山東省2020版高考物理一輪復習 第九章 磁場 第2節(jié) 磁場對運動電荷的作用課件 新人教版.ppt

第2節(jié)磁場對運動電荷的作用,知識梳理,考點自診,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:磁場對 運動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。 四指指向正電荷運動的方向或負電荷運動的 反方向。 拇指指向 洛倫茲力的方向。 (2)方向特點:FB,Fv,即F垂直于B和v決定的 平面。,知識梳理,考點自診,3.洛倫茲力的大小 F= qvBsin ,為v與B的夾角,如圖所示。 (1)vB,=0或180,洛倫茲力F= 0。 (2)vB時,=90,洛倫茲力F= qvB。 (3)v=0時,洛倫茲力F= 0。,知識梳理,考點自診,4.洛倫茲力與電場力的比較,知識梳理,考點自診,二、帶電粒子在勻強磁場中的運動 1.若vB,帶電粒子以入射速度v做 勻速直線運動。 2.若vB,帶電粒子在垂直于磁感線的平面內(nèi),以入射速度v做 勻速圓周運動。 3.基本公式,知識梳理,考點自診,1.判斷下列說法的正誤。 (1)洛倫茲力的方向、粒子運動方向、磁場方向兩兩相互垂直。() (2)帶電粒子的速度大小相同,所受洛倫茲力不一定相同。() (3)洛倫茲力和安培力是性質(zhì)完全不同的兩種力。() (4)粒子在只受到洛倫茲力作用時運動的動能不變。() (5)運動電荷進入磁場后(無其他力作用)可能做勻速直線運動。 (),答案,知識梳理,考點自診,2.(2018山西太原二模)目前,我國柔性直流輸電技術世界領先。上海南匯風電場柔性直流輸電工程,輸送容量為2104 kW,直流電壓等級30 kV。設某段輸電線路的兩導線在同一豎直平面內(nèi),若宇宙射線中的質(zhì)子、電子以速率v0到達輸電線所在處,不考慮地磁場的影響和粒子速率的變化,質(zhì)子的運動軌跡大致是下圖中的(),答案,解析,知識梳理,考點自診,3.(2018湖北仙桃、天門、潛江三市期末)如圖所示,在圓形區(qū)域內(nèi),存在垂直紙面向外的勻強磁場,ab是圓的一條水平直徑。一帶電粒子從a點射入磁場,速度大小為2v,方向斜向上與ab成30角時,粒子恰好從b點飛出磁場,在磁場中運動的時間為t;若相同的粒子從a點沿ab方向射入磁場,速度大小為v,則粒子在磁場中運動的時間為(不計帶電粒子所受重力)(),B,知識梳理,考點自診,解析:粒子在磁場中做圓周運動的周期: 與粒子速率無關;設圓形區(qū)域半徑為R 粒子運動軌跡如圖所示:,知識梳理,考點自診,知識梳理,考點自診,4.(2018湖南三湘名校大聯(lián)考)如圖所示,在間距為d的豎直虛線MN、PQ區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向外的勻強磁場。一質(zhì)量為m,電荷量為+q的帶電粒子沿與豎直方向成60的方向,從A點以速度v0進入勻強磁場。不計粒子的重力,若要使粒子從MN飛出磁場,則磁感應強度的最小值為 (),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,帶電粒子在磁場中的圓周運動 1.帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動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,命題點一,命題點二,命題點三,2.圓心的確定 (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(如圖甲所示)。,命題點一,命題點二,命題點三,(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)。 (3)帶電粒子在不同邊界磁場中的運動 直線邊界(進出磁場具有對稱性,如圖丙所示)。,命題點一,命題點二,命題點三,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)。,命題點一,命題點二,命題點三,3.半徑的確定和計算,方法二由幾何方法求:一般由數(shù)學知識(勾股定理、三角函數(shù)等)計算來確定。 4.時間的計算方法,命題點一,命題點二,命題點三,典例1(2016全國卷)一圓筒處于磁感應強度大小為B的勻強磁場中,磁場方向與筒的軸平行,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針轉(zhuǎn)動。在該截面內(nèi),一帶電粒子從小孔M射入筒內(nèi),射入時的運動方向與MN成30角。當筒轉(zhuǎn)過90時,該粒子恰好從小孔N飛出圓筒。不計重力。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,命題點一,命題點二,命題點三,解析:如圖為筒轉(zhuǎn)過90前后各點位置和粒子運動軌跡示意圖。M、N分別為入射點和出射點,分別作入射速度的垂線和MN的中垂線,交點即為軌跡圓的圓心O。,命題點一,命題點二,命題點三,根據(jù)題意,NMN=45,OM與NM延長線的夾角為60,所以OMN=75,MON=30,即軌跡圓的圓心角為30,轉(zhuǎn)動筒的,思維點撥 當筒轉(zhuǎn)過90時,該粒子恰好從小孔N飛出圓筒粒子在磁場中做圓周運動的軌跡 圓周運動的圓弧所對的圓心角粒子在磁場中運動的時間,命題點一,命題點二,命題點三,帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動解題“三步法”,命題點一,命題點二,命題點三,即學即練 1.(2017全國卷)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v2v1為(),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,2.(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磁場。一帶正電的粒子從f點沿fd方向射入磁場區(qū)域,當速度大小為vb時,從b點離開磁場,在磁場中運動的時間為tb;當速度大小為vc時,從c點離開磁場,在磁場中運動的時間為tc,不計粒子重力。則() A.vbvc=12,tbtc=21 B.vbvc=21,tbtc=12 C.vbvc=21,tbtc=21 D.vbvc=12,tbtc=12,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,3.(2018重慶期末)如圖所示,在0 x3a的區(qū)域內(nèi)存在與xOy平面垂直的勻強磁場,磁感應強度大小為B。在t=0時刻,從原點O發(fā)射一束等速率的相同的帶電粒子,速度方向與y軸正方向的夾角分布在090范圍內(nèi)。其中,沿y軸正方向發(fā)射的粒子在t=t0時刻剛好從磁場右邊界上P(3a, a)點離開磁場,不計粒子重力,下列說法正確的是() A.粒子在磁場中做圓周運動的半徑為3a D.帶電粒子在磁場中運動的最長時間為2t0,D,命題點一,命題點二,命題點三,命題點一,命題點二,命題點三,4.(2019河北張家口月考)如圖所示,半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應強度為B,一帶正電粒子以速度v0從A點沿直徑AC方向射入磁場,從D點離開磁場,半徑OD與OC成60角,不計粒子重力,則帶電粒子的比荷為(),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,5.(2018福建廈門質(zhì)檢)如圖所示,在平面直角坐標系中有一個垂直紙面向里的圓形勻強磁場,其邊界過原點O和y軸上的點a(0,L)。一質(zhì)量為m、電荷量為e的電子從a點以初速度v0平行于x軸正方向射入磁場,并從x軸上的b點射出磁場,此時速度方向與x軸正方向的夾角為60,下列說法中正確的是() A.電子在磁場中做圓周運動的圓心坐標為(0,0) B.電子在磁場中做圓周運動的圓心坐標為(0,-2L),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,帶電粒子在磁場中運動的多解問題,命題點一,命題點二,命題點三,命題點一,命題點二,命題點三,典例2(多選)(2018河南商丘模擬)一質(zhì)量為m,電荷量為q的負電荷在磁感應強度為B的勻強磁場中繞固定的正電荷沿固定的光滑軌道做勻速圓周運動,若磁場方向垂直于它的運動平面,且作用在負電荷的電場力恰好是磁場力的三倍,則負電荷做圓周運動的角速度可能是(),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,思維點撥“磁場方向垂直于它的運動平面”可知B的方向有兩種可能;“負電荷的角速度出現(xiàn)可能”的原因是電場力和洛倫茲力的方向是同向還是反向。 通過本題的訓練,可以訓練思維的嚴密性和全面性,使科學思維素養(yǎng)得到提升。,命題點一,命題點二,命題點三,即學即練 6.(多選)(2018河南三門峽期末)如圖,寬度為d的有界勻強磁場,磁感應強度為B,MM和NN是它的兩條邊界線,現(xiàn)有質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子沿圖示方向垂直磁場射入,要使粒子不能從邊界NN射出,粒子入射速率v的最大可能是(),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,7.(多選)(2018安徽皖南八校第二次聯(lián)考)如圖所示, 正方形abcd區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強磁場,O 點是cd邊的中點,一個帶正電的粒子(重力忽略不計) 若從O點沿紙面以垂直于cd邊的速度射入正方形內(nèi), 經(jīng)過時間t0剛好從c點射出磁場?，F(xiàn)設法使該帶電粒子從O點沿紙面以與Od成30的方向(如圖中虛線所示),以各種不同的速率射入正方形內(nèi),那么下列說法中正確的是() A.該帶電粒子不可能剛好從正方形的某個頂點射出磁場,ABC,命題點一,命題點二,命題點三,解析:由題,帶電粒子以垂直于cd邊的速度射入正方形 內(nèi),經(jīng)過時間t0剛好從c點射出磁場,則知帶電粒子的運 動周期為T=2t0。A.作出粒子恰好從各邊射出的軌跡, 發(fā)現(xiàn)粒子不可能經(jīng)過正方形的某頂點。故A正確;B.作 出粒子恰好從ab邊射出的軌跡,由幾何關系知圓心角不大于150,在磁場中經(jīng)歷的時間不大于5/12個周期,即5t0/6.圓心角不小于60,在磁場中經(jīng)歷的時間不小于1/6個周期,即t0/3.故B正確;C.作出粒子恰好從bc邊射出的軌跡。由幾何關系知圓心角不大于240,在磁場中經(jīng)歷的時間不大于2/3個周期,即4t0/3。圓心角不小于150,在磁場中經(jīng)歷的時間不小于5/12個周期,即5t0/6。故C正確;D.若該帶電粒子在磁場中經(jīng)歷的時間是5/6個周期,即5t0/3。粒子軌跡的圓心角為=5/3,速度的偏向角也為5/3,根據(jù)幾何知識得知,粒子射出磁場時與磁場邊界的夾角為30,必定從cd射出磁場。故D錯誤。故選:ABC。,命題點一,命題點二,命題點三,8.(多選)(2018湖南益陽調(diào)研)如圖所示,在某空間的一個區(qū)域內(nèi)有一直線PQ與水平面成45角,在PQ兩側(cè)存在垂直于紙面且方向相反的勻強磁場,磁感應強度大小均為B。位于直線上的a點有一粒子源,能不斷地水平向右發(fā)射速率不等的相同粒子,粒子帶正電,電荷量為q,質(zhì)量為m,所有粒子運動過程中都經(jīng)過直線PQ上的b點,已知ab=d,不計粒子重力及粒子相互間的作用力,則粒子的速率可能為(),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,帶電粒子在有界磁場中的臨界極值問題 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(或磁感應強度B)之間的約束關系進行動態(tài)運動軌跡分析,確定軌跡圓和邊界的關系,找出臨界點,如: 1.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,據(jù)此可以確定速度、磁感應強度、軌跡半徑、磁場區(qū)域面積等方面的極值。 2.當速度v一定時,弧長(或弦長)越大,圓心角越大,則帶電粒子在有界磁場中運動的時間越長(前提條件為弧是劣弧)。 3.當速率變化時,圓心角大的,運動時間長。 4.在運動軌跡圓半徑大于磁場區(qū)域圓半徑的圓形勻強磁場中,入射點和出射點為磁場直徑的兩個端點時(所有的弦長中直徑最長),軌跡對應的偏轉(zhuǎn)角最大。,命題點一,命題點二,命題點三,典例3(2018安徽黃山一模)如圖所示,在半個空間中分布一勻強磁場,磁感應強度為B(垂直紙面并指向紙面內(nèi))。磁場邊界為MN(垂直紙面的一個平面)。在磁場區(qū)內(nèi)有一點電子源(輻射發(fā)射源)S,向四面八方均勻地,持續(xù)不斷地發(fā)射電子。這里僅考察電子源所在的平面內(nèi),由電子源發(fā)射的電子,不計電子間的相互作用,并設電子源離界面MN的垂直距離為L,電子質(zhì)量為m,電子帶電量為e。,(1)點源S發(fā)射的電子,其速度達多大時,界面MN上將有電子逸出? (2)若點源S發(fā)射的電子速度大小均為 ,在界面MN上多寬范圍內(nèi)有電子逸出? (3)若電子速度為 ,逸出的電子數(shù)占總發(fā)射電子數(shù)的比例為多少?,命題點一,命題點二,命題點三,命題點一,命題點二,命題點三,命題點一,命題點二,命題點三,命題點一,命題點二,命題點三,思維點撥考慮恰好有粒子從邊界射出的臨界情況,畫出運動軌跡,結合幾何關系得到軌道半徑,根據(jù)牛頓第二定律列式分析即可;若點源S發(fā)射的電子速度大小均為 ,先根據(jù)牛頓第二定律列式求解軌道半徑;再考慮與邊界相切的兩種臨界情況,結合幾何關系得到界面MN上多寬范圍內(nèi)有電子逸出;同樣先根據(jù)牛頓第二定律列式求解軌道半徑,然后畫出臨界圖,得到能從邊界射出的粒子比例。 臨界問題的一般解題流程,命題點一,命題點二,命題點三,即學即練 9.(2018安徽安慶二模)如圖所示,正方形虛線框ABCD邊長為a,內(nèi)有垂直于線框平面向里、磁感應強度大小為B的勻強磁場,一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電粒子從AB邊中點P垂直AB邊以初速度v0射入勻強磁場,不計粒子重力,則下列判斷正確的是 (),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,10.(多選)(2018湖北十堰調(diào)研)如圖所示,有一垂直于紙面向外的有界勻強磁場,磁場的磁感應強度為B,其邊界為一邊長為L的正三角形(邊界上有磁場),A、B、C為三角形的三個頂點。今有一質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子(不計重力),以速度 從AB邊上的某點P既垂直于AB邊又垂直于磁場的方向射入磁場,然后從BC邊上某點Q射出。若從P點射入的該粒子能從Q點射出,則(),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,11.(多選)(2018河南商丘期末)如圖所示,在直角坐 標系xOy中,虛線ACD是以坐標原點O為圓心、以 AD=0.2 m為直徑的半圓,AD在x軸上,在y0的空 間內(nèi)有垂直紙面向外的勻強磁場,磁感應強度大小 為B=0.667 T。在半圓弧ACD上某處有一質(zhì)子源S,當S在ACD上的不同位置時,總是沿+y方向發(fā)射速度為v=1.6106 m/s的質(zhì)子,質(zhì)子的質(zhì)量m=6.6710-27 kg,電荷量q=1.610-19C,不計質(zhì)子重力。設圓心角AOS=,下列說法正確的是() A.當90時,質(zhì)子源發(fā)射的質(zhì)子在磁場中運動時都經(jīng)過D點,ACD,命題點一,命題點二,命題點三,命題點一,命題點二,命題點三,