高考物理一轮复习 第十章 磁场 10.2 磁场对运动电荷的作用课件.ppt

第十章磁场 第2节磁场对运动电荷的作用 必考部分电磁学 8 12章 栏目导航 1 2 3 4 抓知识点 抓重难点 课时跟踪检测 抓易错点 一 洛伦兹力的方向和大小1 洛伦兹力 磁场对的作用力 2 洛伦兹力的方向 1 判断方法 左手定则 运动电荷 负电荷受力方向与正电荷受力方向相反 2 方向特点 f b f v 即f垂直于决定的平面 注意 b和v不一定垂直 掌心 正电荷运动 正电荷所受洛伦兹力 b和v 3 洛伦兹力的大小f 为v与b的夹角 如图所示 1 v b 0 或180 洛伦兹力f 2 v b时 90 洛伦兹力f 3 v 0时 洛伦兹力f qvbsin 0 qvb 0 加深理解洛伦兹力与安培力的区别1 洛伦兹力是单个运动电荷所受的磁场力 安培力是导线中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现 2 洛伦兹力总不做功 而安培力可以做功 判断正误 1 带电粒子在磁场中运动时一定会受到磁场力的作用 2 洛伦兹力的方向在特殊情况下可能与带电粒子的速度方向不垂直 3 洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力 4 粒子在只受到洛伦兹力作用时运动的动能不变 5 带电粒子只要速度大小相同 所受洛伦兹力就相同 即时突破 二 带电粒子在匀强磁场中的运动1 洛伦兹力的特点洛伦兹力不改变带电粒子速度的 或者说 洛伦兹力对带电粒子不做功 2 粒子的运动性质 1 若v0 b 则粒子 在磁场中做匀速直线运动 2 若v0 b 则带电粒子在匀强磁场中做 3 半径和周期公式 1 洛伦兹力方向总与速度方向垂直 洛伦兹力充当向心力的作用 根据牛顿第二定律 其表达式为 2 半径公式r 周期公式t 大小 不受洛伦兹力 匀速圆周运动 多选 如图所示 在匀强磁场中 磁感应强度b1 2b2 当不计重力的带电粒子从b1磁场区域运动到b2磁场区域时 粒子的 a 速率将加倍b 轨迹半径加倍c 周期将加倍d 做圆周运动的角速度将加倍 即时突破 答案 bc 洛伦兹力与电场力的比较 例1 1 带电粒子在匀强电场中常做类平抛运动 可采用运动的分解的方法来分析 2 带电粒子在匀强磁场中常做匀速圆周运动 可采用匀速圆周运动的相关规律分析 提分秘笈 跟踪训练1 答案 c 1 圆心的确定 1 已知入射点 出射点 入射方向和出射方向时 可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线 两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心 如图甲所示 p为入射点 m为出射点 2 已知入射方向 入射点和出射点的位置时 可以通过入射点作入射方向的垂线 连接入射点和出射点 作其中垂线 这两条垂线的交点就是圆弧轨迹的圆心 如图乙所示 p为入射点 m为出射点 如图所示 虚线圆所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为b 一束电子沿圆形区域的直径方向以速度v射入磁场 电子束经过磁场区后 其运动方向与原入射方向成 角 设电子质量为m 电荷量为e 不计电子之间相互作用力及所受的重力 求 1 电子在磁场中运动轨迹的半径r 2 电子在磁场中运动的时间t 3 圆形磁场区域的半径r 例2 三步法 解决带电粒子在磁场中的圆周运动问题 提分秘笈 例3 答案 ad 例4 答案 ac 例5 答案 d 临界状态是指物体从一种运动状态 或物理现象 转变为另一种运动状态 或物理现象 的转折状态 它既具有前一种运动状态 或物理现象 的特点 又具有后一种运动状态 或物理现象 的特点 起着承前启后的转折作用 由于带电粒子在磁场中的运动通常都是在有界磁场中的运动 常常出现临界和极值问题 1 临界问题的分析思路临界问题的分析对象是临界状态 临界状态就是指物理现象从一种状态变化成另一种状态的中间过程 这时存在着一个过渡的转折点 此转折点即为临界状态点 与临界状态相关的物理条件则称为临界条件 临界条件是解决临界问题的突破点 临界问题的一般解题模拟 1 找出临界状态及临界条件 2 总结临界点的规律 3 解出临界量 4 分析临界量列出公式 2 极值问题的分析思路所谓极值问题就是对题中所求的某个物理量最大值或最小值的分析或计算 求解的思路一般有以下两种 一是根据题给条件列出函数关系式进行分析 讨论 二是借助于几何图形进行直观分析 3 解带电粒子在有界磁场中的临界问题时要注意寻找临界点 对称点 射出与否的临界点是带电粒子的圆形轨迹与边界切点 粒子进 出同一直线边界时具有对称关系 速度与直线的夹角相等但在直线两侧 顺 逆时针偏转的两段圆弧构成一个完整的圆 注意粒子在不同边界的磁场以及磁场内外运动的不同 边界有磁场与无磁场的不同 如图所示 m n为两块带等量异种电荷的平行金属板 两板间电压可取从零到某一最大值之间的各种数值 电荷量为 q 质量为m 不计重力 的静止粒子 从p点经电场加速后 从小孔q进入n板右侧的匀强磁场区域 磁感应强度大小为b 方向垂直于纸面向外 cd为磁场边界上的一绝缘板 它与n板的夹角为 45 孔q到板的下端c的距离为l 当m n两板间电压取最大值时 粒子恰垂直打在cd板上 求 1 两板间电压的最大值um 2 cd板上可能被粒子打中的区域的长度s 3 粒子在磁场中运动的最长时间tm 例6 解决带电粒子的临界 极值问题的技巧方法以题目中的 恰好 最大 最高 至少 等词语为突破口 借助半径r和速度v 或磁场b 之间的约束关系进行动态运动轨迹分析 确定轨迹圆和边界的关系 找出临界点 然后利用数学方法求解极值 常用结论如下 1 刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切 2 当速度v一定时 弧长 或弦长 越长 圆心角越大 则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长 3 当速率v变化时 圆心角越大 运动时间越长 提分秘笈 多选 2015年四川卷 如下图所示 s处有一电子源 可向纸面内任意方向发射电子 平板mn垂直于纸面 在纸面内的长度l 9 1cm 中点o与s间的距离d 4 55cm mn与so直线的夹角为 板所在平面有电子源的一侧区域有方向垂直于纸面向外的匀强磁场 磁感应强度b 2 0 10 4t 电子质量m 9 1 10 31kg 电量e 1 6 10 19c 不计电子重力 电子源发射速度v 1 6 106m s的一个电子 该电子打在板上可能位置的区域的长度为l 则 a 90 时 l 9 1cmb 60 时 l 9 1cmc 45 时 l 4 55cmd 30 时 l 4 55cm 跟踪训练2 答案 ad 如右图所示 半径为r的圆形区域内存在着磁感应强度为b的匀强磁场 方向垂直于纸面向里 一带负电的粒子 不计重力 沿水平方向以速度v正对圆心入射 通过磁场区域后速度方向偏转了60 跟踪训练3 带电粒子在磁场中运动的多解模型 如图所示 空间存在着两个方向均垂直纸面向外的匀强磁场区域 和 磁感应强度大小分别为b1 b2 且b1 b0 b2 2b0 mn为两个磁场的边界 一质量为m 电荷量为q的带正电粒子 不计重力 从边界上的a点以一定的初速度竖直向上射入匀强磁场区域 中 边界mn上的c点与a点的距离为d 试求该粒子从a点射入磁场的速度v0为多大时 粒子恰能经过c点 例7 处理多解模型的解题技巧1 分析题目特点 确定题目多解形成的原因 2 作出粒子运动轨迹示意图 全面考虑多种可能 3 若为周期性的多解问题 注意寻找通项式 若是出现几种解的可能性 注意每种解出现的条件 提分秘笈 如图所示 在x轴上方有一匀强磁场 磁感应强度为b x轴下方有一匀强电场 电场强度为e 屏mn与y轴平行且相距l 一质量m 电荷量为e的电子 在y轴上某点a自静止释放 如果要使电子垂直打在屏mn上 那么 1 电子释放位置与原点o的距离s需满足什么条件 2 电子从出发点到垂直打在屏上需要多长时间 跟踪训练4 多选 如图所示 一个带正电荷的物块m 由静止开始从斜面上a点下滑 滑到水平面bc上的d点停下来 已知物块与斜面及水平面间的动摩擦因数相同 且不计物块经过b处时的机械能损失 先在abc所在空间加竖直向下的匀强电场 再让物块m从a点由静止开始下滑 结果物块在水平面上的d 点停下来 后又撤去电场 在abc所在空间加水平向里的匀强磁场 再次让物块m从a点由静止开始下滑 结果物块沿斜面滑下并在水平面上的d 点停下来 则以下说法中正确的是 例1 易错点1 只注意洛伦兹力不做功 而忽略洛伦兹力对做功的影响 a d 点一定在d点左侧b d 点一定与d点重合c d 点一定在d点右侧d d 点一定与d点重合 解析 仅在重力场中时 物块由a点到d点的过程中 由动能定理得mgh mgs1cos mgs2 0 即h s1cos s2 0 由题意知a点距水平面的高度h 物块与斜面及水平面间的动摩擦因数 斜面倾角 斜面长度s1均为定值 所以s2与重力的大小无关 而在abc所在空间加竖直向下的匀强电场后 相当于重力增大了 s2不变 d 点一定与d点重合 a项错误 b项正确 在abc所在空间加水平向里的匀强磁场后 洛伦兹力垂直于接触面向上 正压力变小 摩擦力变小 摩擦力做功减小 而重力做功不变 所以d 点一定在d点右侧 c项正确 d项错误 答案 bc 错后感悟 考生误认为d 点一定与d点重合 错选d项 错选的原因是只注意到洛伦兹力不做功的特点 没有注意到由于洛伦兹力的作用 改变了摩擦力做功的多少 即洛伦兹力虽然本身不做功 但可以影响其他力做功的多少 如图甲所示 一带电粒子以水平速度v0 v0w2b 一定是w1 w2c 一定是w1w2 跟踪训练1 解析 由题意知 带电粒子第二次刚进入复合场时洛伦兹力小于电场力 二者方向相反 粒子将发生偏转 但受洛伦兹力的影响 粒子沿电场方向偏移的距离比第一次仅受电场力时偏移的距离小 且洛伦兹力不做功 故一定是w1 w2 a正确 答案 a错后感悟 因受洛伦兹力不做功的影响错误地认为一定是w1 w2 错选b项 造成错选的原因是仅考虑到两种情况下洛伦兹力不做功 没有注意到洛伦兹力对电场力做功的影响 洛伦兹力一定不做功 但其可以改变物体的受力情况 从而引起加速度 速度 位移的变化 从而改变物体的动能 势能等一系列变化 要认真分析复合场中物体的受力及运动情况 逐步分析 多选 如图所示 直角三角形abc中存在一匀强磁场 比荷相同的两个粒子沿ab方向自a点射入磁场 分别从ac边上的p q两点射出 则 a 从p射出的粒子速度大b 从q射出的粒子速度大c 从p射出的粒子 在磁场中运动的时间长d 两粒子在磁场中运动的时间一样长 例2 易错点2 在处理带电粒子在有界磁场中的运动时 往往不能利用几何关系 解析 作出各自的轨迹如图所示 根据圆周运动特点知 分别从p q点射出时 速度方向与ac边夹角相同 故可判定从p q点射出时 半径r1 r2 所以从q点射出的粒子速度大 b正确 根据图示可知 两个运动轨迹所对应的圆心角相等 所以从p q点射出时 两粒子在磁场中的运动时间相等 bd正确 答案 bd 错后感悟 错误地认为q点射出的角度大 故时间长 导致漏选d 造成漏选的原因是不会使用弦切角求解磁场问题 圆弧对应的圆心角决定了带电粒子运动的时间 又圆心角等于弦切角的两倍 故也可根据弦切角判断带电粒子在磁场中运动的时间 多选 如图所示 长方形abcd长ad 0 6m 宽ab 0 3m e f分别是ad bc的中点 以ad为直径的半圆内有垂直纸面向里的匀强磁场 边界上无磁场 磁感应强度b 0 25t 一群不计重力 质量m 3 10 7kg 电