2013版高中物理一轮复习课件：8-2磁场对运动电荷的作用.ppt

考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 第2讲 磁场对运动电荷的作用 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 1.洛伦兹伦兹 力：磁场对场对 _的作用力叫洛伦兹伦兹 力 洛伦兹伦兹 力、洛伦兹伦兹 力的方向 (考纲纲要求) 洛伦兹伦兹 力的公式 (考纲纲要求) 洛伦兹伦兹 力的方向 (1)判定方法 左手定则则：掌心磁感线线_ 穿入掌心； 四指指向正电电荷运动动的方向或 负电负电 荷运动动的_； 拇指指向_的方向 2 运动电动电 荷 垂直 反方向 洛伦兹伦兹 力 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 (2)方向特点：FB，Fv，即F垂 直于B和v决定的_(注意：洛伦兹伦兹 力不做功) 洛伦兹伦兹 力的大小 (1)vB时时，洛伦兹伦兹 力F_.(0或 180) (2)vB时时，洛伦兹伦兹 力 F_.(90) (3)v0时时，洛伦兹伦兹 力F_. 3 平面 0 0 qvB 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 若vB，带电带电 粒子不受洛伦兹伦兹 力，在匀强磁场场中做_ 运动动 若vB，带电带电 粒子仅仅受洛伦兹伦兹 力作用，在垂直于磁感线线的平 面内以入射速度v做_运动动 带电带电 粒子在匀强磁场场中的运动动 (考纲纲要求) 1. 2 匀速直线线 匀速圆圆周 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 质谱仪质谱仪 (1)构造：如图图821所示，由 粒子源、_、_ 和照相底片等构成 (2)原理：粒子由静止被加速电电 场场加速，根据动动能定理可得关 系式 质谱仪质谱仪 和回旋加速器 (考纲纲要求) 图821 1. 粒子在磁场场中受洛伦兹伦兹 力作用而偏转转，做匀速圆圆周运动动 ，根据牛顿顿第二定律得关系式qvB . 由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨轨道半径、粒子 质质量、比荷 r ，m ， . 加速电场电场偏转转磁场场 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 回旋加速器 (1)构造：如图图822所示，D1、D2是 半圆圆金属盒，D形盒的缝缝隙处处接_ 电电源D形盒处处于匀强磁场场中 (2)原理：交流电电的周期和粒子做圆圆周运 动动的周期_，粒子在圆圆周运动动的过过 程中一次一次地经过经过 D形盒缝缝隙，两盒 间间的电势电势 差一次一次地反向，粒子就会 被一次一次地加速 图822 2 子获获得的最大动动能由_和D形盒_决定，与 加速电压电压 _ 可见见粒 交流 磁感应应强度半径 无关 相等 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 (2011遵义义高三检测检测 )关于电场电场 力与洛伦兹伦兹 力，以下说说法正确 的是 ( ) A电电荷只要处处在电场电场 中，就会受到电场电场 力，而电电荷静止在磁 场场中，也可能受到洛伦兹伦兹 力 B电场电场 力对对在电场电场 中的电电荷一定会做功，而洛伦兹伦兹 力对对在 磁 场场中的电电荷却不会做功 C电场电场 力与洛伦兹伦兹 力一样样，受力方向都在电场线电场线 和磁感线线 上 D只有运动动的电电荷在磁场场中才可能会受到洛伦兹伦兹 力的作用 解析 静止在磁场场中的电电荷不可能受到洛伦兹伦兹 力，A错错；尽管 电场电场 力对电对电 荷可以做功，但如果电电荷在电场电场 中不动动或沿等势势 面移动动，电场电场 力做功为为零，B错错；洛伦兹伦兹 力的方向与磁感线线垂 直，与运动动方向垂直，C错错只有D是正确的 答案 D 1 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 (2011黄山高三检测检测 )下列各图图中，运动电动电 荷的速度方向 、磁感应应强度方向和电电荷的受力方向之间间的关系正确的 是 ( ) 2 解析 根据左手定则则，A中F方向应应向上，B中F方向应应向 下，故A错错、B对对C、D中都是vB，F0，故C、D都 错错 答案 B 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 如图图823所示，半径为为r的圆圆形 空间间内，存在着垂直于纸纸面向里的 匀强磁场场，一个带电带电 粒子(不计计重力 )从A点以速度v0垂直于磁场场方向射 入磁场场中，并从B点射出，若 AOB120，则该带电则该带电 粒子在磁 场场中运动动的时间为时间为( ) 图823 3 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 答案 D 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 1922年英国物理学家阿斯顿顿因质谱质谱 仪仪的发发明、同位素和质谱质谱 的研究 荣获获了诺贝诺贝 尔化学奖奖若速度相 同的同一束粒子由左端射入质谱仪质谱仪 后的运动轨动轨 迹如图图824所示， 则则下列相关说说法中正确的是 ( ) A该该束带电带电 粒子带负电带负电 B速度选择选择 器的P1极板带带正电电 图824 4 C在B2磁场场中运动动半径越大的粒子，质质量越大 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 答案 BD 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 (2012石家庄教学检测检测 )劳伦劳伦 斯 和利文斯设计设计 出回旋加速器，工 作原理示意图图如图图825所示 置于高真空中的D形金属盒半 径为为R，两盒间间的狭缝缝很小，带带 电电粒子穿过过的时间时间 可忽略磁 感应应强度为为B的匀强磁场场与盒面 垂直，高频频交流电频电频 率为为f，加 图825 5 速电压为电压为 U0.若A处处粒子源产产生的质质子质质量为为m、电电荷量 为为q，在加速器中被加速，且加速过过程中不考虑虑相对论对论 效应应和重力的影响则则下列说说法正确的是 ( ) A质质子被加速后的最大速度不可能超过过2Rf B质质子离开回旋加速器时时的最大动动能与加速电压电压 U成正比 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 D.不改变变磁感应应强度B和交流电频电频 率f，该该回旋加速器也 能用于粒子加速 答案 AC 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 洛伦兹伦兹 力和安培力的关系 洛伦兹伦兹 力是单单个运动电动电 荷在磁场场中受到的力，而安培力是导导体 中所有定向移动动的自由电电荷受到的洛伦兹伦兹 力的宏观观表现现 洛伦兹伦兹 力方向的特点 (1)洛伦兹伦兹 力的方向总总是垂直于运动电动电 荷速度方向和磁场场方向 确定的平面 (2)当电电荷运动动方向发发生变变化时时，洛伦兹伦兹 力的方向也随之变变化 (3)用左手定则则判断负电负电 荷在磁场场中运动动所受的洛伦兹伦兹 力时时， 要注意将四指指向电电荷运动动的反方向 考点一 对对洛伦兹伦兹 力的理解 1 2 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 3洛伦兹伦兹 力与电场电场 力的比较较 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 用绝缘细线悬绝缘细线悬 挂一个质质量为为m，带电带电 荷 量为为q的小球，让让它处处于图图826所 示的磁感应应强度为为B的匀强磁场场中由于 磁场场的运动动，小球静止在图图中位置，这这 时悬线时悬线 与竖竖直方向夹夹角为为，并被拉紧紧 ，则则磁场场的运动动速度和方向是 ( ) 【典例1】 图826 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 答案 C 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 在如图图827所示的空间间中，存在电场电场 强度为为E的匀强电场电场 ，同时时存在沿x轴负轴负 方 向、磁感应应强度为为B的匀强磁场场一质质子( 电电荷量为为e)在该该空间间恰沿y轴轴正方向以速度 v匀速运动动据此可以判断出 ( ) 【变式1】 图827 A质质子所受电场电场 力大小等于eE，运动动中电势电势 能减小； 沿 z轴轴正方向电势电势 升高 B质质子所受电场电场 力大小等于eE，运动动中电势电势 能增大； 沿 z轴轴正方向电势电势 降低 C质质子所受电场电场 力大小等于evB，运动动中电势电势 能不变变； 沿z轴轴正方向电势电势 升高 D质质子所受电场电场 力大小等于evB，运动动中电势电势 能不变变； 沿z轴轴正方向电势电势 降低 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 解析 解答本题题是利用左手定则则判断洛伦兹伦兹 力的方向， 根据平衡条件判断电场电场 力方向及电场电场 方向，注意运用电电 场场力做功与电势电势 能变变化的关系，沿电场线电场线 方向电势电势 降低 匀强磁场场的磁感应应强度B的方向沿x轴负轴负 方向，质质子沿y 轴轴正方向运动动，由左手定则则可确定洛伦兹伦兹 力沿z轴轴正方向 ；由于质质子受电场电场 力和洛伦兹伦兹 力作用沿y轴轴正方向做匀速 直线线运动动，故电场电场 力eE等于洛伦兹伦兹 力evB，方向沿z轴负轴负 方向，即电场电场 方向沿z轴负轴负 方向，质质子在运动过动过 程中电电 场场力不做功，电势电势 能不变变，沿z轴轴正方向即电场电场 反方向电电 势势升高，故C正确，A、B、D错误错误 答案 C 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 圆圆心的确定 (1)已知入射点、出射点、入射方向和出射方向时时，可通 过过入射点和出射点分别别作垂直于入射方向和出射方向的直 线线，两条直线线的交点就是圆圆弧轨轨道的圆圆心(如图图828 甲所示，图图中P为为入射点，M为为出射点) 考点二 带电带电 粒子在匀强磁场场中的运动动 1 甲 乙 图828 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 (2)已知入射方向、入射点和出射点的位置时时，可以通过过 入射点作入射方向的垂线线，连连接入射点和出射点，作其中 垂线线，这这两条垂线线的交点就是圆圆弧轨轨迹的圆圆心(如图图82 8乙所示，P为为入射点，M为为出射点) 半径的确定 可利用物理学公式或几何知识识(勾股定理、三角函数等)求 出半径大小 运动时间动时间 的确定 2 3 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 如图图829所示，长长方形abcd长长ad 0.6 m，宽宽ab0.3 m，O、e分别别是ad、 bc的中点，以ad为为直径的半圆圆内有垂直 于纸纸面向里的匀强磁场场(边边界上无磁场场) ，磁感应应强度B0.25 T一群不计计重力 、质质量m3107kg、电电荷量q210 3C的带电 带电 粒子以速度v5102 m/s沿 垂 【典例2】 图829 直ad方向且垂直于磁场场射入磁场场区域，不考虑虑粒子间间的 相互作用 (1)若从O点射入的带电带电 粒子刚刚好沿Oe直线线射出，求空间间 所加电场电场 的大小和方向 (2)若只有磁场时场时 ，某带电带电 粒子从O点射入，求该该粒子从 长长方形abcd射出的位置 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 解析 (1)若从O点射入的带电带电 粒子刚刚好沿Oe直线线射出， 则则粒子所受的洛伦兹伦兹 力与电场电场 力平衡，即qvBqE，得E vB125 V/m 由左手定则则可判断洛伦兹伦兹 力方向向上，所以电场电场 力向下 ，因为为粒子带带正电电，所以电场电场 方向与bc边边平行向下 (2)如图图所示，若只有磁场时场时 ，某带电带电 粒子从O点射入， 由左手定则则可知粒子射入后向上偏转转 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 答案 (1)125 V/m；与bc边边平行向下 (2)e点上方距e点0.22 m处处 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 带电带电 粒子在匀强磁场场中做匀速圆圆周运动动 的程序解题题法三步法 (1)画轨迹：即画出轨迹，并确定圆心，几何方法求半径. (2)找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏 转角度与圆心角、运动时间相联系，在磁场中运动的时间 与周期相联系. (3)用规律：即牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周 期公式、半径公式. 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 如图图8210所示，在某空间实验间实验 室 中，有两个靠在一起的等大的圆圆柱形 区域，分别别存在着等大反向的匀强磁 场场，磁感应应强度B0.10 T，磁场场区 域 【变式2】 图8210 左侧侧区圆圆心为为O1，磁场场向里，右侧侧区圆圆 心 为为O2，磁场场向外两区域切点为为C.今有质质量m3.21026 kg.带电带电 荷量q1.61019 C的某种离子，从左侧侧区边缘边缘 的 A点以速度v106 m/s正对对O1的方向垂直磁场场射入，它将穿 越C点后再从右侧侧区穿出求： (1)该该离子通过过两磁场场区域所用的时间时间 (2)离子离开右侧侧区域的出射点偏离最初入射方向的侧侧移距 离为为多大？(侧侧移距离指垂直初速度方向上移动动的距离) 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 解析 (1)离子在磁场场中做匀速圆圆周运 动动，在左右两区域的运动轨动轨 迹是对对称 的，如右图图，设轨设轨 迹半径为为R，圆圆周 运动动的周期为为T. 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 (2)在图图中过过O2向AO1作垂线线，联联立轨轨迹对对称关系侧侧移总总 距离d2rsin 22 m. 答案 (1)4.19106 s (2)2 m 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 10. “带电带电 粒子的磁偏转转”模型(有界磁场场中的临临界问题问题 ) (1)模型概述 带电带电 粒子在有界磁场场中的偏转问题转问题 一直是高考的热热 点，此类类模型较为较为 复杂杂，常见见的磁场边场边 界有单单直线边线边 界 、双直线边线边 界、矩形边边界和圆圆形边边界等因为为是有界磁 场场，则带电则带电 粒子运动动的完整圆圆周往往会被破坏，可能存 在最大、最小面积积、最长长、最短时间时间 等问题问题 (2)模型分类类 .单单直线边线边 界型： 当粒子源在磁场场中，且可以向纸纸面内各个方向以相同速率 发发射同种带电带电 粒子时时以图图8211(甲)中带负电带负电 粒子的 运动为动为 例 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 规律要点： 图8211 考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验 .双直线边线边 界型 当粒子源在一条边边界上向纸纸面内各个方向以相同速率发发射同 一种粒子时时，以图图8211(乙)中带负电带负电 粒子的运动为动为 例 规律要点： 最值值相切：粒子能从另一边边界射出的上、下最远远点对应对应 的 轨轨道分别别与两直线线相切如图图8211(乙)所示 对对称性：过过粒子源S的垂线为线为 ab的中垂线线 在如图图(乙)中，a、b之间间有带电带电 粒子射出， 最值值相切规规律可推广到矩形区域磁场场