2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題八 磁場 第2講 磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用課件.ppt

第2講 磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 考點(diǎn)1 洛倫茲力及其特點(diǎn) 運(yùn)動(dòng) 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(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直時(shí) 電荷 所受洛倫茲力f qvB 2 當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向平行時(shí) 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(yīng)用左手定則 注意四指應(yīng)指向電流的方向 即正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的 2 方向特點(diǎn) 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(guān) 考點(diǎn)2 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) 1 速度與磁場平行時(shí) 帶電粒子不受洛倫茲力作用 在勻 強(qiáng)磁場中做 運(yùn)動(dòng) 勻速直線 勻速圓周 2 速度與磁場垂直時(shí) 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(yùn)動(dòng) v2R qvB 2 軌道半徑公式 R mvqB 2 mqB 3 周期 T 2 Rv 基礎(chǔ)自測 1 如圖8 2 1所示 a是豎直平面P上的一點(diǎn) P前有一條形磁鐵垂直于P 且S極朝向a點(diǎn) 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(diǎn) 在電子經(jīng)過a點(diǎn)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(biāo) 卷 兩相鄰的勻強(qiáng)磁場區(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)磁場區(qū)域進(jìn)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(biāo) 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(qiáng)磁場 未畫出 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的中點(diǎn)O 已知粒子穿越鋁板時(shí) 其動(dòng)能損失一半 速度方向和電荷量不變 不計(jì)重力 鋁板上方和下方 的磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度為B 方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中 一質(zhì)量為m 電荷量為e的電子 從a點(diǎn)垂直磁感線以初速度v開始運(yùn)動(dòng) 經(jīng)一段時(shí)間t后經(jīng)過b點(diǎn) 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(diǎn)1 洛倫茲力的特點(diǎn) 熱點(diǎn)歸納 1 洛倫茲力方向的特點(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方向所確定的平面 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 左手定則判斷洛倫茲力方向 但一定分正 負(fù)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(xué)期末 四根等長的導(dǎo)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(fù)方向噴射電子 則電子剛被噴射出時(shí)受到的洛倫茲力方向 為 A 沿y軸負(fù)方向B 沿y軸正方向C 沿z軸正方向 D 沿z軸負(fù)方向 圖8 2 4 解析 沿x軸負(fù)方向觀察 根據(jù)右手螺旋定則 判斷出四根導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的合磁場方向沿z軸負(fù)方向 電子初速度方向沿x軸負(fù)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(gè)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(qiáng)電場中 丙球處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中 它們落地的時(shí)間分別為t甲 t乙 t丙 落地 時(shí)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(dòng)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(fù)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(qiáng)磁場 現(xiàn)加一水平向左的勻強(qiáng)電場 發(fā)現(xiàn)甲 乙一起向右加速運(yùn)動(dòng) 在加速運(yùn)動(dòng) 階段 圖8 2 6 A 甲 乙兩物塊一起做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng) 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?yàn)檎w做加速運(yùn)動(dòng) 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(cuò)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(cuò)誤 答案 AC 熱點(diǎn)2 帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式 典題4 多選 2015年新課標(biāo) 卷 有兩個(gè)勻強(qiáng)磁場區(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 熱點(diǎn)3 帶電粒子在有界磁場中的運(yùn)動(dòng) 熱點(diǎn)歸納 1 圓心的確定 甲 乙 圖8 2 7 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8 2 7甲所示 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 2 半徑的確定和計(jì)算 利用平面幾何關(guān)系 求出該圓的可能半徑 或圓心角 求 解時(shí)注意以下幾個(gè)重要的幾何特點(diǎn) 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(yīng)用 勾股定理 找到AB的中點(diǎn)C 連接 OC 則 AOC BOC都是直角三角形 3 運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定 粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間為T 當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)的圓弧所 4 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)解題 三步法 1 畫軌跡 即確定圓心 畫出運(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 考向1 直線邊界磁場 帶電粒子在直線邊界磁場中的運(yùn)動(dòng) 進(jìn) 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(biāo) 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(yīng)強(qiáng)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(biāo)原點(diǎn)O沿x軸正方向射入磁場 此時(shí)開始計(jì)時(shí) 當(dāng)粒子的速度方向再次沿x軸正向時(shí) 求 不計(jì)重力 1 粒子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 2 粒子與O點(diǎn)間的距離 圖8 2 10 解 1 在勻強(qiáng)磁場中 帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng) 設(shè)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng) 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(biāo) 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(qiáng)磁場 P為磁場邊界上的一點(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(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 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(qiáng)磁場 一個(gè)帶電粒子以速度v從A點(diǎn)沿直徑AOB方向射入磁場 經(jīng)過 t時(shí)間從C點(diǎn)射出磁場 OC與OB成60 不計(jì)重力 則粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)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(yùn)用動(dòng)態(tài)思維 尋找臨界點(diǎn) 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(shí)由磁場邊界和題設(shè)條件畫好軌跡 定好圓心 建立幾何關(guān)系 2 尋找臨界點(diǎn)常用的結(jié)論 剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌 跡與邊界相切 當(dāng)速度v一定時(shí) 弧長 或弦長 越長 圓心角越大 則 帶電粒子在有界磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長 當(dāng)速度v變化時(shí) 圓心角越大 運(yùn)動(dòng)時(shí)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(gè)長l d的粒子吸收板AB 在AB左側(cè)存在垂直于紙面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場 在原點(diǎn)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(jì)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(diǎn)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(diǎn)進(jìn)入AB右側(cè)區(qū)間的粒子 需在AB右側(cè)加一垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場 圖中未畫出 求此磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和此類粒子從O點(diǎn)發(fā)射到進(jìn)入回收器所用的時(shí)間 解 1 粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 洛倫茲力提供向心力 設(shè)粒子的速率為v1時(shí) 恰好打在吸收板AB的A點(diǎn) 由圖8 2 16中幾何關(guān)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(shè)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 時(shí) 經(jīng)過B點(diǎn)的粒子能夠到達(dá)C點(diǎn) 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(qiáng)磁場 未畫 邊的中點(diǎn) 大量質(zhì)量為m 速度為v0的粒子從O點(diǎn)沿不同的方向垂直于磁場方向射入該磁場區(qū)域 不計(jì)粒子重力 則從AB邊 和AC邊射出的粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間可能為 圖8 2 17 答案 BCD