（江浙選考1）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第十章 磁場(chǎng) 第26講 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件.ppt

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1、第26講帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,洛倫茲力 核心知識(shí)整合 1.大小:當(dāng)vB時(shí),F=;當(dāng)vB時(shí),F=。 2.方向: (1)F一定B,也一定與v,即F一定B與v所決定的平面,但B與v不一定垂直。 (2)可由左手定則判定:伸開左手,使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直,并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi),把手放入磁場(chǎng)中,讓磁感線從掌心進(jìn)入,并使伸開的四指指向運(yùn)動(dòng)的方向(或運(yùn)動(dòng)的相反方向),那么,拇指所指的方向,就是洛倫茲力的方向。 3.特點(diǎn):洛倫茲力總是與速度v垂直,故F一定。只改變速度的,不改變速度的。,qvB,0,垂直,垂直,垂直,正電荷,負(fù)電荷,不做功,方向,大小,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,關(guān)

2、鍵能力提升 命題點(diǎn)一洛倫茲力方向 【例1】 下面四幅圖中,前兩幅表示通電直導(dǎo)線所受安培力F、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流I三者方向之間的關(guān)系;后兩幅表示運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力F、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電荷速度v三者方向之間的關(guān)系,其中正確的是(),答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,【例2】 如圖所示,在赤道處,將一小球向東水平拋出,落地點(diǎn)為a;給小球帶上電荷后,仍以原來(lái)的速度拋出,考慮地磁場(chǎng)的影響,下列說法正確的是() A.無(wú)論小球帶何種電荷,小球仍會(huì)落在a點(diǎn) B.無(wú)論小球帶何種電荷,小球下落時(shí)間都會(huì)延長(zhǎng) C.若小球帶負(fù)電荷,小球會(huì)落在更遠(yuǎn)的b點(diǎn) D.若小球帶正電荷,小球會(huì)落在更遠(yuǎn)的b點(diǎn),答案,解析,考點(diǎn)一,

3、考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,命題點(diǎn)二洛倫茲力大小 【例3】 (多選)如圖甲所示為一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為+q的圓環(huán),可在水平放置的足夠長(zhǎng)的粗糙細(xì)桿上滑動(dòng),細(xì)桿放于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中?，F(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0,在以后的運(yùn)動(dòng)過程中,圓環(huán)運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)間圖象可能是下列選項(xiàng)中的(),答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,易錯(cuò)警示1.F與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。速度變化會(huì)引起F的變化,對(duì)電荷進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析時(shí)應(yīng)注意。 2.當(dāng)帶電體的速度變化時(shí),洛倫茲力變化,與之相關(guān)的彈力、摩擦力都要變化,它們的變化又會(huì)引起帶電體的運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)變化,這種變化又進(jìn)一步影響洛倫茲力的變化,直到帶電體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考

4、點(diǎn)三,命題點(diǎn)三地磁場(chǎng)的特點(diǎn) 【例4】 每時(shí)每刻都有大量帶電的宇宙射線向地球射來(lái),幸好地球磁場(chǎng)可以有效地改變這些宇宙射線中大多數(shù)射線粒子的運(yùn)動(dòng)方向,使它們不能到達(dá)地面,這對(duì)地球上的生命有十分重要的意義。假設(shè)有一個(gè)帶正電的宇宙射線粒子垂直于地面向赤道射來(lái),如圖所示,則在地球磁場(chǎng)的作用下,它將向什么方向偏轉(zhuǎn)() A.向東B.向南 C.向西D.向北,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,方法技巧地磁場(chǎng)的特點(diǎn) (1)在地理兩極附近磁場(chǎng)最強(qiáng),赤道處磁場(chǎng)最弱。 (2)地磁場(chǎng)的N極在地理南極附近,地磁場(chǎng)的S極在地理北極附近。 (3)在赤道平面(地磁場(chǎng)的中性面)附近,距離地球表面相等的各點(diǎn),地磁場(chǎng)的強(qiáng)弱程度相

5、同,且方向水平。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng) 核心知識(shí)整合 1.若vB,帶電粒子不受洛倫茲力,則帶電粒子做運(yùn)動(dòng)。 2.若帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng),則做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 (1)向心力由提供:= (2)軌道半徑r=,周期T=。,勻速直線,洛倫茲力,qvB,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,3.勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心的確定 (1)已知粒子入射點(diǎn)、入射方向及射出點(diǎn),作速度方向的垂線及弦的垂直平分線,交點(diǎn)即為圓心,如圖甲所示。 (2)已知粒子運(yùn)動(dòng)軌跡上兩點(diǎn)的速度方向,作這兩速度的垂線,交點(diǎn)即為圓心,如圖乙所示。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,4.半徑的確定和計(jì)算 (1)當(dāng)m、v、q、B四個(gè)量中只有部分

6、量已知,不全都是已知量時(shí),半徑的計(jì)算應(yīng)利用幾何知識(shí)確定,常用解直角三角形的方法,注意以下兩個(gè)重要的幾何特點(diǎn)。 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(如圖所示),即==2=t。 相對(duì)的弦切角()相等,與相鄰的弦切角()互補(bǔ),即+=180。 (2)當(dāng)m、v、q、B四個(gè)量都是已知量時(shí),半徑由公式 確定。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,關(guān)鍵能力提升 命題點(diǎn)一電場(chǎng)力和洛倫茲力的區(qū)別,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,命題點(diǎn)二半徑與周期公式 【例6】 如圖所示,在x0,y0的空間中有恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于xOy平面向里,大小為B

7、,現(xiàn)有四個(gè)相同的帶電粒子,由x軸上的P點(diǎn)以不同初速度平行于y軸射入此磁場(chǎng),其出射方向如圖所示,不計(jì)重力影響,則() A.初速度最大的粒子是沿方向出射的粒子 B.初速度最大的粒子是沿方向出射的粒子 C.在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷時(shí)間最長(zhǎng)的是沿方向出射的粒子 D.在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷時(shí)間最短的是沿方向出射的粒子,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,【例7】 右圖為洛倫茲力演示儀的結(jié)構(gòu)圖。勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,電子束由電子槍產(chǎn)生,其速度方向與磁場(chǎng)方向垂直。電子速度的大小和磁場(chǎng)強(qiáng)弱可分別由通過電子槍的加速電壓和勵(lì)磁線圈的電流來(lái)調(diào)節(jié)。下列說法正確的是() A.僅增大勵(lì)磁線圈中電流,電子束徑跡的半徑

8、變大 B.僅提高電子槍加速電壓,電子束徑跡的半徑變大 C.僅增大勵(lì)磁線圈中電流,電子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期將變大 D.僅提高電子槍加速電壓,電子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期將變大,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,思路點(diǎn)撥處理帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)問題的基本步驟,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 核心知識(shí)整合 1.有界磁場(chǎng)的邊界通常有直線和圓形兩種,運(yùn)動(dòng)軌跡與磁場(chǎng)的邊界關(guān)系如下: (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)越長(zhǎng),軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角越大,則帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,(3)圓周運(yùn)動(dòng)

9、中有關(guān)對(duì)稱的規(guī)律: 從同一直線邊界射入的粒子,再?gòu)倪@一邊界射出時(shí),速度與邊界的夾角相等。 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡關(guān)于入射點(diǎn)P與出射點(diǎn)Q的中垂線對(duì)稱,軌跡圓心O位于中垂線上,并有==2=t,如圖甲所示。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,2.勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊界為圓形時(shí)的常用結(jié)論: (1)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡為一段圓弧,且關(guān)于磁場(chǎng)圓與粒子軌跡圓圓心連線OO對(duì)稱。 (2)若帶電粒子以垂直于磁場(chǎng)的速度沿磁場(chǎng)圓徑向入射,則在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)后沿半徑方向離開,如圖乙所示。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,(3)由圖乙知偏轉(zhuǎn)角度大小與兩圓半徑的關(guān)系為 (4)把入射點(diǎn)到出射點(diǎn)連接起來(lái)的線段是磁場(chǎng)圓的一條弦,以該條弦為直徑的圓就

10、是最小圓,可求出圓形磁場(chǎng)區(qū)的最小面積。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,關(guān)鍵能力提升 命題點(diǎn)一直線邊界的有界磁場(chǎng)問題 【例8】 三個(gè)速度大小不同的同種帶電粒子,沿如圖所示長(zhǎng)方形區(qū)域勻強(qiáng)磁場(chǎng)的上邊緣射入,當(dāng)它們從下邊緣飛出時(shí),對(duì)入射方向的偏角分別為90、60、30,則它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為(),答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,【例9】 下圖為可測(cè)定比荷的某裝置的簡(jiǎn)化示意圖,在第一象限區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=2.010-3 T,x軸上距坐標(biāo)原點(diǎn)l=0.50 m的P處為離子的入射口,在y軸上安放接收器,現(xiàn)將一帶正電荷的粒子以v=3.5104 m/s的速率從P處射入磁場(chǎng),若

11、粒子在y軸上距坐標(biāo)原點(diǎn)l=0.50 m的M處被觀測(cè)到,且運(yùn)動(dòng)軌跡半徑恰好最小,設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m,電荷量為q,不計(jì)其重力。則上述粒子的比荷 (C/kg)是() A.3.5107 C/kgB.4.9107 C/kg C.5.3107 C/kgD.7107 C/kg,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,命題點(diǎn)二圓形邊界的有界磁場(chǎng)問題 【例10】 空間有一圓柱形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,該區(qū)域的橫截面的半徑為R,磁場(chǎng)方向垂直橫截面。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(chǎng),離開磁場(chǎng)時(shí)速度方向偏離入射方向60。不計(jì)重力,該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為(),方法技巧粒子沿指向圓心方向射

12、入圓形磁場(chǎng)區(qū)域,一定背向圓心方向射出磁場(chǎng)。,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,【例11】 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(),答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,方法技巧粒子由外部進(jìn)入圓形磁場(chǎng)區(qū)域時(shí),連接進(jìn)入點(diǎn)、穿出點(diǎn)、磁場(chǎng)區(qū)域圓心、轉(zhuǎn)動(dòng)圓心,構(gòu)成“箏型”,利用箏型特點(diǎn)可以進(jìn)行求解。 箏型特點(diǎn):(1)對(duì)角

13、線相互垂直; (2)三角形O1AO2與三角形O1BO2全等; (3)箏型內(nèi)角和為360。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,命題點(diǎn)三粒子在有界磁場(chǎng)中極值問題 【例12】 如圖所示的空間分為、兩個(gè)區(qū)域,邊界AD與邊界AC的夾角為30,邊界AC與MN平行,、區(qū)域均存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的方向分別為垂直紙面向外和垂直紙面向里,區(qū)域?qū)挾葹閐,邊界AD上的P點(diǎn)與A點(diǎn)間距離為2d。一質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子以速度 ,沿紙面與邊界AD成60的圖示方向從左邊進(jìn)入?yún)^(qū)域磁場(chǎng)(粒子的重力可忽略不計(jì))。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,(1)若粒子從P點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng),從邊界MN飛出磁場(chǎng),求粒子經(jīng)過兩磁場(chǎng)區(qū)域的時(shí)間

14、? (2)粒子從距A點(diǎn)多遠(yuǎn)處進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),在區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短? (3)若粒子從P點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),在整個(gè)空間加一垂直紙面向里的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E,當(dāng)粒子經(jīng)過邊界AC時(shí)撤去電場(chǎng),則該粒子在穿過兩磁場(chǎng)區(qū)域的過程中沿垂直紙面方向移動(dòng)的距離為多少?,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,方法技巧粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),時(shí)間越短,圓心角越小,弧長(zhǎng)越小,一般求解最短時(shí)間即為求最短弦長(zhǎng)。,1,2,3,4,5,答案,解析,1,2,3,4,5,2.(多選)如圖所示,用絕緣細(xì)絲線懸吊著的帶正電小球在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做往復(fù)運(yùn)動(dòng),則() A.在左右兩個(gè)最高點(diǎn),小球所受合力相等 B.當(dāng)小球每次通過平衡位置時(shí),速

15、度相同 C.當(dāng)小球每次通過平衡位置時(shí),絲線的拉力相同 D.當(dāng)小球每次通過平衡位置時(shí),動(dòng)能相同,答案,解析,1,2,3,4,5,3.(2018浙江11月選考)磁流體發(fā)電的原理如圖所示。將一束速度為v的等離子體垂直于磁場(chǎng)方向噴入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,在相距為d、寬為a、長(zhǎng)為b的兩平行金屬板間便產(chǎn)生電壓。如果把上、下板和電阻R連接,上、下板就是一個(gè)直流電源的兩極。若穩(wěn)定時(shí)等離子體在兩板間均勻分布,電阻率為。忽略邊緣效應(yīng),下列判斷正確的是(),答案,解析,1,2,3,4,5,答案,解析,1,2,3,4,5,5.如圖所示,在x0,y0的空間中有恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于xOy平面向里,大小為B。現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子,從x軸上的某點(diǎn)P沿著與x軸正方向成30角的方向射入磁場(chǎng)。不計(jì)重力的影響,則下列有關(guān)說法正確的是(),答案,解析,