2 1B 1 1C 1 2D 1 4 答案 解析 知識(shí)梳理 考點(diǎn)自診 5 兩個(gè)帶電粒子以同一速度 同一位置進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng) 在磁場(chǎng)中它們的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示 粒子a的運(yùn)動(dòng)軌跡半徑為r1 粒子b的運(yùn)動(dòng)軌跡半徑為r2 且r2 2r1 q1 q2分別是粒子a b所帶的電荷量 則 A a帶負(fù)電 b帶正電 粒子的比荷 2 1B a帶負(fù)電 b帶正電 粒子的比荷 1 2C a帶正電 b帶負(fù)電 粒子的比荷 2 1D a帶正電 b帶負(fù)電 粒子的比荷 1 1 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)1 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的思想方法和理論依據(jù)一般說來 要把握好 一找圓心 二定半徑 三求時(shí)間 的分析方法 在具體問題中 要依據(jù)題目條件和情景而定 解題的理論依據(jù)主要 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 2 圓心的確定 1 已知入射點(diǎn) 入射方向和出射點(diǎn) 出射方向時(shí) 可通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)作垂直于入射方向和出射方向的直線 兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心 如圖甲所示 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 2 已知入射方向和入射點(diǎn) 出射點(diǎn)的位置時(shí) 可以通過入射點(diǎn)作入射方向的垂線 連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn) 作其中垂線 這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心 如圖乙所示 3 帶電粒子在不同邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 直線邊界 進(jìn)出磁場(chǎng)具有對(duì)稱性 如圖丙所示 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 平行邊界 存在臨界條件 如圖丁所示 圓形邊界 沿徑向射入必沿徑向射出 如圖戊所示 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 3 半徑的確定和計(jì)算 方法二由幾何方法求 一般由數(shù)學(xué)知識(shí) 勾股定理 三角函數(shù)等 計(jì)算來確定 4 時(shí)間的計(jì)算方法 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 例1 2016 全國(guó)卷 一圓筒處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向與筒的軸平行 筒的橫截面如圖所示 圖中直徑MN的兩端分別開有小孔 筒繞其中心軸以角速度 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 在該截面內(nèi) 一帶電粒子從小孔M射入筒內(nèi) 射入時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向與MN成30 角 當(dāng)筒轉(zhuǎn)過90 時(shí) 該粒子恰好從小孔N飛出圓筒 不計(jì)重力 若粒子在筒內(nèi)未與筒壁發(fā)生碰撞 則帶電粒子的比荷為 A 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 解析 如圖為筒轉(zhuǎn)過90 前后各點(diǎn)位置和粒子運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖 M N 分別為入射點(diǎn)和出射點(diǎn) 分別作入射速度的垂線和MN 的中垂線 交點(diǎn)即為軌跡圓的圓心O 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 根據(jù)題意 NMN 45 O M與NM延長(zhǎng)線的夾角為60 所以 O MN 75 MO N 30 即軌跡圓的圓心角為30 轉(zhuǎn)動(dòng)筒的 思維點(diǎn)撥當(dāng)筒轉(zhuǎn)過90 時(shí) 該粒子恰好從小孔N飛出圓筒 粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡圓周運(yùn)動(dòng)的圓弧所對(duì)的圓心角 粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)解題 三步法 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 即學(xué)即練1 2017 全國(guó)卷 如圖 虛線所示的圓形區(qū)域內(nèi)存在一垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng) P為磁場(chǎng)邊界上的一點(diǎn) 大量相同的帶電粒子以相同的速率經(jīng)過P點(diǎn) 在紙面內(nèi)沿不同方向射入磁場(chǎng) 若粒子射入速率為v1 這些粒子在磁場(chǎng)邊界的出射點(diǎn)分布在六分之一圓周上 若粒子射入速率為v2 相應(yīng)的出射點(diǎn)分布在三分之一圓周上 不計(jì)重力及帶電粒子之間的相互作用 則v2 v1為 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 2 2016 四川卷 如圖所示 正六邊形abcdef區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 一帶正電的粒子從f點(diǎn)沿fd方向射入磁場(chǎng)區(qū)域 當(dāng)速度大小為vb時(shí) 從b點(diǎn)離開磁場(chǎng) 在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為tb 當(dāng)速度大小為vc時(shí) 從c點(diǎn)離開磁場(chǎng) 在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為tc 不計(jì)粒子重力 則 A vb vc 1 2 tb tc 2 1B vb vc 2 1 tb tc 1 2C vb vc 2 1 tb tc 2 1D vb vc 1 2 tb tc 1 2 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解問題 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 例2 多選 2017 浙江諸暨期末 長(zhǎng)為l的水平極板間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 如圖所示 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 板間距離也為l 極板不帶電 現(xiàn)有質(zhì)量為m 電荷量為q的帶正電粒子 不計(jì)重力 從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁感線以速度v水平射入磁場(chǎng) 欲使粒子不打在極板上 可采用的辦法是 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 思維點(diǎn)撥作出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖 將速度放大 縮小 看運(yùn)動(dòng)軌跡的變化 對(duì)應(yīng)題目條件 欲使粒子不打在極板上 全面考慮多種可能性 巧解帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解問題1 分析題目特點(diǎn) 確定題目多解的形成原因 2 作出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖 全面考慮多種可能性 3 若為周期性重復(fù)的多解問題 尋找通項(xiàng)式 若是出現(xiàn)幾種解的可能性 注意每種解出現(xiàn)的條件 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 即學(xué)即練3 多選 一質(zhì)量為m 電荷量為q的負(fù)電荷在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞固定的正電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 若磁場(chǎng)方向垂直于它的運(yùn)動(dòng)平面 且作用在負(fù)電荷的電場(chǎng)力恰好是磁場(chǎng)力的三倍 則負(fù)電荷做圓周運(yùn)動(dòng)的角速度可能是 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 4 多選 2017 湖北六校調(diào)考 如圖 xOy平面的第一 二 三象限內(nèi)存在垂直紙面向外 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng) ON為處于y軸負(fù)方向的彈性絕緣薄擋板 長(zhǎng)度為9m M點(diǎn)為x軸正方向上一點(diǎn) OM 3m 現(xiàn)有一個(gè)比荷大小為 1 0C kg可視為質(zhì)點(diǎn)帶正電的小球 重力不計(jì) 從擋板下端N處小孔以不同的速度沿x軸負(fù)方向射入磁場(chǎng) 若與擋板相碰就以原速率彈回 且碰撞時(shí)間不計(jì) 碰撞時(shí)電荷量不變 小球最后都能經(jīng)過M點(diǎn) 則小球射入的速度大小可能是 A 3m sB 3 75m sC 4m sD 5m s ABD 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 解析 因?yàn)樾∏蛲ㄟ^y軸的速度方向一定是 x方向 故帶電小球圓 證 帶電小球以3m s速度進(jìn)入磁場(chǎng) 與ON碰撞一次 再經(jīng)四分之三圓周經(jīng)過M點(diǎn) 如圖甲所示 A項(xiàng)正確 當(dāng)帶電小球與ON不碰撞 直接經(jīng)過M點(diǎn) 如圖乙所示 小球速度沿 x方向射入磁場(chǎng) 則圓心一定在y軸上 作出MN的垂直平分線 交于y軸的點(diǎn)即得圓心位置 由幾何關(guān)系 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的臨界極值問題以題目中的 恰好 最大 最高 至少 等詞語為突破口 借助半徑r和速度v 或磁感應(yīng)強(qiáng)度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) 如 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 據(jù)此可以確定速度 磁感應(yīng)強(qiáng)度 軌跡半徑 磁場(chǎng)區(qū)域面積等方面的極值 2 當(dāng)速度v一定時(shí) 弧長(zhǎng) 或弦長(zhǎng) 越大 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) 前提條件為弧是劣弧 3 當(dāng)速率變化時(shí) 圓心角大的 運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng) 4 在運(yùn)動(dòng)軌跡圓半徑大于磁場(chǎng)區(qū)域圓半徑的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 入射點(diǎn)和出射點(diǎn)為磁場(chǎng)直徑的兩個(gè)端點(diǎn)時(shí) 所有的弦長(zhǎng)中直徑最長(zhǎng) 軌跡對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角最大 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 例3如圖所示 在屏蔽裝置底部中心位置O點(diǎn)放一醫(yī)用放射源 可通過細(xì)縫沿扇形區(qū)域向外輻射速率為v 3 2 106m s的 粒子 已知屏蔽裝置寬AB 9cm 縫長(zhǎng)AD 18cm 粒子的質(zhì)量m 6 64 10 27kg 電荷量q 3 2 10 19C 若在屏蔽裝置右側(cè)條形區(qū)域內(nèi)加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)來隔離輻射 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 0 332T 方向垂直于紙面向里 整個(gè)裝置放于真空環(huán)境中 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 1 若所有的 粒子均不能從條形磁場(chǎng)隔離區(qū)的右側(cè)穿出 則磁場(chǎng)的寬度d至少是多少 2 若條形磁場(chǎng)的寬度d 20cm 則射出屏蔽裝置的 粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間和最短時(shí)間各是多少 結(jié)果可帶根號(hào) 解析 1 由AB 9cm AD 18cm 可得 BAO ODC 45 所有 粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑相同 設(shè)為r 根據(jù)牛頓第二定律有Bqv 解得r 0 2m 20cm 由題意及幾何關(guān)系可知 若條形磁場(chǎng)區(qū)域的右邊界與沿OD方向進(jìn)入磁場(chǎng)的 粒子的圓周軌跡相切 則所有 粒子均不能從條形磁場(chǎng)隔離區(qū)右側(cè)穿出 此時(shí)磁場(chǎng)的寬度最小 如圖甲所示 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 甲設(shè)此時(shí)磁場(chǎng)寬度d d0 由幾何關(guān)系得 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 2 設(shè) 粒子在磁場(chǎng)內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T 則 設(shè)速度方向垂直于AD進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域的 粒子的入射點(diǎn)為E 如圖乙所示 因磁場(chǎng)寬度d 20cm d0 且r 20cm 則在 EOD間進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域的 粒子均能穿出磁場(chǎng)右邊界 在 EOA間進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域的 粒子均不能穿出磁場(chǎng)右邊界 沿OE方向進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域的 粒子運(yùn)動(dòng)軌跡與磁場(chǎng)右邊界相切 在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng) 則在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間為tmax 10 6s 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 若 粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的圓弧軌跡的弦長(zhǎng)最短 則 粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最短 最短的弦長(zhǎng)為磁場(chǎng)寬度d 設(shè)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間為tmin 軌跡如圖乙所示 因r d 則圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為60 思維點(diǎn)撥 1 判斷 粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)方向 計(jì)算 粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑 2 采取作圖法找 粒子軌跡的右邊界 確定第 1 問中的臨界條件 3 在 粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相同 圓半徑相同的條件下 運(yùn)動(dòng)時(shí)間與圓弧所對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)有關(guān) 找到最長(zhǎng)弦和最短弦對(duì)應(yīng)的圓心角即可求解第 2 問中的問題 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 解決帶電粒子的臨界問題的技巧方法 1 數(shù)學(xué)方法和物理方法結(jié)合 如利用 矢量圖 邊界條件 等求臨界值 利用 三角函數(shù) 不等式的性質(zhì) 二次方程的判別式 等求極值 2 臨界問題的一般解題流程 3 從關(guān)鍵詞找突破口 許多臨界問題 題干中常用 恰好 最大 至少 不相撞 不脫離 等詞語對(duì)臨界狀態(tài)給以暗示 審題時(shí) 一定要抓住這些特定的詞語挖掘其隱藏的規(guī)律 找出臨界條件 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 即學(xué)即練5 多選 2017 甘肅河西五市聯(lián)考 如圖所示 以直角三角形AOC為邊界的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B A 60 AO a 在O點(diǎn)放置一個(gè)粒子源 可以向各個(gè)方向發(fā)射某種帶負(fù)電的粒子 粒子 角度 表示 對(duì)于粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后的運(yùn)動(dòng) 不計(jì)重力作用 下列說法正確的是 A 粒子有可能打到A點(diǎn)B 以 60 飛入的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短C 以 30 飛入的粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間都相等D 在AC邊界上只有一半?yún)^(qū)域有粒子射出 答案 解析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 6 2017 湖南長(zhǎng)沙質(zhì)檢 如圖所示 真空室內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B 0 60T 磁場(chǎng)內(nèi)有一塊平面感光板ab 板面與磁場(chǎng)方向平行 在距ab為l 16cm處 有一個(gè)點(diǎn)狀的 粒子放射源S 它向各個(gè)方向發(fā)射 粒子 粒子的速度都是v 3 0 106m s 已知 粒子的比荷 5 0 107C kg 現(xiàn)只考慮在紙面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的 粒子 求ab板上被 粒子打中區(qū)域的長(zhǎng)度 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 答案 20cm解析 粒子帶正電 故在磁場(chǎng)中沿逆時(shí)針方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 用r表示軌跡半徑 代入數(shù)值得r 10cm 可見2r l r因朝不同方向發(fā)射的 粒子的圓軌跡都過S 由此可知 某一圓軌跡在下圖中N點(diǎn)左側(cè)與ab相切 則此切點(diǎn)P1就是 粒子能打中的左側(cè)最遠(yuǎn)點(diǎn) 為確定P1點(diǎn)的位置 可作平行于ab的直線cd cd到ab的距離為r 以S為圓心 r為半徑 作圓弧交cd于Q點(diǎn) 過Q作ab的垂線 它與ab的交點(diǎn)即為P1 則NP1 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 再考慮N點(diǎn)的右側(cè) 任何 粒子在運(yùn)動(dòng)中離S的距離不可能超過2r 在N點(diǎn)右側(cè)取一點(diǎn)P2 取SP2 20cm 此即右側(cè)能打到的最遠(yuǎn)點(diǎn) 所求長(zhǎng)度為P1P2 NP1 NP2代入數(shù)值得P1P2 20cm