导学教程高考物理总复习 第八章 磁场 第二节 磁场对运动电荷的作用课件 新人教版.ppt

第二节磁场对运动电荷的作用 主干回顾 左手 qvb 不做功 匀速直线 匀速圆周 1 判断下列说法的正误 1 洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力 2 粒子在只受到洛伦兹力作用时运动的动能不变 3 运动电荷进入磁场后 无其他力作用 可能做匀速直线运动 自我检测 2 在阴极射线管中电子流方向由左向右 其上方置一根通有如图8 2 1所示电流的直导线 导线与阴极射线管平行 则阴极射线将会图8 2 1 a 向上偏转b 向下偏转c 向纸内偏转d 向纸外偏转答案b 3 2016 南宁模拟 如图8 2 2所示 mn板两侧都是磁感应强度为b的匀强磁场 方向如图所示 带电粒子 不计重力 从a位置以垂直b方向的速度v开始运动 依次通过小孔b c d 已知ab bc cd 粒子从a运动到d的时间为t 则粒子的比荷为 图8 2 2 答案d 4 多选 如图8 2 3所示 质量为m 电荷量为 q的带电粒子 以不同的初速度两次从o点垂直于磁感线和磁场边界向上射入匀强磁场 在洛伦兹力作用下分别从m n两点射出磁场 测得om on 3 4 粒子重力不计 则下列说法中正确的是 图8 2 3 a 两次带电粒子在磁场中经历的时间之比为3 4b 两次带电粒子在磁场中运动的路程长度之比为3 4c 两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为3 4d 两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为4 3答案bc 考点一洛伦兹力和电场力的比较1 洛伦兹力的特点 1 洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面 所以洛伦兹力只改变速度的方向 不改变速度的大小 即洛伦兹力永不做功 2 当电荷运动方向发生变化时 洛伦兹力的方向也随之变化 3 用左手定则判断负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时 要注意将四指指向电荷运动的反方向 2 洛伦兹力与电场力的比较 考向1对洛伦兹力的理解 例1 多选 如图8 2 4所示 一轨道由两等长的光滑斜面ab和bc组成 两斜面在b处用一光滑小圆弧相连接 p是bc的中点 竖直线bd右侧存在垂直纸面向里的匀强磁场 b处可认为处在磁场中 一带电小球从a点由静止释放后能沿轨道来回运动 c点为小球在bd右侧运动的最高点 则下列说法正确的是 图8 2 4 答案 ad 考向2电场力与磁场力对运动电荷作用的区别 例2 在如图8 2 5所示宽度范围内 用场强为e的匀强电场可使初速度是v0的某种正粒子偏转 角 在同样宽度范围内 若改用方向垂直于纸面向外的匀强磁场 图中未画出 使该粒子穿过该区域 并使偏转角也为 不计粒子的重力 问 图8 2 5 1 匀强磁场的磁感应强度是多大 2 粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大 2 确定圆心的方法 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8 2 6甲所示 p为入射点 m为出射点 图8 2 6 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 3 半径的确定方法可利用物理学公式或几何知识 勾股定理 三角函数等 求出半径大小 考向1边界为圆形的匀强磁场 例3 如图8 2 7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 图8 2 7 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 考向2边界为直线的匀强磁场 例4 2015 四川理综 如图8 2 8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 图8 2 8a 90 时 l 9 1cmb 60 时 l 9 1cmc 45 时 l 4 55cmd 30 时 l 4 55cm 答案 ad 规律总结带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动解题 三步法 1 画轨迹 即确定圆心 画出运动轨迹 2 找联系 轨道半径与磁感应强度 运动速度的联系 偏转角度与圆心角 运动时间的联系 在磁场中的运动时间与周期的联系 3 用规律 即牛顿运动定律和圆周运动的规律 特别是周期公式 半径公式 2 回旋加速器的主要特征 1 带电粒子在两d形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期 与带电粒子的速度无关 2 将带电粒子在两盒狭缝之间的运动首尾连起来是一个初速度为零的匀加速直线运动 考向1质谱仪的分析 例5 2016 宜宾诊断 质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要仪器 它的构造原理如图8 2 9所示 从粒子源s处放出的速度大小不计 质量为m 电荷量为q的正离子 经电势差为u的加速电场加速后 垂直进入一个磁感应强度为b的匀强磁场后到达记录它的照相底片p上 试问 图8 2 9 考向2回旋加速器的分析 例6 回旋加速器是用于加速带电粒子流 使之获得很大动能的仪器 其核心部分是两个d形金属扁盒 两盒分别和一高频交流电源两极相接 以便在盒间狭缝中形成匀强电场 使粒子每次穿过狭缝都得到加速 两盒放在匀强磁场中 磁场方向垂直于盒底面 粒子源置于盒的圆心附近 若粒子源射出的粒子电荷量为q 质量为m 粒子最大回旋半径为rm 磁场的磁感应强度为b 其运动轨迹如图8 2 10所示 问 图8 2 10 1 粒子在盒内磁场中做何种运动 2 粒子在两盒间狭缝内做何种运动 3 所加交变电压频率为多大 粒子运动角速度为多大 4 粒子离开加速器时速度为多大 解析 1 d形盒由金属导体制成 可屏蔽外电场 因而盒内无电场 盒内存在垂直盒面的磁场 故粒子在盒内磁场中做匀速圆周运动 2 两盒间狭缝内存在匀强电场 且粒子速度方向与电场方向在同一条直线上 故粒子做匀加速直线运动 考点四带电粒子运动的临界和极值问题 思想方法 临界问题的分析思路物理现象从一种状态变化成另一种状态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式为 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 图8 2 11 1 速度的大小 2 速度方向与y轴正方向夹角的正弦 规律总结确定临界点的方法以题目中的 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 常见情况如下 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 当速度v变化时 圆心角越大的 运动时间越长 考向2带电粒子在匀强磁场中运动的极值问题 例8 放置在坐标原点o的粒子源 可以向第二象限内放射出质量为m 电荷量为q的带正电粒子 带电粒子的速率均为v 方向均在纸面内 如图8 2 12所示 若在某区域内存在垂直于xoy平面的匀强磁场 垂直纸面向外 磁感应强度大小为b 则这些粒子都能在穿过磁场区后垂直射到垂直于x轴放置的挡板pq上 求 图8 2 12 1 挡板pq的最小长度 2 磁场区域的最小面积 1 2015 课标 两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同 方向平行 一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子 不计重力 从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后 粒子的 随堂巩固 a 轨道半径减小 角速度增大b 轨道半径减小 角速度减小c 轨道半径增大 角速度增大d 轨道半径增大 角速度减小 答案d 2 多选 2015 课标 有两个匀强磁场区域 和 中的磁感应强度是 中的k倍 两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动 与 中运动的电子相比 中的电子a 运动轨迹的半径是 中的k倍b 加速度的大小是 中的k倍c 做圆周运动的周期是 中的k倍d 做圆周运动的角速度与 中的相等 答案ac 3 2014 课标 如图8 2 13所示 mn为铝质薄平板 铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场 未画出 一带电粒子从紧贴铝板上表面的p点垂直于铝板向上射出 从q点穿越铝板后到达pq