(創(chuàng)新設(shè)計X年高考物理一輪復(fù)習(xí)第8章第2講磁場.ppt

1、第2講磁場對運(yùn)動電荷的作用,洛倫茲力的公式(考綱要求 ) 1洛倫茲力：磁場對_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_穿入掌心； 四指指向正電荷運(yùn)動的方向或負(fù)電荷運(yùn)動的_； 拇指指向_的方向 (2)方向特點：FB，F(xiàn)v，即F垂直于B和v決定的 _.,洛倫茲力、洛倫茲力的方向(考綱要求 ),運(yùn)動電荷,垂直,洛倫茲力,平面,反方向,3洛倫茲力的大小 (1)vB時，洛倫茲力F_.(0或180) (2)vB時，洛倫茲力F_.(90) (3)v0時，洛倫茲力F_.,0,qvB,0,1.若vB，帶電粒子不受洛倫茲力，在勻強(qiáng)磁場中做 _運(yùn)動 2若vB，帶電粒子僅受洛倫茲

2、力作用，在垂直于磁感線的平面內(nèi)以入射速度v做_運(yùn)動 3半徑和周期公式：(vB),帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動 (考綱要求 ),勻速直線,勻速圓周,1質(zhì)譜儀 (1)構(gòu)造：如圖821所示，由粒子源、_、_和照相底片等構(gòu)成,質(zhì)譜儀和回旋加速器(考綱要求 ),加速電場,偏轉(zhuǎn)磁場,圖821,(2)原理：粒子由靜止被加速電場加速，根據(jù)動能定理可得關(guān) 系式qU mv2.粒子在磁場中受洛倫茲力作用而偏轉(zhuǎn)，做勻 速圓周運(yùn)動，根據(jù)牛頓第二定律得關(guān)系式qvB_.由 兩式可得出需要研究的物理量，如粒子軌道半徑、粒子質(zhì) 量、比荷 r _，m_， _.,2回旋加速器 (1)構(gòu)造：如圖822所示，D1、D2是半圓金屬盒，D形

3、盒的縫隙處接_電源D形盒處于勻強(qiáng)磁場中,圖822,交流,相等,磁感應(yīng)強(qiáng)度,半徑,無關(guān),1(2013黃山檢測)(單選)下列各圖中，運(yùn)動電荷的速度方向、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 (),基礎(chǔ)自測,解析根據(jù)左手定則，A中F方向應(yīng)向上，B中F方向應(yīng)向下，故A錯、B對C、D中都是vB，F(xiàn)0，故C、D都錯 答案B,2(單選)初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導(dǎo)線的方向射出，直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始運(yùn)動方向如圖823所示，則 () A電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變 B電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變 C電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變 D電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變,圖823,解析由安培定則可知，通電導(dǎo)線

4、右方磁場方向垂直紙面向里，則電子受洛倫茲力方向由左手定則可判知向右，所以電子向右偏；由于洛倫茲力不做功，所以電子速率不變 答案A,3(單選)在如圖824所示垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場中，有一個電子源S，它向紙面的各個方向發(fā)射等速率的電子，已知電子質(zhì)量為m、電荷量為e，紙面上S、P兩點間距為L.則 (),圖824,4(多選)在如圖825所示的虛線MN上方存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙面向外，紙面上直角三角形OPQ的角Q為直角，角O為30.兩帶電粒子a、b分別從O、P兩點垂直于MN同時射入磁場，恰好在Q點相遇，則由此可知 () A帶電粒子a的速度一定比b大 B帶電粒子a的比荷一定比b大 C

5、帶電粒子a的運(yùn)動周期一定比b大 D帶電粒子a的軌道半徑一定比b大,圖825,5(多選)如圖826所示，一個質(zhì)量為m、電荷量為e的粒子從容器A下方的小孔S，無初速度地飄入電勢差為U的加速電場，然后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，最后打在照相底片M上下列說法正確的是 (),圖826,1洛倫茲力的特點 (1)洛倫茲力的方向總是垂直于運(yùn)動電荷速度方向和磁場方向確定的平面 (2)當(dāng)電荷運(yùn)動方向發(fā)生變化時，洛倫茲力的方向也隨之變化 (3)運(yùn)動電荷在磁場中不一定受洛倫茲力作用 (4)左手判斷洛倫茲力方向，但一定分正、負(fù)電荷 (5)洛倫茲力一定不做功,熱點一洛倫茲力的特點與應(yīng)用,2洛倫茲力與安培力的聯(lián)系及

6、區(qū)別 (1)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，二者是相同性質(zhì)的力，都是磁場力 (2)安培力可以做功，而洛倫茲力對運(yùn)動電荷不做功,【典例1】 如圖827所示，空間的某一區(qū)域存在著相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，一個帶電粒子以某一初速度由A點進(jìn)入這個區(qū)域沿直線運(yùn)動，從C點離開區(qū)域；如果將磁場撤去，其他條件不變，則粒子從B點離開場區(qū)；如果將電場撤去，其他條件不變，則這個粒子從D點離開場區(qū)已知BCCD，設(shè)粒子在上述三種情況下，從A到B、從A到C和從A到D所用的時間分別是t1、t2和t3，離開三點時的動能分別是Ek1、Ek2、Ek3，粒子重力忽略不計，以下關(guān)系正確的是 (),圖827,At1t2Ek2Ek3DE

7、k1Ek2Ek3 審題指導(dǎo)(1)當(dāng)電場、磁場同時存在時，粒子做什么運(yùn)動？ _. (2)只有電場時粒子做什么運(yùn)動？如何求其運(yùn)動時間？ _ (3)只有磁場時粒子做什么運(yùn)動？如何求其運(yùn)動時間？ _,解析當(dāng)電場、磁場同時存在時，粒子做勻速直線運(yùn)動，此時qEqvB；當(dāng)只有電場時，粒子從B點射出，做類平拋運(yùn)動，由運(yùn)動的合成與分解可知，水平方向為勻速直線運(yùn)動，所以t1t2；當(dāng)只有磁場時，粒子在洛倫茲力作用下做勻速 圓周運(yùn)動，速度大小不變，但路程變長，則t2t3，因此A選項正確粒子從B點射出時，電場力做正功，動能變大，故C選項正確 答案AC,反思總結(jié)洛倫茲力對運(yùn)動電荷(或帶電體)不做功，不改變 速度的大小，但

8、它可改變運(yùn)動電荷(或帶電體)速度的方向， 影響帶電體所受其他力的大小，影響帶電體的運(yùn)動時間等,【跟蹤短訓(xùn)】 1(2013鄭州三模)如圖828甲所示，某空間存在著足夠大的勻強(qiáng)磁場，磁場沿水平方向磁場中有A、B兩個物塊疊放在一起，置于光滑水平面上物塊A帶正電，物塊B不帶電且表面絕緣在t0時刻，水平恒力F作用在物塊B上，物體A、B由靜止開始做加速度相同的運(yùn)動在物塊A、B一起運(yùn)動的過程中，圖乙反映的可能是 (),圖828,A物塊A所受洛倫茲力大小隨時間t變化的關(guān)系 B物塊A對物塊B的摩擦力大小隨時間t變化的關(guān)系 C物塊A對物塊B的壓力大小隨時間t變化的關(guān)系 D物塊B對地面壓力大小隨時間t變化的關(guān)系 解

9、析洛倫茲力F洛qvBqBat，所以A錯誤物塊A對物塊B的摩擦力大小FfmAa，所以Ff隨時間t的變化保持不變，B錯誤A對B的壓力FNAmAgqvBmAgqBat，C正確B對地面的壓力FNB(mAmB)gqBat，D正確 答案CD,軌道圓的“三個確定” (1)如何確定“圓心” 由兩點和兩線確定圓心，畫出帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動軌跡確定帶電粒子運(yùn)動軌跡上的兩個特殊點(一般是射入和射出磁場時的兩點)，過這兩點作帶電粒子運(yùn)動方向的垂線(這兩垂線即為粒子在這兩點所受洛倫茲力的方向)，則兩垂線的交點就是圓心，如圖829(a)所示,熱點二帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的勻速圓周運(yùn)動,若只已知過其中一個點的粒子運(yùn)動方

10、向，則除過已知運(yùn)動 方向的該點作垂線外，還要將這兩點相連作弦，再作弦的中 垂線，兩垂線交點就是圓心，如圖(b)所示 若只已知一個點及運(yùn)動方向，也知另外某時刻的速度方 向，但不確定該速度方向所在的點，如圖(c)所示，此時要將 其中一速度的延長線與另一速度的反向延長線相交成一角 (PAM)，畫出該角的角平分線，它與已知點的速度的垂線 交于一點O，該點就是圓心,圖829,圖8210,審題指導(dǎo)(1)用左手定則確定粒子剛進(jìn)入磁場時，洛倫茲力 的方向？ _. (2)“粒子射出磁場與射入磁場時運(yùn)動方向間的夾角為 60”._. (3)畫出軌跡利用幾何關(guān)系求半徑,反思總結(jié) 1帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的分析

11、方法,2帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動時的常見情形,3.帶電粒子在有界磁場中的常用幾何關(guān)系 (1)四個點：分別是入射點、出射點、軌跡圓心和入射速度直線與出射速度直線的交點 (2)三個角：速度偏轉(zhuǎn)角、圓心角、弦切角，其中偏轉(zhuǎn)角等于圓心角，也等于弦切角的2倍,【跟蹤短訓(xùn)】 2(2013全國新課標(biāo)，17)空間有一圓柱形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，該區(qū)域的橫截面的半徑為R，磁場方向垂直于橫截面一質(zhì)量為m、電荷量為q(q0)的粒子以速率v0沿橫截面的某直徑射入磁場，離開磁場時速度方向偏離入射方向60.不計重力，該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 (),3如圖8211所示，長方形abcd長ad0.6 m，寬ab0.3 m，O、e分

12、別是ad、bc的中點，以ad為直徑的半圓內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(邊界上無磁場)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.25 T一群不計重力、質(zhì)量m3107kg、電荷量q2103C的帶電粒子以速度v5102m/s沿垂直ad方向且垂直于磁場射入磁場區(qū)域，不考慮粒子間的相互作用,圖8211,(1)若從O點射入的帶電粒子剛好沿Oe直線射出，求空間所加電場的大小和方向 (2)若只有磁場時，某帶電粒子從O點射入，求該粒子從長方形abcd射出的位置,解析(1)若從O點射入的帶電粒子剛好沿Oe直線射出，則粒子所受的洛倫茲力與電場力平衡，即qvBqE，得EvB125 V/m 由左手定則可判斷洛倫茲力方向向上，所以電場力方向向下

13、，因為粒子帶正電，所以電場方向與bc邊平行向下,由于帶電粒子往往是在有界磁場中運(yùn)動，粒子在磁場中只運(yùn)動一段圓弧就飛出磁場邊界，其軌跡不是完整的圓，因此，此類問題往往要根據(jù)帶電粒子運(yùn)動的軌跡作相關(guān)圖去尋找?guī)缀侮P(guān)系，分析臨界條件，然后應(yīng)用數(shù)學(xué)知識和相應(yīng)物理規(guī)律分析求解,思想方法14.求解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動的臨界和極值問題的方法,(1)兩種思路 一是以定理、定律為依據(jù)，首先求出所研究問題的一般規(guī)律和一般解的形式，然后再分析、討論臨界條件下的特殊規(guī)律和特殊解； 二是直接分析、討論臨界狀態(tài)，找出臨界條件，從而通過臨界條件求出臨界值 (2)兩種方法 一是物理方法： 利用臨界條件求極值； 利用問題的邊

14、界條件求極值； 利用矢量圖求極值,二是數(shù)學(xué)方法： 利用三角函數(shù)求極值； 利用二次方程的判別式求極值； 利用不等式的性質(zhì)求極值； 利用圖象法等 (3)從關(guān)鍵詞中找突破口：許多臨界問題，題干中常用“恰好”、“最大”、“至少”、“不相撞”、“不脫離”等詞語對臨界狀態(tài)給以暗示審題時，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,【典例1】 如圖8212所示，在xOy平面內(nèi)第二象限的某區(qū)域存在一個矩形勻強(qiáng)磁場區(qū)，磁場方向垂直xOy平面向里，邊界分別平行于x軸和y軸一個電荷量為e、質(zhì)量為m的電子，從坐標(biāo)原點O以速度v0射入的第二象限，速度方向與y軸正方向成45角，經(jīng)過磁場偏轉(zhuǎn)后，通過P(0，a)

15、點，速度方向垂直于y軸，不計電子的重力,圖8212,(1)若磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，求電子在磁場中運(yùn)動的時間t； (2)為使電子完成上述運(yùn)動，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小應(yīng)滿足的條件； (3)若電子到達(dá)y軸上P點時，撤去矩形勻強(qiáng)磁場，同時在y軸右側(cè)加方向垂直xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1，在y軸左側(cè)加方向垂直xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場，電子在第(k1)次從左向右經(jīng)過y軸(經(jīng)過P點為第1次)時恰好通過坐標(biāo)原點求y軸左側(cè)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B2及上述過程電子的運(yùn)動時間t.,審題指導(dǎo)(1)電子在磁場中做圓周運(yùn)動畫圓弧，找半徑，定圓心圓心角應(yīng)用周期公式求時間t； (2)延長v0與過P的水平線，

16、最大圓弧的兩公切線最大圓弧(弦)最大半徑半徑公式最小磁感應(yīng)強(qiáng)度； (3)電子在y軸右、左側(cè)做圓周運(yùn)動的半徑r1、r2OP的長度與半徑r1、r2的關(guān)系磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B2； (4)電子在y軸右、左側(cè)做圓周運(yùn)動的周期T1、T2電子的運(yùn)動時間t,圖甲,圖乙,反思總結(jié)本題第(2)問中在電子的速度一定的條件下，半徑由磁感應(yīng)強(qiáng)度大小決定，最大半徑對應(yīng)最小的磁感應(yīng)強(qiáng)度作出最大的弦是解決本問的關(guān)鍵，分別將兩速度方向延長或反向延長，可得圓弧的兩公切線，以兩公切線為腰的等腰三角形的底邊為弦，找出最大的弦即可求出最大半徑,圖8213,審題指導(dǎo),即學(xué)即練放置在坐標(biāo)原點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

17、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8214所示若在某區(qū)域內(nèi)存在垂直于xOy平面的勻強(qiáng)磁場(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磁場區(qū)后垂直射到垂直于x軸放置的擋板PQ上，求： (1)擋板PQ的最小長度； (2)磁場區(qū)域的最小面積,圖8214,附：對應(yīng)高考題組 1(2011海南單科，10)空間存在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，圖中的正方形為其邊界一細(xì)束由兩種粒子組成的粒子流沿垂直于磁場的方向從O點入射這兩種粒子帶同種電荷，它們的電荷量、質(zhì)量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子，不計重力下列說法正確的是 (),A入射速度不同的粒子在磁場中的運(yùn)動時間一定不同 B入射速度相同的粒子在磁場中的運(yùn)動軌跡一定相同 C在磁場中運(yùn)動時間相同的粒子，其運(yùn)動軌跡一定相同 D在磁場中運(yùn)動時間越長的粒子，其軌跡所對的圓心角一 定越大,2(2011浙江，20)利用如圖所示裝置可以選擇一定速度范圍內(nèi)的帶電粒子圖中板MN上方是磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，板上有兩條寬度分別為2d和d的縫，兩縫近端相距為L.一群質(zhì)量為m、電荷量為q