2019版高考物理一輪復習 專題八 磁場 第2講 磁場對運動電荷的作用課件.ppt

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第2講 磁場對運動電荷的作用 考點1 洛倫茲力及其特點 運動 1 定義 電荷在磁場中受到的力 叫做洛倫茲力 2 洛倫茲力的大小 1 當運動電荷的速度方向與磁感應強度方向垂直時 電荷 所受洛倫茲力f qvB 2 當運動電荷的速度方向與磁感應強度方向平行時 電荷 所受洛倫茲力f 0 3 洛倫茲力的方向 反方向 B和v 1 判定方法 應用左手定則 注意四指應指向電流的方向 即正電荷運動的方向或負電荷運動的 2 方向特點 f B f v 即f垂直于 決定的平面 1 向心力由洛倫茲力提供 m T與軌道半徑R 速度v無關 考點2 帶電粒子在勻強磁場中的運動 1 速度與磁場平行時 帶電粒子不受洛倫茲力作用 在勻 強磁場中做 運動 勻速直線 勻速圓周 2 速度與磁場垂直時 帶電粒子受洛倫茲力作用 在垂直于磁感線的平面內(nèi)以入射速度v做 運動 v2R qvB 2 軌道半徑公式 R mvqB 2 mqB 3 周期 T 2 Rv 基礎自測 1 如圖8 2 1所示 a是豎直平面P上的一點 P前有一條形磁鐵垂直于P 且S極朝向a點 P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場的共同作用下 在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過a點 在電子經(jīng)過a點的瞬間 條形磁鐵的磁場對該電子的作用力的 方向 圖8 2 1 A 向上 B 向下 C 向左 D 向右 答案 A 2 2015年新課標 卷 兩相鄰的勻強磁場區(qū)域的磁感應強度大小不同 方向平行 一速度方向與磁感應強度方向垂直的帶電粒子 不計重力 從較強磁場區(qū)域進入到較弱磁場區(qū)域后 粒子的 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 3 2014年新課標 卷 如圖8 2 2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磁場 未畫出 一帶電粒子從緊貼鋁板上表面的P點垂直于鋁板向上射出 從Q點穿越鋁板后到達PQ的中點O 已知粒子穿越鋁板時 其動能損失一半 速度方向和電荷量不變 不計重力 鋁板上方和下方 的磁感應強度大小之比為 圖8 2 2 答案 D 4 如圖8 2 3所示 在磁感應強度為B 方向垂直紙面向里的勻強磁場中 一質(zhì)量為m 電荷量為e的電子 從a點垂直磁感線以初速度v開始運動 經(jīng)一段時間t后經(jīng)過b點 a b 連線與初速度方向的夾角為 則t為 圖8 2 3 答案 B 熱點1 洛倫茲力的特點 熱點歸納 1 洛倫茲力方向的特點 1 洛倫茲力的方向總是垂直于運動電荷速度方向和磁場方向所確定的平面 2 當電荷運動方向發(fā)生變化時 洛倫茲力的方向也隨之變化 3 左手定則判斷洛倫茲力方向 但一定分正 負電荷 2 洛倫茲力與電場力的比較 考向1 洛倫茲力的方向 典題1 2017年重慶南開中學期末 四根等長的導線固定在正方體的四條沿x軸方向的棱上 并通以等大的電流 方向如圖8 2 4所示 正方體的中心O處有一粒子源在不斷地沿x軸負方向噴射電子 則電子剛被噴射出時受到的洛倫茲力方向 為 A 沿y軸負方向B 沿y軸正方向C 沿z軸正方向 D 沿z軸負方向 圖8 2 4 解析 沿x軸負方向觀察 根據(jù)右手螺旋定則 判斷出四根導線在O點產(chǎn)生的合磁場方向沿z軸負方向 電子初速度方向沿x軸負方向 即垂直紙面向里 根據(jù)左手定則 判斷出洛倫茲力方向沿y軸正方向 即B正確 答案 B 考向2 洛倫茲力與電場力的比較 典題2 多選 如圖8 2 5所示 質(zhì)量為m 帶電量為 q的三個相同的帶電小球甲 乙 丙 從同一高度以初速度v0水平拋出 乙球處于豎直向下的勻強電場中 丙球處于垂直紙面向里的勻強磁場中 它們落地的時間分別為t甲 t乙 t丙 落地 時的速度大小分別為v甲 v乙 v丙 則下列判斷正確的是 圖8 2 5 A t甲 t乙 t丙B t丙 t甲 t乙C v乙 v甲 v丙D v甲 v乙 v丙 答案 BC 考向3 洛倫茲力作用下的動態(tài)分析問題 典題3 多選 如圖8 2 6所示 甲是不帶電的絕緣物塊 乙是帶負電的物塊 甲 乙疊放在一起 置于粗糙的絕緣水平地板上 地板上方空間有垂直于紙面向里的勻強磁場 現(xiàn)加一水平向左的勻強電場 發(fā)現(xiàn)甲 乙一起向右加速運動 在加速運動 階段 圖8 2 6 A 甲 乙兩物塊一起做加速度減小的加速運動B 甲 乙兩物塊間的摩擦力不變 C 乙物塊與地面之間的摩擦力不斷增大D 甲 乙兩物體可能做勻加速直線運動 解析 對整體受力分析 地面對乙物塊的摩擦力f m甲g m乙g qvB 因為整體做加速運動 故地面對乙物塊的摩擦力逐漸增大 C正確 對整體根據(jù)牛頓第二定律得qE m甲g m乙g qvB m甲 m乙 a 整體的加速度逐漸減小 A正確 D錯誤 對甲物體受力分析 根據(jù)牛頓第二定律得f1 m甲a 加速度減小 則兩物塊間的摩擦力減小 B錯誤 答案 AC 熱點2 帶電粒子在磁場中運動的半徑公式和周期公式 典題4 多選 2015年新課標 卷 有兩個勻強磁場區(qū)域 和 中的磁感應強度是 中的k倍 兩個速率相同的電子分別在兩磁場區(qū)域做圓周運動 與 中運動的電子相比 中的電子 A 運動軌跡的半徑是 中的k倍B 加速度的大小是 中的k倍C 做圓周運動的周期是 中的k倍D 做圓周運動的角速度與 中的相等 答案 AC 熱點3 帶電粒子在有界磁場中的運動 熱點歸納 1 圓心的確定 甲 乙 圖8 2 7 1 已知入射點 入射方向和出射點 出射方向時 可通過入射點和出射點作垂直于入射方向和出射方向的直線 兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心 如圖8 2 7甲所示 2 已知入射方向和入射點 出射點的位置時 可以通過入射點作入射方向的垂線 連接入射點和出射點 作其中垂線 這兩條垂線的交點就是圓弧軌道的圓心 如圖乙所示 2 半徑的確定和計算 利用平面幾何關系 求出該圓的可能半徑 或圓心角 求 解時注意以下幾個重要的幾何特點 圖8 2 8 1 粒子速度的偏向角 等于圓心角 并等于AB弦與切 線的夾角 弦切角 的2倍 如圖8 2 8所示 即 2 t 2 直角三角形的應用 勾股定理 找到AB的中點C 連接 OC 則 AOC BOC都是直角三角形 3 運動時間的確定 粒子在磁場中運動一周的時間為T 當粒子運動的圓弧所 4 帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動解題 三步法 1 畫軌跡 即確定圓心 畫出運動軌跡 2 找聯(lián)系 軌道半徑與磁感應強度 運動速度的聯(lián)系 偏轉(zhuǎn)角度與圓心角 運動時間的聯(lián)系 在磁場中的運動時間與周期的聯(lián)系 3 用規(guī)律 即牛頓運動定律和圓周運動的規(guī)律 特別是周 期公式 半徑公式 考向1 直線邊界磁場 帶電粒子在直線邊界磁場中的運動 進 出磁場具有對稱性 如圖8 2 9甲 乙 丙所示 甲 丙 乙圖8 2 9 典題5 2017年新課標 卷 如圖8 2 10所示 空間存在方向垂直于紙面 xOy平面 向里的磁場 在x 0區(qū)域 磁感應強度的大小為B0 x1 一質(zhì)量為m 電荷量為q q 0 的帶電粒子以速度v0從坐標原點O沿x軸正方向射入磁場 此時開始計時 當粒子的速度方向再次沿x軸正向時 求 不計重力 1 粒子運動的時間 2 粒子與O點間的距離 圖8 2 10 解 1 在勻強磁場中 帶電粒子做圓周運動 設在x 0區(qū)域 圓周半徑為R1 在x 0區(qū)域 圓周半徑為R2 由洛倫茲力公式及牛頓運動定律得 考向2 圓形邊界磁場 帶電粒子在圓形邊界磁場中的運動 沿徑向射入必沿徑向射出 如圖8 2 11所示 圖8 2 11 典題6 2017年新課標 卷 如圖8 2 12所示 虛線所示的圓形區(qū)域內(nèi)存在一垂直于紙面的勻強磁場 P為磁場邊界上的一點 大量相同的帶電粒子以相同的速率經(jīng)過P點 在紙面內(nèi)沿不同的方向射入磁場 若粒子射入速率為v1 這些粒子在磁場邊界的出射點分布在六分之一圓周上 若粒子射入速率為v2 相應的出射點分布在三分之一圓周上 不計重力及帶電粒子之 間的相互作用 則v2 v1為 圖8 2 12 圖8 2 13答案 C 遷移拓展 如圖8 2 14所示 圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強磁場 一個帶電粒子以速度v從A點沿直徑AOB方向射入磁場 經(jīng)過 t時間從C點射出磁場 OC與OB成60 不計重力 則粒子在磁場中的運動時間變?yōu)?圖8 2 14 1A t2 B 2 t 1C t3 D 3 t 答案 B 帶電粒子在磁場中的極值 臨界問題 1 以題目中的 恰好 最大 最高 至少 等詞語為突破口 運用動態(tài)思維 尋找臨界點 確定臨界狀態(tài) 根據(jù)粒子的速度方向找出半徑方向 同時由磁場邊界和題設條件畫好軌跡 定好圓心 建立幾何關系 2 尋找臨界點常用的結論 剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運動的軌 跡與邊界相切 當速度v一定時 弧長 或弦長 越長 圓心角越大 則 帶電粒子在有界磁場中運動的時間越長 當速度v變化時 圓心角越大 運動時間越長 典題7 2017年河北石家莊調(diào)研 如圖8 2 15所示 在xOy平面的第一象限內(nèi) x 4d處平行于y軸放置一個長l d的粒子吸收板AB 在AB左側存在垂直于紙面向外的磁感應強度為B的勻強磁場 在原點O處有一粒子源 可沿y軸正方向射出質(zhì)量為m 電荷量為 q的不同速率的帶電粒子 不計粒子的重力 圖8 2 15 1 若射出的粒子能打在AB板上 求粒子速率v的范圍 2 若在點C 8d 0 處放置一粒子回收器 在B C間放一擋板 粒子與擋板碰撞無能量損失 為回收恰從B點進入AB右側區(qū)間的粒子 需在AB右側加一垂直于紙面向外的勻強磁場 圖中未畫出 求此磁場磁感應強度的大小和此類粒子從O點發(fā)射到進入回收器所用的時間 解 1 粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動 洛倫茲力提供向心力 設粒子的速率為v1時 恰好打在吸收板AB的A點 由圖8 2 16中幾何關系可知粒子的軌道半徑r1 2d 因此要使射出的粒子能打在AB上 粒子的速度需滿足 圖8 2 16 2 設磁場的磁感應強度為B 時 經(jīng)過B點的粒子能夠到達C點 觸類旁通 多選 2017年百校聯(lián)盟猜題卷 如圖8 2 17所示 正三角形ABC區(qū)域內(nèi)存在垂直于紙面的勻強磁場 未畫 邊的中點 大量質(zhì)量為m 速度為v0的粒子從O點沿不同的方向垂直于磁場方向射入該磁場區(qū)域 不計粒子重力 則從AB邊 和AC邊射出的粒子在磁場中的運動時間可能為 圖8 2 17 答案 BCD