2018_2019学年高中物理第5章磁场与回旋加速器章末复习课学案沪科版.docx

第5章 磁场与回旋加速器巩固层知识整合体系构建核心速填1磁场(1)存在于磁体、电流周围的一种特殊物质(2)方向：规定在磁场中任一点小磁针N极受力的方向(或者小磁针静止时N极的指向)就是那一点的磁场方向2磁感线(1)磁感线的切线方向表示该位置的磁场方向，曲线的疏密能定性地表示磁场的强弱磁感线都是闭合曲线，且不能相交(2)电流(包括直线电流、环形电流、通电螺线管)周围的磁感线方向与电流方向的关系可以由安培定则来判定3磁感应强度(1)定义：B.(2)方向：用左手定则来判断4安培力(1)计算式：FILBsin_.(2)方向：用左手定则来判断，安培力与速度垂直，与磁场垂直5洛伦兹力(1)大小：fqvB(vB)(2)方向：用左手定则来判断，洛伦兹力与速度垂直，与磁场垂直6带电粒子在匀强磁场中运动(不计重力)(1)若vB，带电粒子以速度v做匀速直线运动(2)若vB，带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动向心力由洛伦兹力提供：qvBm.轨道半径公式：R.周期：T.7应用实例(1)质谱仪：测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具(2)回旋加速器：磁场使带电粒子偏转，交变电场使带电粒子加速只要交变电场的周期等于带电粒子做圆周运动的周期，带电粒子每运动半周就可以被加速一次，这样经过多次加速，带电粒子可以达到很高的能量提升层能力强化安培力的平衡问题安培力作用下物体的平衡是常见的一类题型，体现了学科内知识的综合应用及知识的迁移能力，在解决这类问题时应把握以下几点：(1)先画出与导体棒垂直的平面，将题中的角度、电流的方向、磁场的方向标注在图上(2)利用左手定则确定安培力的方向(3)根据共点力平衡的条件列出方程求解如图51所示，平行金属导轨PQ与MN都与水平面成角，相距为l.一根质量为m的金属棒ab在导轨上，并保持水平方向，ab棒内通有恒定电流，电流大小为I，方向从a到b.空间存在着方向与导轨平面垂直的匀强磁场，ab棒在磁场力的作用下保持静止，并且棒与导轨间没有摩擦力求磁感应强度B的大小和方向图51【解析】金属棒受力如图所示，根据力的平衡条件可知：F安mgsin 而F安BIl可得B由左手定则可知，B的方向垂直导轨平面向下【答案】方向垂直导轨平面向下(1)必须先将立体图转换为平面图，然后对物体受力分析，先重力，再安培力，最后是弹力和摩擦力.(2)注意：若存在静摩擦力，则可能有不同的方向，因而求解结果是一个范围.针对训练1如图52所示，一水平导轨处于与水平方向成45角斜向左上方的匀强磁场中，一根通有恒定电流的金属棒，由于受到安培力作用而在粗糙的导轨上向右做匀速运动现将磁场方向沿顺时针缓慢转动至竖直向上，在此过程中，金属棒始终保持匀速运动，已知棒与导轨间动摩擦因数1，则磁感应强度B的大小变化情况是()图52A不变B一直减小C一直增大D先变小后变大D分析金属棒的受力如图所示由平衡条件有BILsin f，fN(mgBILcos )，可解得B，其中arctan ，因为从45变化到90，所以当90时，B最小，此过程中B应先减小后增大，D正确2.如图53所示，两平行光滑金属导轨与水平面间的夹角45，相距为20 cm；金属棒MN的质量为1102 kg，电阻R8 ；匀强磁场方向竖直向下，磁感应强度B0.8 T，电源电动势E10 V，内阻r1 .当开关S闭合时，MN处于平衡状态，求变阻器R1的取值为多少？(忽略金属导轨的电阻)【导学号：69682302】图53【解析】沿MN的方向看去，导体棒MN受重力、支持力、安培力，这三个力在同一竖直平面内，如图所示由受力图及平衡条件有：mgsin BILcos 0 由闭合电路的欧姆定律有：EI(RR1r) 由两式解得：R17 .【答案】7 带电粒子在有界磁场中的临界、极值问题1有界磁场及边界类型(1)有界匀强磁场是指在局部空间存在着匀强磁场，带电粒子从磁场区域外垂直磁场方向射入磁场区域，经历一段匀速圆周运动后，又离开磁场区域(2)常见边界的类型如图54所示图542常用临界、极值结论(1)刚好穿出或刚好不能穿出磁场的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切(2)当以一定的速率垂直射入磁场时，运动的弧长越长，则带电粒子在有界磁场中运动时间越长(3)当比荷相同时，在匀强磁场中运动的圆心角越大，运动时间越长在某平面上有一半径为R的圆形区域，区域内、外均有垂直于该平面的匀强磁场，圆外磁场范围足够大，已知两部分磁场方向相反且磁感应强度都为B，方向如图55所示现在圆形区域的边界上的A点有一个电荷量为q、质量为m的带正电粒子，以沿OA方向的速度经过A点，已知该粒子只受到磁场对它的作用力图55(1)若粒子在其与圆心O的连线绕O点旋转一周时恰好能回到A点，试求该粒子运动速度v的最大值；(2)在粒子恰能回到A点的情况下，求该粒子回到A点所需的最短时间【解析】(1)粒子运动的半径为r，则r 如图所示，O1为粒子运动的第一段圆弧AC的圆心，O2为粒子运动的第二段圆弧CD的圆心，根据几何关系可知tan AOCCOD2如果粒子回到A点，则必有n22，n取正整数 由可得vtan 考虑到为锐角，即0，根据可得当n3时对应的速度最大且最大速度vm. (2)粒子做圆周运动的周期T 因为粒子每次在圆形区域外运动的时间和圆形区域内运动的时间互补为一个周期T，所以粒子穿越圆形边界的次数越少，所花时间就越短，因此取n3代入到可得 而粒子在圆形区域外运动的圆弧的圆心角为，22 故所求的粒子回到A点的最短运动时间tTT.【答案】(1)(2)针对训练3. (多选)如图56所示，宽为d4 cm的有界匀强磁场，纵向范围足够大，磁场方向垂直纸面向里现有一群正粒子从O点以相同的速率沿纸面不同方向进入磁场，若粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为r10 cm，则() 【导学号：69682303】图56A右边界：8 cmy8 cm有粒子射出B右边界：0y8 cm有粒子射出D左边界：0y0)的粒子以速度v0从y轴上P点沿y轴正方向射出，一段时间后进入电场，进入电场时的速度方向与电场方向相反；又经过一段时间T0，磁场方向变为垂直纸面向里，大小不变，不计重力图58(1)求粒子从P点出发至第一次到达x轴时所需的时间；(2)若要使粒子能够回到P点，求电场强度的最大值【解析】(1)带电粒子在磁场中做圆周运动，设运动半径为R，运动周期为T，根据洛伦兹力公式及圆周运动规律，有qv0BmT依题意，粒子第一次到达x轴时如图所示，运动转过的角度为，所需时间t1为t1T求得t1.(2)粒子进入电场后，先做匀减速运动，直到速度减小为0，然后沿原路返回做匀加速运动，到达x轴时速度大小仍为v0，设粒子在电场中运动的总时间为t2，加速度大小为a，电场强度大小为E，有qEmav0at2得t2根据题意，要使粒子能够回到P点，必须满足t2T0得电场强度最大值E.【答案】(1)(2)(1)分别研究带电粒子在不同场区的运动规律：在匀强磁场中做匀速圆周运动；在匀强电场中，若速度方向与电场方向平行，则做匀变速直线运动；若速度方向与电场方向垂直，则做类平抛运动.(2)带电粒子经过磁场区域时利用圆周运动规律结合几何关系处理.(3)当粒子从一个场进入另一个场时，分析转折点处粒子速度的大小和方向往往是解题的突破口.针对训练5(多选)在如图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内(不计重力)，电子可能沿水平方向向右做直线运动的是() 【导学号：69682304】 BC若电子水平向右运动，在A图中电场力水平向左，洛伦兹力竖直向下，故不可能做水平向右的直线运动；在B图中，电场力水平向左，洛伦兹力为零，故电子可能水平向右做匀减速直线运动；在C图中电场力竖直向上，洛伦兹力竖直向下，当二者大小相等时，电子向右做匀速直线运动；在D图中电场力竖直向上，洛伦兹力竖直向上，故电子不可能做水平向右的直线运动，因此只有选项B、C正确6.如图59所示，在直角坐标系的第、象限内有垂直于纸面的匀强磁场，第象限有沿y轴负方向的匀强电场，第象限内无电场和磁场质量为m、带电荷量为q的粒子从M点以速度v0沿x轴负方向进入电场，不计粒子的重力，粒子经N、P最后又回到M点设OML，ON2L.求：图59(1)电场强度E的大小；(2)匀强磁场的方向；(3)磁感应强度B的大小【解析】如图所示，带电粒子从M点进入第象限做类平抛运动，x方向上为匀速直线运动，y方向上为匀加速直线运动，粒子带负电；从N点进入第、象限内的匀强磁场区域做匀速圆周运动；从P回到M点是匀速直线运动(1)带电粒子在第象限：Lt2，且2Lv0t，则E.(2)粒子带负