高考物理二轮复习简易通 专题九 带电粒子在电磁场中的运动课件.ppt

专题九带电粒子在电磁场中的运动 说明 以下物理概念 规律的叙述中 在后面的 内正确的打 错误的打 2 磁感线 磁感线上各点的切线方向表示该点的磁感应强度的方向 磁感线的疏密表示磁场的强弱 磁感线是闭合曲线 在磁铁外部由n极指向s极 在磁铁内部由s极指向n极 任意两条磁感线都不相交 3 电流的磁效应 人们利用磁场产生电流的现象 4 安培力 磁场对电流的作用 f bilsin 式中 是电流方向与磁场方向的夹角 l为导线的有效长度 闭合通电线圈在匀强磁场中所受的安培力的矢量和为零 5 洛伦兹力 磁场对运动电荷的作用 f qvb 条件v b 6 判断电流磁场的安培定则 1 对于通电直导线 用右手握住直导线 大拇指指向电流方向 弯曲的四指所指的方向就是直线电流周围磁感线环绕的方向 2 对于通电螺线管 用右手握住螺线管 弯曲的四指指向电流环绕方向 右手大拇指指向螺线管中心轴线上磁感线的方向 螺线管的n极 3 对于环形电流 让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致 伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向 7 判断磁场力方向的左手定则 1 安培力 f bilsin 方向的判断左手定则 伸开左手 使大拇指跟其余四个手指垂直 并且都跟手掌在一个平面内 把手放入磁场中 让磁感线垂直穿入手心 并使伸开的四指指向电流的方向 那么 大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 2 洛伦兹力 f qvb方向的判断用左手定则判断 四指必须指电流方向 不是速度方向 即正电荷定向移动的方向 对负电荷 四指应指负电荷定向移动方向的反方向 8 带电粒子在匀强磁场中的运动规律 1 若速度v b时 则洛伦兹力f 0 带电粒子以速度v做匀速直线运动 答案1 2 3 订正 电流的周围产生磁场的现象叫做电流的磁效应 4 5 6 1 2 3 7 1 2 8 1 2 1 磁场的基本性质是什么 磁现象的电本质是指什么 怎样用磁感线来描述磁场 提示 1 基本性质 磁场是一种物质 存在于磁体 电流和运动电荷周围 可传递它们之间的相互作用 2 磁现象的电本质 不论磁体的磁场还是电流的磁场 都是由运动电荷产生的 3 用磁感线描述磁场 磁感线的疏密程度表示磁场的强弱 磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向 磁感线不相交 不相切 不中断 是闭合曲线 误区 误认为只在磁极的周围才存在磁场 易失分 不能熟练掌握六种典型磁场磁感线的分布特点 2 安培定则和左手定则有何区别 提示 安培定则 判断直线电流和环形电流周围磁场方向使用右手 左手定则 判断电流或运动电荷在磁场中的受力方向 易混 应用时两定则容易混淆 3 垂直进入匀强磁场的带电粒子只受洛伦兹力作用时做匀速圆周运动 画出粒子在磁场中的运动轨迹是解决该类问题的前提 其中确定轨迹的圆心又是问题的关键 如何确定粒子在磁场中做圆周运动的圆心呢 提示 1 若已知粒子轨迹上的两点的速度方向 根据f v 分别确定两点处的洛伦兹力f的方向 其交点 或延长线的交点 即为圆心 2 若已知粒子轨迹上的两点和其中一点的速度方向 画出粒子轨迹上的两点连线 即过这两点的圆的弦 作它的中垂线 并画出已知点v的垂线 则中垂线与垂线的交点即为圆心 3 若已知粒子轨迹上的两点并能求出半径r 连接粒子轨迹上的两点 并作连线的中垂线 从连线的端点到中垂线上的距离为r的点即为圆心 4 若已知粒子的入射方向和出射方向 且能求得粒子的轨道半径r 但不知粒子的运动轨迹时 延长粒子的两速度方向所在的直线 作两直线夹角的角平分线 在角平分线上找到距两直线的距离为r的点即为圆心 5 若粒子沿圆形匀强磁场半径方向垂直磁场射入 偏转后离开磁场时速度方向的反向延长线一定经过圆心 易失分 不能正确找出圆心 画不出运动轨迹 使问题的分析陷入死胡同 4 磁场对电流的作用力为安培力 磁场对运动电荷的作用力为洛伦兹力 二者的本质相同 都是性质力 具有力的共性 二者的区别是什么 提示 安培力能对通电导体或线圈做功 把电能转化为机械能 由于洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直 所以洛伦兹力永不做功 但洛伦兹力的分力可以对粒子做功 误区 错误类比洛伦兹力与安培力 得出洛伦兹力能做功 5 如何求粒子在有界匀强磁场中的运动时间 6 复合场通常是指哪几种场 大体可分为哪几种类型 带电粒子在复合场中运动的形式有哪几种 提示 1 复合场及其分类 复合场是指重力场 电场 磁场并存的场 常有四种组合形式 电场与磁场 磁场与重力场 电场与重力场 电场 磁场与重力场 2 带电粒子在复合场中做什么运动 取决于带电粒子所受的合外力及初速度 当带电粒子在复合场中所受的合外力为零时 做匀速直线运动 如速度选择器 当带电粒子所受的重力与电场力等值反向 洛伦兹力提供向心力时 带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动 当带电粒子所受的合外力是变力 且与初速度方向不在一条直线上时 粒子做非匀变速曲线运动 这时粒子的运动轨迹既不是圆弧 也不是抛物线 由于带电粒子可能连续通过几个情况不同的复合场区 因此粒子的运动情况也发生相应的变化 其运动过程可能由几种不同的运动阶段组成 易失分 不能正确建立粒子的运动模型 不能与力学规律有机联系 7 正常工作的回旋加速器中的电场和磁场对带电粒子的运动分别起什么作用 粒子的最大动能与哪些因素有关 8 什么是霍尔效应和霍尔电压 不同类型的霍尔元件如何判断两横向侧面电势的高低 图1 2 霍尔元件 能产生霍尔效应的元件叫霍尔元件 有正电荷导电型霍尔元件 如空穴半导体材料 和电子导电型霍尔元件 如金属霍尔元件和电子导电型半导体材料 判断横向两侧面电势高低的方法是用左手定则 正电荷 空穴 聚集的侧面电势高 如上图为正电荷导电型霍尔元件是上侧面电势高 若为电子导电型元件 则情形正好相反 易错 电子导电型霍尔元件横向侧面电势高低的判断 9 比较带电粒子的 磁偏转 和 电偏转 的异同 提示 带电粒子在磁场中的偏转 受到的作用力是洛伦兹力 洛伦兹力的大小与粒子的速度大小 电荷量 磁感应强度及速度与磁场方向的夹角都有关 而带电粒子在电场中的偏转 受到的作用力是电场力 电场力的大小仅与粒子的电荷量及电场强度有关 而且洛伦兹力的方向要用左手定则来判断 因此 带电粒子的 磁偏转 要比 电偏转 在受力分析上更加困难 在 磁偏转 中 粒子仅受洛伦兹力作用 由于洛伦兹力对粒子不做功 因此 粒子的动能不会发生变化 即磁场不会改变粒子运动的快慢 易混 用相同的方法和规律处理两类偏转 猜想一对磁场的描述 安培力的考查命题依据 分析近三年的高考试题可以看出 该考点是高考的常考点 多以选择题的形式考查 预计2014年的高考命题该考点的内容可能与多力平衡 磁感应强度的叠加 电磁感应等结合起来考查 下面设计的考题以磁场对电流的作用为背景 从平衡的角度考查安培力的问题 同时考查学生的空间想象能力 试题设计1 如图2所示 质量为m 长为l的直导线用两绝缘细线悬挂于aa 并处于匀强磁场中 当导线中通过沿x轴正方向的电流 且导线保持静止时 细线与竖直方向夹角为 则磁感应强度方向和大小可能为 当磁感应强度方向沿着y轴正方向时 安培力方向竖直向上 若mg bil 则可使导线平衡 b正确 当磁感应强度方向沿细线向上时 安培力垂直细线向下 不可能使导线平衡 d错误 答案bc 猜想二对带电粒子在磁场中的运动的考查命题依据 从近三年的高考试题来看 该考点是高考的高频考点 在选择题 计算题中都有出现 而计算题往往以综合题 或压轴题 的形式出现 难度大 分值高 预计2014年可能从以下几个角度命题 一是由于带电粒子速度变化导致半径和周期变化问题 二是带电粒子从一个磁场区域到另一个磁场区域导致半径的变化 轨迹的变化问题 三是高科技设备中带电粒子在磁场中运动的应用实例分析 下面设计的两个试题中 试题设计2 是已知运动轨迹 反推粒子的电性及比荷大小的关系 属于信息给予型命题 是高考命题的一个新思路 试题设计3 是带电粒子从一个磁场区域到另一个反方向的磁场区域 属分析判断型命题 是预测2014年高考的一道好题 解析本题考查带电粒子在磁场中做圆周运动的相关公式的应用 轨迹2对应的粒子运动的半径大 比荷相同时 轨迹2对应的粒子速率较大 a错误 b正确 当m1 m2 v1 v2时 又轨迹2对应的粒子运动的半径大 则q1 q2 且都是负粒子流 c错误 d正确 答案bd 3 如图4所示 空间存在两个匀强磁场 它们的分界线是边长为3l的等边三角形apc d e f三点分别在pc ca ap边上 af pd ce l 分界线两侧的磁场方向相反且垂直于纸面 磁感应强度大小相同 均为b 分界线外的磁场区域足够大 现有一质量为m 电荷量为q的带正电荷离子 不计重力 从f点以速度v射向三角形 图4 1 如果速度v的方向与pc边平行 离子第一次到达分界线就经过d点 则磁感应强度b的大小是多少 2 如果改变磁感应强度b的大小和速度v的方向 速度v的方向均在纸平面内 使离子第一次 第二次到达分界线时依次经过d点和e点 求离子周期性运动的周期 3 再改变磁感应强度b的大小和速度v的方向 速度v的方向均在纸平面内 能否仍使离子第一次 第二次到达分界线时依次经过d点和e点 为什么 2 连接d e f 可得 def是等边三角形 当离子沿 dfe的角平分线方向射入时 离子才能依次经过d点 e点 其运动的各段轨迹依次是a b c d e f 回到f点 完成一个周期运动 如图所示 答案见解析 猜想三带电粒子在复合场中运动的考查命题依据 高考对带电粒子在复合场中运动的考查一直是重点和热点 试题特点往往构思新颖 综合性强 突出考查考生对物理过程和运动规律的综合分析能力 运用数学知识解决物理问题的能力及空间想象能力 考查时除了以常见的复合 组合 场为载体 还常以速度选择器 质谱仪 回旋加速器 电磁流量计等典型物理模型为核心来设置物理情境 考查考生的应变能力以及对知识的迁移能力 带电粒子在复合场中运动考查的形式主要有电磁分离型 三场 或两场 分离 多过程结合 考查对直线运动和曲线运动相结合的问题 电磁正交型 三场 或两场 正交 考查对直线运动和曲线运的综合分析 预计2014年高考该考点内容的命题角度可能与平衡问题 圆周运动 类平抛运动等知识相结合 从全新的角度 综合性地考查考生的能力 如下面的 试题设计4 是以电子在组合场中运动的多过程为背景的题目 要求考生对电子的运动过程有清晰的认识 并且归纳出各个区域中运动的动能 速度 时间 路程等物理量的比例关系 并能应用数学知识解决具体的物理问题 是预测明年高考压轴的一道好题 试题设计4 如图5所示 在xoy平面内的第四象限内充满着竖直向下的 电场强度大小为e的匀强电场 上下宽度为d 第一象限内充满垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为b x轴处有一很薄的隔离