高考物理月刊专版 专题5 磁场 (1)课件.ppt

1 一 磁场1 磁感应强度定义式 方向为小磁针北极受力方向 2 磁感线 形象描绘磁场的强弱和方向 是闭合曲线 3 安培定则 用于判断电流周围的磁场方向 二 安培力和洛伦兹力1 力的大小 1 安培力 f bil 条件 l b 2 洛伦兹力 f bqv 条件 v b 2 力的方向 左手定则 2 三 带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子 不计重力 在匀强磁场中的运动分为两类 直线运动 圆周运动 1 如果带电粒子沿与磁感线平行的方向进入匀强磁场 不受洛伦兹力作用 则做匀速直线运动 2 如果带电粒子以初速度v垂直于磁感线进入匀强磁场 就做匀速圆周运动 向心力由洛伦兹力提供 1 轨道半径 2 周期 3 典例精析举一反三 类型一 带电粒子在磁场中运动过程中的半径变化问题 带电粒子在磁场中运动时 以下原因均会引起粒子运动半径的变化 非匀强磁场 磁感应强度随位置变化 由于其他力做功 引起动能发生变化 与其他粒子碰撞 导致动量或电量发生变化 4 例1带电粒子进入云室会使云室中的气体电离 从而显示其运动轨迹 如图是在有匀强磁场云室中观察到的粒子的轨迹 a和b是轨迹上的两点 匀强磁场b垂直纸面向里 该粒子在运动时 其质量和电量不变 而动能逐渐减少 下列说法正确的是 a 粒子先经地之a点 再经过b点b 粒子先经过b点 再经过a点c 粒子带负电d 粒子带正电 5 解析 由图可知 不管粒子从a点向b点运动还是从b点向a点运动 它在磁场中的轨迹半径均是先减小后增大 根据可知 磁感应强度先增大后减小 因此是甲中通有电流 所以c d错误 再根据左手定则可判断出a b正确 6 类型二 带电粒子在有界磁场中的偏转 求解带电粒子在有界磁场中的运动问题 其关键是找到圆心画轨迹 圆心的确定方法一般有下面三种情况 作轨迹上某位置速度方向的垂线 然后根据已知半径确定圆心的位置 将轨迹的两位置连成弦 圆心就在弦的中垂线上 然后再根据已知的半径或某已知的速度方向确定圆心的位置 将两个速度方向延长相交 圆心就在两直线的角平分线上 然后再根据已知半径成轨迹上的某已知位置确定圆心的位置 7 例2在以坐标原点o为圆心 半径为r的圆形区域内 存在磁感应强度大小为b 方向垂直于纸面向里的匀强磁场 如图所示 一个不计重力的带电粒子从磁场边界与x轴的交点a处以速度v沿 x方向射入磁场 它恰好从磁场边界与y轴的交点c处沿 y方向飞出 1 判断该粒子带何种电荷 并求出其比荷 2 若磁场的方向和所在空间范围不变 而磁感应强度的大小变为b 该粒子仍以a处相同的速度射入磁场 但飞出磁场时的速度方向相对于入射方向改变了60 角 求磁感应强度b 多大 此粒子在磁场中运动所用时间t是多少 8 解析 1 设沿cm方向运动的离子在磁场中做圆周运动的轨道半径为r 则有 又r d 解得 磁场方向垂直纸面向外 9 解析 2 设沿cn运动的离子速度大小为v 在磁场中的轨道半径为r 运动时间为t 由题意知vcos v0 得 设弧长为s 得 运动时间 10 解析 3 由几何知识得 由以上三式解得 又 11 类型三 带电粒子在有界磁场中运动的临界问题 此类问题的解题关键是寻找临界点 寻找临界点的有效方法是 轨迹圆的缩放 当入射粒子的入射方向不变而速度大小可变时 粒子做圆周运动的圆心一定在入射点所受洛伦兹力所表示的射线上 但位置 半径r 不确定 用圆规作出一系列大小不同的轨迹图 从圆的动态变化中即可发现 临界点 轨迹圆的旋转 当粒子的入射速度大小确定而方向不确定时 所有不同方向入射的粒子的轨迹圆是一样大的 只是位置绕入射点发生了旋转 从定圆的动态旋转中 也容易发现 临界点 12 例3一水平放置的平板mn的上方有匀强磁场 磁感应强度的大小为b 磁场方向垂直于纸面向里 许多质量为m带电量为 q的粒子 以相同的速率v沿位于纸面内的各个方向 由小孔o射入磁场区域 不计重力 不计粒子间的相互影响 下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域 其中 正确的图是 13 14 解析 对于y轴上的光屏亮线范围的临界条件如图 1 所示 带电粒子的轨迹和x a相切 此时r a y轴上的最高点为y 2r 2a 故亮线在y轴上的范围是0 y 2a o o1 a x y 15 解析 对于x轴上光屏亮线范围的临界条件如图 2 所示 左边界的极限情况还是和x a相切 此刻 带电粒子在右边的轨迹是个圆 由几何知识得到在x轴上的坐标为x 2a 速 度最大的粒子是如图 2 中的实线 由两段圆弧组成 圆心分别是c和c 由对称性得c 在x轴上 设在左右两部分磁场中运动时间分别为t1和t2 16 所有在x轴上的范围是 解析 满足 解得 由数学关系得到 代入数据得到 17 类型四 带电粒子在磁场中的周期性运动 带电粒子在磁场中的周期性问题一般有两种情况 一种是磁场的强弱或方向做周期性变化引起 一种是外界约束下的往复运动 无论哪种情况 其解题的关键均是画出粒子的整个运动过程的运动轨迹 18 例4如图所示 在x 0与x 0的区域中 存在磁感应强度大小分别为b1与b2的匀强磁场 磁场方向垂直于纸面向里 且b1 b2 一个带负电的粒子从坐标原点o以速度v沿x轴负方向射出 要使该粒子经过一段时间后又经过o点 b1与b2的比值应满足什么条件 19 解析 1 带电粒子从s2孔进入 与筒壁碰撞2次再从s2孔射出经历的时间为最短 设带电粒子进入磁场的速度为v 根据动能定