【优化探究】高考物理一轮复习 第8章第2单元随堂课件.ppt

一 洛伦兹力1 定义 电荷在磁场中所受的力 2 大小 1 v b时 f 2 v b时 f 3 v与b夹角为 时 f 3 方向 f v b三者的关系满足定则 4 特点 由于f始终v的方向 故洛伦兹力永不做功 运动 0 qvb qvbsin 左手 垂直于 温馨提示 洛伦兹力是安培力的微观实质 安培力是洛伦兹力的宏观表现 二 带电粒子在磁场中的运动1 若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向平行 带电粒子以入射速度v做运动 2 若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向垂直 带电粒子在垂直于磁感线的平面内 以入射速率v做运动 1 基本公式 匀速直线 匀速圆周 洛伦兹力与安培力 电场力的比较 1 洛伦兹力和安培力的关系洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力 而安培力是导体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 洛伦兹力方向的特点 1 洛伦兹力的方向与电荷运动的方向和磁场方向都垂直 即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 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 洛伦兹力与电场力的比较 重点提示 洛伦兹力对电荷不做功 安培力对通电导线可做正功 可做负功 也可不做功 电场力对电荷可做正功 可做负功 也可不做功 在如图所示宽度范围内 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 若改用方向垂直纸面向外的匀强磁场 使该粒子穿过该区域 并使偏转角也为 不计粒子的重力 问 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 思路点拨 求解此题应把握以下两点 1 明确粒子在电场和磁场中的运动特点 2 正确分析两种运动中各物理量之间的关系 1 2011年漳州模拟 带电粒子以初速度v0从a点进入匀强磁场 如图 运动中经过b点 oa ob 若撤去磁场加一个与y轴平行的匀强电场 仍以v0从a点进入电场 粒子仍能通过b点 那么电场强度e与磁感应强度b之比为 答案 c 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题 1 圆心的确定 1 基本思路 与速度方向垂直的直线和图中弦的中垂线一定过圆心 2 两种情形 已知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 如图所示 图中p为入射点 m为出射点 已知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道的圆心 如图 p为入射点 m为出射点 带电粒子在不同边界磁场中的运动 a 直线边界 进出磁场具有对称性 如图 b 平行边界 存在临界条件 如图 c 圆形边界 沿径向射入必沿径向射出 如图 2 半径的确定用几何知识 勾股定理 三角函数等 求出半径大小 3 运动时间的确定粒子在磁场中运动一周的时间为t 当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为 时 其运动时间由下式表示 重点提示 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法 三步法 1 画轨迹 即确定圆心 几何方法求半径并画出轨迹 2 找联系 轨道半径与磁感应强度 运动速度相联系 偏转角度与圆心角 运动时间相联系 在磁场中运动的时间与周期相联系 3 用规律 即牛顿第二定律和圆周运动的规律 特别是周期公式 半径公式 思路点拨 分析带电粒子的运动情况是解决问题的前提 要结合运动分析画出运动过程草图 运用半径公式及平面几何知识进行分析讨论 答案 1 4 19 10 6s 2 2m 2 如图所示 在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上 有两个质量和电荷量均相同的正负离子 不计重力 从点o以相同的速率先后射入磁场中 入射方向与边界成 角 则正负离子在磁场中 a 运动时间相同b 运动轨道的半径相同c 重新回到边界时速度的大小和方向相同d 重新回到边界的位置与o点距离相等 答案 bcd 有关洛伦兹力的多解问题 1 带电粒子电性不确定受洛伦兹力作用的带电粒子 可能带正电 也可能带负电 当粒子具有相同速度时 正负粒子在磁场中运动轨迹不同 导致多解 如图带电粒子以速率v垂直进入匀强磁场 若带正电 其轨迹为a 若带负电 其轨迹为b 2 磁场方向不确定形成多解磁感应强度是矢量 如果题述条件只给出磁感应强度大小 而未说明磁感应强度方向 则应考虑因磁场方向不确定而导致的多解 如图带正电粒子以速率v垂直进入匀强磁场 若b垂直纸面向里 其轨迹为a 若b垂直纸面向外 其轨迹为b 3 临界状态不惟一形成多解带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时 由于粒子运动轨迹是圆弧状 因此 它可能穿过去了 也可能转过180 从入射面边界反向飞出 如图所示 于是形成了多解 4 运动的往复性形成多解带电粒子在部分是电场 部分是磁场的空间运动时 运动往往具有往复性 从而形成多解 如图所示 重点提示 要充分考虑带电粒子的电性 磁场方向 轨迹及临界条件的多种可能性 画出其运动轨迹 分阶段 分层次地求解 如图甲所示 mn为竖直放置彼此平行的两块平板 板间距离为d 两板中央各有一个小孔o o 正对 在两板间有垂直于纸面方向的磁场 磁感应强度随时间的变化如图乙所示 有一群正离子在t 0时垂直于m板从小孔o射入磁场 已知正离子质量为m 带电荷量为q 正离子在磁场中做匀速圆周运动的周期与磁感应强度变化的周期都为t0 不考虑由于磁场变化而产生的电场的影响 不计离子所受重力 求 1 磁感应强度b0的大小 2 要使正离子从o 孔垂直于n板射出磁场 正离子射入磁场时的速度v0的可能值 思路点拨 解答本题时可按以下思路分析 3 2011年西城模拟 如图所示 在noq范围内有垂直于纸面向里的匀强磁场i 在moq范围内有垂直于纸面向外的匀强磁场 m o n在一条直线上 moq 60 这两个区域磁场的磁感应强度大小均为b 离子源中的离子 带电荷量为 q 质量为m 通过小孔o1进入极板间电压为u的加速电场区域 可认为初速度为零 离子经电场加速后通过小孔o2射出 从接近o点处进入磁场区域i 离子进入磁场的速度垂直于磁场边界mn 也垂直于磁场 不计离子的重力 1 当加速电场极板电压u u0 求离子进入磁场中做圆周运动的半径r 2 在oq上有一点p p点到o点距离为l 当加速电场极板电压u取哪些值 才能保证离子通过p点 带电粒子在有界磁场中的临界问题 如图所示 匀强磁场的磁感应强度为b 宽度为d 边界为cd和ef 一电子从cd边界外侧以速率v0垂直射入匀强磁场 入射方向与cd边界间夹角为 已知电子的质量为m 电荷量为e 为使电子能从磁场的另一侧ef射出 求电子的速率v0至少多大 思路点拨 带电粒子在匀强磁场中做圆周运动 速率v0增大时 电子的轨迹半径也相应增大 画出几个不同半径的轨迹 才能得到电子恰好射出磁场的临界条件 先画出带电粒子在磁场中的运动轨迹 再借助于轨迹进行分析 是解答问题的捷径 听课记录 当入射速率v0很小时 电子会在磁场中转动一段圆弧后又从cd边界射出 速率越大 轨迹半径越大 当轨迹与边界ef相切时 电子恰好不能从ef射出 如图所示 由几何知识可得 r rcos d 1 如图是电子射线管示意图 接通电源后 电子射线由阴极沿x轴方向射出 在荧光屏上会看到一条亮线 要使荧光屏上的亮线向下 z轴负方向 偏转 在下列措施中可采用的是 a 加一磁场 磁场方向沿z轴负方向b 加一磁场 磁场方向沿y轴正方向c 加一电场 电场方向沿z轴负方向d 加一电场 电场方向沿y轴正方向 解析 当加一沿y轴正方向的磁场时 电子会受到沿z轴的洛伦兹力而向下偏转 如果加的是电场 其方向必须有向上 z轴方向 的分量 答案 b 2 带电荷量为 q的粒子在匀强磁场中运动 下面说法中正确的是 a 只要速度大小相同 所受洛伦兹力就相同b 如果把 q改为 q 且速度反向大小不变 则洛伦兹力的大小和方向均不变c 洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直 磁场方向一定与电荷运动方向垂直d 粒子只受到洛伦兹力作用时 运动的速度 动能均不变 解析 因为洛伦兹力的大小不但与粒子速度大小有关 而且与粒子速度的方向有关 如果粒子速度与磁场垂直时f qvb 当粒子速度与磁场平行时f 0 再者由于洛伦兹力的方向永远与粒子的速度方向垂直 因而速度方向不同时 洛伦兹力的方向也不同 故a选项错 因为 q改为 q且速度反向时所形成的电流方向与原 q运动形成的电流方向相同 由左手定则可知洛伦兹力方向不变 再由f qvb知大小不变 故b选项正确 因为电荷进入磁场时的速度方向可以与磁场方向成任意夹角 故c选项错 因为洛伦兹力总与速度方向垂直 因此洛伦兹力不做功 粒子动能不变 但洛伦兹力可改变粒子的运动方向 使速度的方向不断改变 故d选项错 答案 b 3 2009年高考安徽卷 如图是科学史上一张著名的实验照片 显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹 云室旋转在匀强磁场中 磁场方向垂直照片向里 云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用 分析此径迹可知粒子 a 带正电 由下往上运动b 带正电 由上往下运动c 带负电 由上往下运动d 带负电 由下往上运动 解析 粒子穿过金属板后 速度变小 由半径公式r 可知 半径变小 粒子运动方向为由下向上 又由于洛伦兹力的方向指向圆心 由左手定则 粒子带正电 选a 答案 a 4 2011年长沙模拟 如图 在x 0 y 0的空间中有恒定的匀强磁场 磁感应强度的方向垂直于oxy平面向里 大小为b 现有一质量为m 电荷量为q的带电粒子 在x轴上到原点的距离为x0的p点 以平行于y轴的初速度射入此磁场 在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场 不计重