高考物理一輪復(fù)習(xí)方案 （高頻考點(diǎn)+熱點(diǎn)導(dǎo)練+歷年高考題）第8章 第3節(jié) 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用課件 新人教版

第第3節(jié)節(jié)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用考點(diǎn)考點(diǎn)1：洛倫茲力的特點(diǎn)：洛倫茲力的特點(diǎn)【例1】帶電粒子垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到洛倫茲力的作用下列表述正確的是()A洛倫茲力對(duì)帶電粒子做功B洛倫茲力不改變帶電粒子的動(dòng)能C洛倫茲力的大小與速度無(wú)關(guān)D洛倫茲力不改變帶電粒子的速度方向切入點(diǎn)：洛倫茲力的方向總是與運(yùn)動(dòng)方向垂直【解析】洛倫茲力的方向與運(yùn)動(dòng)方向垂直，只改變速度的方向，不改變速度的大小，不對(duì)帶電粒子做功，不改變帶電粒子的動(dòng)能，A錯(cuò)，B對(duì)，D錯(cuò)洛倫茲力的大小F=qvB，與速度有關(guān)，C錯(cuò)答案：B點(diǎn)評(píng)：本題從洛倫茲力的方向、及做功的角度考查洛倫茲力的特點(diǎn)考點(diǎn)考點(diǎn)2：帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題：帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題833002.090(2010)2xaayxyBOmqxyyaa 如圖所示，在、范圍內(nèi)有垂直于平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 坐標(biāo)原點(diǎn) 處有一個(gè)粒子源，在某時(shí)刻發(fā)射大量質(zhì)量為 、電荷量為 的帶正電粒子，它們的速度大小相同，速度方向均在平面內(nèi)，與 軸正方向的夾角分布在 范圍內(nèi)已知粒子在磁場(chǎng)中做圓【例2】周運(yùn)動(dòng)的半徑介于到 之間，從發(fā)新課標(biāo)卷射粒子到粒子全部離開磁場(chǎng)經(jīng)歷的時(shí)間恰好為粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)周期的四分之一，求最后離開磁場(chǎng)的粒子從粒子源射出時(shí)的：(1)速度大小；(2)速度方向與y軸正方向夾角的正弦圖8332vRmvmvqvBRRqB設(shè)粒子的發(fā)射速度為 ，粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為 ，由牛頓第二定律和洛倫茲力公式，得，解得：【解析】2.42sinsincos2aRaCtTtOCAyaRRRaR 當(dāng) 時(shí)，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)的粒子，其軌跡是圓心為 的圓弧，圓弧與磁場(chǎng)的上邊界相切，如圖所示，設(shè)該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為 ，依題意，時(shí)，設(shè)最后離開磁場(chǎng)的粒子的發(fā)射方向與 軸正方向的夾角為 ，由幾何關(guān)系可得：，點(diǎn)評(píng)：帶電粒子在磁場(chǎng)中的做圓周運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，涉及的物理知識(shí)比較單一，核心就是洛倫茲力提供帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵是正確分析運(yùn)動(dòng)過(guò)程，作出運(yùn)動(dòng)軌跡圖，找出物理量之間的幾何關(guān)系22sincos16666(2)(2)sin.2210aqBRavm又：，解得：，題型一：洛倫茲力與力學(xué)、電學(xué)的綜合問(wèn)題題型一：洛倫茲力與力學(xué)、電學(xué)的綜合問(wèn)題【例3】(2011四川)如圖834所示：正方形絕緣光滑水平臺(tái)面WXYZ邊長(zhǎng)l=1.8m，距地面h=0.8m.平行板電容器的極板CD間距d=0.1m且垂直放置于臺(tái)面，C板位于邊界WX上，D板與邊界WZ相交處有一小孔電容器外的臺(tái)面區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)電荷量q=51013C的微粒靜止于W處，在CD間加上恒定電壓U=2.5V，板間微粒經(jīng)電場(chǎng)加速后由D板所開小孔進(jìn)入磁場(chǎng)(微粒始終不與極板接觸)，然后由XY邊界離開臺(tái)面在微粒離開臺(tái)面瞬時(shí)，靜止于X正下方水平地面上A點(diǎn)的滑塊獲得一水平速度，在微粒落地時(shí)恰好與之相遇假定微粒在真空中運(yùn)動(dòng)、極板間電場(chǎng)視為勻強(qiáng)電場(chǎng)，滑塊視為質(zhì)點(diǎn)，滑塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.2，取g=10m/s2.圖834(1)求微粒在極板間所受電場(chǎng)力的大小，并說(shuō)明兩板的極性；(2)求由XY邊界離開臺(tái)面的微粒的質(zhì)量范圍；(3)若微粒質(zhì)量m0=11013kg，求滑塊開始運(yùn)動(dòng)時(shí)所獲得的速度 1111.25 10N qUFdFCD微粒在極板間所受電場(chǎng)力大小為 代入數(shù)據(jù) 由微粒在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)可判斷微粒帶正電荷，微粒由極板間電場(chǎng)加速，故 板為正極， 板【解析】為負(fù)極 22212mvUqmvRvqvBmR若微粒的質(zhì)量為 ，剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為 ，由動(dòng)能定理 微粒在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力充當(dāng)向心力，若圓周運(yùn)動(dòng)半徑為 ，有 微粒要從XY邊界離開臺(tái)面，則圓周運(yùn)動(dòng)的邊緣軌跡如圖所示，半徑的極小值與極大值分別為12141328 1 10kg2.89 10kglRRldm 聯(lián)立，代入數(shù)據(jù)，有 (3)如圖，微粒在臺(tái)面以速度v做以O(shè)點(diǎn)為圓心，R為半徑的圓周運(yùn)動(dòng)，從臺(tái)面邊緣P點(diǎn)沿與XY邊界成角飛出做平拋運(yùn)動(dòng)，落地點(diǎn)Q，水平位移s，下落時(shí)間t.設(shè)滑塊質(zhì)量為M，滑動(dòng)獲得速度v0后在t內(nèi)沿與平臺(tái)前側(cè)面成角方向，以加速度a做勻減速直線運(yùn)動(dòng)到Q，經(jīng)過(guò)位移為k.由幾何關(guān)系，可得20cos212lRRhtgsvtMgMakv tat 根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)， 對(duì)于滑塊，由牛頓定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，有 2220(sin )2 (sin )cossinsin4.15m/s arcsin0.8(53 )ksdRs dRskv再由余弦定理，及正弦定理， 聯(lián)立、和，并代入數(shù)據(jù)，解得：或點(diǎn)評(píng)：對(duì)于多過(guò)程、多對(duì)象的力電磁綜合問(wèn)題要運(yùn)用程序法對(duì)各個(gè)對(duì)象依次分別進(jìn)行分析分析清楚各對(duì)象的受力、運(yùn)動(dòng)情況是成功解答的前提與關(guān)鍵題型二：質(zhì)譜儀與回旋加速器題型二：質(zhì)譜儀與回旋加速器【例4】(2010江蘇卷)1932年，勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出了回旋加速器回旋加速器的工作原理如圖835所示，置于高真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可以忽略不計(jì)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直A處粒子源產(chǎn)生的粒子，質(zhì)量為m、電荷量為+q，在加速器中被加速，加速電壓為U.加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力作用圖835 (1)求粒子第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比； (2)求粒子從靜止開始加速到出口處所需的時(shí)間t； (3)實(shí)際使用中，磁感應(yīng)強(qiáng)度和加速電場(chǎng)頻率都有最大值的限制若某一加速器磁感應(yīng)強(qiáng)度和加速電場(chǎng)頻率的最大值分別為Bm、fm，試討論粒子能獲得的最大動(dòng)能Ekm. 1121211112211112121422 1rvqUmvvqv BmrmUrBqmUrBqrr設(shè)粒子第【解析】次經(jīng)過(guò)狹縫后的半徑為 ，速度為解得同理，粒子第 次經(jīng)過(guò)狹縫后的半徑則 22221 2222nnqUmvvqvBmRmTqBtnTBRtU設(shè)粒子到出口處被加速了 圈解得 mm2kmmm2mm32212mBBmqBfmBqBfmEmvffBvqv BmR加速電場(chǎng)的頻率應(yīng)等于粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率，即 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為時(shí)，加速電場(chǎng)的頻率應(yīng)為 粒子的動(dòng)能 當(dāng)時(shí)，粒子的最大動(dòng)能由決定 222kmmmmmm222km222.mBmq B REmfffvf REmf R解得當(dāng)時(shí)，粒子的最大動(dòng)能由 決定解得點(diǎn)評(píng)：分析回旋加速器的問(wèn)題，核心是要理解回旋加速器的工作條件，即：加速電場(chǎng)的頻率與粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率相等1.(2011海南)空間存在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，圖836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(chǎng)的方向從O點(diǎn)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(jì)重力下列說(shuō)法正確的是( )圖836A入射速度不同的粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間一定不同B入射速度相同的粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡一定相同C在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同的粒子，其運(yùn)動(dòng)軌跡一定相同D在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)的粒子，其軌跡所對(duì)的圓心角一定越大答案：BD()BD180ACmvmrtqBqBO在磁場(chǎng)中半徑，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為轉(zhuǎn)過(guò)圓心角，故正確，當(dāng)粒子從 點(diǎn)所在的邊上射出時(shí)，軌跡可以不同，【解析】但圓心角相同為，因而錯(cuò)2.(2011浙江)利用如圖837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(chǎng)，板上有兩條寬度分別為2d和d的縫，兩縫近端相距為L(zhǎng).一群質(zhì)量為m、電荷量為q，具有不同速度的粒子從寬度為2d的縫垂直于板MN進(jìn)入磁場(chǎng)，對(duì)于能夠從寬度d的縫射出的粒子，下列說(shuō)法正確的是( ) 圖837答案：BCA(3)B2CDqBdLmdLBdBL粒子帶正電射出粒子的最大速度為保持 和 不變，增大 ，射出粒子的最大速度與最小速度之差增大保持 和 不變，增大 ，射出粒子的最大速度與最小速度之差增大22minmaxmin3A2B2322CDdLRmvlqvBRRmvqBLqBdqvBvvvvRmmvL 根據(jù)帶電粒子偏轉(zhuǎn)方向和左手定則可知粒子帶負(fù)電，故 錯(cuò)；速度最大粒子偏轉(zhuǎn)半徑為，由可得 正確；速度最小粒子半徑為，由得，故正確；與 無(wú)關(guān)，【析】故解錯(cuò)誤圖8384.(2011淄博模擬)如圖839所示，在x軸上方存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.在xOy平面內(nèi)，從原點(diǎn)O處沿與x軸正方向成角(0)以速率v發(fā)射一個(gè)帶正電的粒子(重力不計(jì))則下列說(shuō)法正確的是( )圖839A若一定，v越大，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越短B若一定，v越大，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的角速度越大C若v一定，越大，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越短D若v一定，越大，則粒子在離開磁場(chǎng)的位置距O點(diǎn)越遠(yuǎn)答案： C2222.2ABC022DmTBqtTTtTvvmvrrBqOO粒子運(yùn)動(dòng)周期，當(dāng) 一定時(shí)，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間，由于 、均與 無(wú)關(guān)，故 、 項(xiàng)錯(cuò)誤， 項(xiàng)正確當(dāng) 一定時(shí)，由知， 一定；當(dāng) 從 變至的過(guò)程中， 越大，粒子離開磁場(chǎng)的位置距 點(diǎn)越遠(yuǎn)；當(dāng) 大于時(shí)， 越大，粒子離開磁場(chǎng)的位置距 點(diǎn)越近【解】，故析項(xiàng)錯(cuò)誤5.(2011惠州模擬)如圖8310所示，圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一束質(zhì)量和電荷量都相同的帶電粒子以不同的速率沿著相同的方向?qū)?zhǔn)圓心O射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，又都從該磁場(chǎng)中射出，這些粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間有的較長(zhǎng)，有的較短若帶電粒子在磁場(chǎng)中只受磁場(chǎng)力的作用，則在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)的帶電粒子( )A速率一定越小B速率一定越大C在磁場(chǎng)中通過(guò)的路程越長(zhǎng)D在磁場(chǎng)中的周期一定越大圖8310A22A.mmvTrqBqBvtT由，可知粒子周期不變，又，可知線速度越大，半徑越大，偏轉(zhuǎn)角 越小，圓心角等于偏轉(zhuǎn)角 ，因此在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)的帶電粒子速率一定越小，【】所以選解析6.如圖8311所示，相距為R的兩塊平行金屬板M、N正對(duì)著放置，S1、S2分別為M、N板上的小孔，S1、S2、O三點(diǎn)共線，它們的連線垂直M、N，且S2O=R.以O(shè)為圓心、R為半徑的圓形區(qū)域內(nèi)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)D為收集板，板上各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離以及板兩端點(diǎn)的距離都為2R，板兩端點(diǎn)的連線垂直M、N板質(zhì)量為m、帶電量為+q的粒子經(jīng)S1進(jìn)入M、N間的電場(chǎng)后，通過(guò)S2進(jìn)入磁場(chǎng)粒子在S1處的速度和粒子所受的重力均不計(jì)(1)當(dāng)M、N間的電壓為U時(shí)，求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的大小v；(2)若粒子恰好打在收集板D的中點(diǎn)上，求M、N間的電壓值U0；(3)當(dāng)M、N間的電壓不同時(shí)，粒子從S1到打在D上經(jīng)歷的時(shí)間t會(huì)不同，求t的最小值圖8311 1221122SSqUmvqUvm【解析粒子從 到達(dá) 的過(guò)程中，根據(jù)動(dòng)能定理得解得粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的大小】 2220220222vqvBmrUrqB rUmDrRqB RUm粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有 由得，加速電壓 與軌跡半徑 的關(guān)系為 當(dāng)粒子打在收集板 的中點(diǎn)時(shí)，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑對(duì)應(yīng)電壓 333MNDtrRqBrqBRvmm、 間的電壓越大，粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度越大，粒子在極板間經(jīng)歷的時(shí)間越短，同時(shí)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑越大，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間也會(huì)越短，出磁場(chǎng)后勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間也越短，所以當(dāng)粒子打在收集板 的右端時(shí)，對(duì)應(yīng)時(shí)間 最短 根據(jù)幾何關(guān)系可以求得，對(duì)應(yīng)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑 由得粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的大小12311232 33233333(3 3)3RmtvqBRmtvqBRmtvqBSDmttttqB粒子在電場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間粒子出磁場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷的時(shí)間粒子從 到打在收集板 上經(jīng)歷的最短時(shí)間為