高考物理復(fù)習(xí) 高效學(xué)習(xí)方略 章末總結(jié)8 磁場課件

1對稱思想帶電粒子垂直射入磁場后，將做勻速圓周運(yùn)動分析粒子運(yùn)動，會發(fā)現(xiàn)它們具有對稱的特點(diǎn)，即：粒子的運(yùn)動軌跡關(guān)于入射點(diǎn)P與出射點(diǎn)Q的中垂線對稱，軌跡圓心O位于對稱線上，入射速度、出射速度與PQ線間的夾角(也稱為弦切角)相等，并有2t，如圖所示應(yīng)用這一粒子運(yùn)動中的“對稱性”不僅可以輕松地畫出粒子在磁場中的運(yùn)動軌跡，對于某些臨界問題的求解也非常便捷【例1】如圖所示，在x軸上方存在著垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，一個不計(jì)重力的帶電粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O處以速度v進(jìn)入磁場，粒子進(jìn)入磁場時的速度方向垂直于磁場且與x軸正方向成120角，若粒子穿過y軸正半軸后在磁場中到x軸的最大距離為a，則該粒子的比荷和所帶電荷的正負(fù)分別是()2放縮法帶電粒子以任意速度沿特定方向射入勻強(qiáng)磁場時，它們將在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，其軌跡半徑隨速度的變化而變化，如圖所示(圖中只畫出粒子帶正電的情景)，速度v0越大，運(yùn)動半徑也越大可以發(fā)現(xiàn)這樣的粒子源產(chǎn)生的粒子射入磁場后，它們運(yùn)動軌跡的圓心在垂直速度方向的直線PP上 由此我們可得到一種確定臨界條件的方法：在確定這類粒子運(yùn)動的臨界條件時，可以以入射點(diǎn)P為定點(diǎn)，圓心位于PP直線上，將半徑放縮作軌跡，從而探索出臨界條件，使問題迎刃而解，這種方法稱為“放縮法”【例2】如圖所示，寬度為d的勻強(qiáng)有界磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，MM和NN是磁場左右的兩條邊界線現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子沿圖示方向垂直射入磁場中，45.要使粒子不能從右邊界NN射出，求粒子入射速率的最大值為多少？一、帶電粒子在有界磁場中運(yùn)動的分析方法帶電粒子在有界磁場中的運(yùn)動問題是高考的熱點(diǎn)，分析該類問題一般要注意下列結(jié)論：1剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運(yùn)動的軌跡與邊界相切2當(dāng)速率v一定時，弧長(或弦長)越長，圓周角越大，則帶電粒子在有界磁場中運(yùn)動的時間越長 3當(dāng)速率v變化時，圓周角大的，運(yùn)動時間長 在此基礎(chǔ)上再按照定圓心、求半徑、畫軌跡的思路，由洛倫茲力提供粒子做勻速圓周運(yùn)動的向心力這一基本特點(diǎn)分析求解【例1】(2011全國新課標(biāo)理綜)如圖，在區(qū)域(0 xd)和區(qū)域(d0)的粒子a于某時刻從y軸上的P點(diǎn)射入?yún)^(qū)域，其速度方向沿x軸正向已知a在離開區(qū)域時，速度方向與x軸正向的夾角為30；此時，另一質(zhì)量和電荷量均與a相同的粒子b也從P點(diǎn)沿x軸正向射入?yún)^(qū)域，其速度大小是a的.不計(jì)重力和兩粒子之間的相互作用力求：(1)粒子a射入?yún)^(qū)域時速度的大??；(2)當(dāng)a離開區(qū)域時，a、b兩粒子的y坐標(biāo)之差解析(1)設(shè)粒子a在內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動的圓心為C(在y軸上)，半徑為Ra1，粒子速率為va，運(yùn)動軌跡與兩磁場區(qū)域邊界的交點(diǎn)為P，如圖由洛侖茲力公式和牛頓第二定律得二、帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的分析方法帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動是歷屆高考的熱點(diǎn)，高考命題融合力學(xué)、電磁學(xué)等知識，構(gòu)思新穎、綜合性強(qiáng)，注重考查學(xué)生對物理過程和運(yùn)動規(guī)律的綜合分析能力、運(yùn)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力及空間想象能力經(jīng)常作為高考題的壓軸題出現(xiàn)求解此類問題要注意以下幾個方面的問題： 1熟練掌握三種場力的特點(diǎn) (1)重力：重力做功與路徑無關(guān)，重力做功改變物體的重力勢能可引起重力勢能與其他形式能量的轉(zhuǎn)化 (2)電場力：大小為qE，方向與電場強(qiáng)度E的方向及帶電性質(zhì)都有關(guān)電場力做功與路徑無關(guān)，電場力做功改變帶電物體的電勢能 (3)洛倫茲力：只有帶電粒子在磁場中運(yùn)動的速度方向與磁場方向垂直時，洛倫茲力的大小F洛qvB.其方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向、粒子的電性、速度v方向都有關(guān)系，符合左手定則洛倫茲力的方向始終和粒子速度方向垂直，故洛倫茲力不做功，不能改變粒子的動能 2正確分析帶電粒子的受力情況 除重力、彈力、摩擦力外要特別注意靜電力和磁場力的分析，判斷帶電粒子所受重力是否忽略不計(jì)，電場力和洛倫茲力的大小和方向怎樣這些都必須根據(jù)題意以及各場力的特征作出全面的分析 3正確分析帶電粒子運(yùn)動情況 要確定帶電粒子做什么運(yùn)動？是直線還是曲線？是勻速還是變速？有哪些運(yùn)動過程？最典型的運(yùn)動狀態(tài)有平衡狀態(tài)以及類平拋運(yùn)動和勻速圓周運(yùn)動等 4靈活運(yùn)用力學(xué)規(guī)律求解問題 在正確而全面分析題意的基礎(chǔ)上，畫好必要的受力圖和運(yùn)動軌跡圖，再根據(jù)帶電粒子的運(yùn)動狀態(tài)和過程，靈活地運(yùn)用諸如平衡條件、牛頓運(yùn)動定律、功能關(guān)系等力學(xué)規(guī)律來求解 5善于從功和能的角度分析問題 洛倫茲力的方向總是與速度方向垂直，任何情況下都不做功；但重力、靜電力可能做功而引起帶電粒子能量的轉(zhuǎn)化 5善于從功和能的角度分析問題 洛倫茲力的方向總是與速度方向垂直，任何情況下都不做功；但重力、靜電力可能做功而引起帶電粒子能量的轉(zhuǎn)化三、臨界問題的分析方法當(dāng)某種物理現(xiàn)象變化為另一種物理現(xiàn)象或物體從一種狀態(tài)變化為另一種狀態(tài)，發(fā)生質(zhì)的飛躍的轉(zhuǎn)折狀態(tài)通常稱為臨界狀態(tài)涉及臨界狀態(tài)的物理問題叫臨界問題，產(chǎn)生臨界狀態(tài)的條件叫臨界條件臨界問題的分析方法有： 1物理分析法 分析物理過程，找出與臨界狀態(tài)相對應(yīng)的臨界條件，是解決這類題目的關(guān)鍵尋找臨界條件的方法有： (1)從具有臨界含義的物理量(如最大靜摩擦力、臨界角、臨界速度等)及相關(guān)規(guī)律入手 (2)關(guān)注題目中的一些特殊詞語如“恰好”“剛好”“最高”“至少”等，以此為突破口，探求臨界位置或狀態(tài) 2數(shù)學(xué)解析法 許多物理量間可用一個二次函數(shù)來表示，如果這個函數(shù)存在極值，則說明它反映的物理變化存在一個臨界狀態(tài)，用配方法、圖象法求解極值，就可求得臨界點(diǎn)，臨界狀態(tài)的各物理量可一一求出【例3】(2011北京理綜)利用電場和磁場，可以將比荷不同的離子分開，這種方法在化學(xué)分析和原子核技術(shù)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用如圖所示的矩形區(qū)域ACDG(AC邊足夠長)中存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，A處有一狹縫離子源產(chǎn)生的離子，經(jīng)靜電場加速后穿過狹縫沿垂直于GA邊且垂直于磁場的方向射入磁場，運(yùn)動到GA邊，被相應(yīng)的收集器收集整個裝置內(nèi)部為真空已知被加速的兩種正離子的質(zhì)量分別是m1和m2(m1m2)，電荷量均為q.加速電場的電勢差為U，離子進(jìn)入電場時的初速度可以忽略不計(jì)重力，也不考慮離子間的相互作用 (1)求質(zhì)量為m1的離子進(jìn)入磁場時的速率v1； (2)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時，求兩種離子在GA邊落點(diǎn)的間距x； (3)在前面的討論中忽略了狹縫寬度的影響，實(shí)際裝置中狹縫具有一定寬度若狹縫過寬，可能使兩束離子在GA邊上的落點(diǎn)區(qū)域交疊，導(dǎo)致兩種離子無法完全分離 設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可調(diào)，GA邊長為定值L，狹縫寬度為d，狹縫右邊緣在A處離子可以從狹縫各處射入磁場，入射方向仍垂直于GA邊且垂直于磁場為保證上述兩種離子能落在GA邊上并被完全分離，求狹縫的最大寬度