2018版高考物理复习专题三电场和磁场第2讲磁吃电流和电荷的作用课件.pptx

第2讲磁场对电流和电荷的作用 专题三电场和磁场 考点一有关磁场的基本知识辨析 考点三带电粒子在磁场中运动的多过程问题 考点四带电粒子在有界磁场中的临界极值问题 考点二带电粒子在有界磁场中的基本运动 真题研究 1 2017 浙江4月选考 9 如图1所示 两平行直导线cd和ef竖直放置 通以方向相反 大小相等的电流 a b两点位于导线所在的平面内 则A b点的磁感应强度为零B ef导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向里C cd导线受到的安培力方向向右D 同时改变两导线的电流方向 cd导线受到的安培力方向不变 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 图1 解析根据右手定则可知b处的两处分磁场方向均为垂直纸面向外 所以选项A错误 ef在a处的磁场垂直纸面向外 所以选项B错误 根据左手定则可判断 方向相反的两个电流的安培力互相排斥 所以选项C错误 不管电流方向如何 只要电流方向相反 就互相排斥 选项D正确 1 2 3 4 5 6 7 8 2 2016 浙江10月学考 10 如图2所示 把一根通电的硬直导线ab用轻绳悬挂在通电螺线管正上方 直导线中的电流方向由a向b 闭合开关S瞬间 导线a端所受安培力的方向是A 向上B 向下C 垂直纸面向外D 垂直纸面向里 1 2 3 4 5 6 7 8 图2 解析根据右手定则可知 开关闭合后 螺线管产生的磁极N极在右侧 根据左手定则可知 a端受力应垂直纸面向里 选项D正确 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 3 2016 浙江4月选考 9 法拉第电动机原理如图3所示 条形磁铁竖直固定在圆形水银槽中心 N极向上 一根金属杆斜插在水银中 杆的上端与固定在水银槽圆心正上方的铰链相连 电源负极与金属杆上端相连 与电源正极连接的导线插入水银中 从上往下看 金属杆A 向左摆动B 向右摆动C 顺时针转动D 逆时针转动 解析根据左手定则可知 导电金属杆所受安培力将会使其逆时针转动 D对 答案 解析 图3 4 人教版选修3 1P93 做一做 改编 物理老师在课堂上做了一个 旋转的液体 实验 实验装置如图4 装有导电液的玻璃器皿放在上端为S极的蹄形磁铁的磁场中 器皿中心的圆柱形电极与电源负极相连 内壁边缘的圆环形电极与电源正极相连 接通电源后液体旋转起来 关于这个实验以下说法中正确的是A 液体中电流由中心流向边缘 从上往下俯视 液体逆时针旋转B 液体中电流由中心流向边缘 从上往下俯视 液体顺时针旋转C 液体中电流由边缘流向中心 从上往下俯视 液体顺时针旋转D 液体中电流由边缘流向中心 从上往下俯视 液体逆时针旋转 模拟训练 图4 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 解析 解析由图可知液体中电流由边缘流向中心 蹄形磁铁的上端为S极 导电液处磁场方向竖直向上 由左手定则可知电流受到的安培力方向从上往下俯视为逆时针方向 所以液体逆时针旋转 故选项D正确 1 2 3 4 5 6 7 8 5 2017 浙江 七彩阳光 联考 小张同学将两枚小磁针放进某磁场中 发现小磁针静止时如图5所示 忽略地磁场的影响 则该磁场一定不是A 蹄形磁铁所形成的磁场B 条形磁铁所形成的磁场C 通电螺线管所形成的磁场D 通电直导线所形成的磁场 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 图5 6 2017 稽阳联谊学校8月联考 如图6所示为电流天平 可以用来测量匀强磁场的磁感应强度 它的右臂挂着矩形线圈 匝数为n 线圈的水平边长为l 处于匀强磁场内 磁感应强度B的方向与线圈平面垂直 当线圈中通过电流I时 调节砝码使两臂达到平衡 然后使电流反向 大小不变 这时需要在左盘中增加质量为m的砝码 才能使两臂再达到新的平衡 当地重力加速度为g 则磁感应强度B为 解析电流方向反向 安培力的变化为2nBIl 大小等于mg C对 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 解析 图6 1 2 3 4 5 6 7 8 7 2016 绍兴市9月选考 如图7所示 电子枪向右发射电子束 其正下方水平直导线内通有向右的电流 则电子束将A 向上偏转B 向下偏转C 向纸外偏转D 向纸内偏转 解析由安培定则知水平直导线上方磁场方向垂直于纸面向外 由左手定则知向右运动的电子受到向上的洛伦兹力 故A正确 答案 解析 图7 8 2017 绍兴市选考模拟 下列说法正确的是A 条形磁铁内部的磁感线方向是从磁铁的N极指向S极B 一小段通电导线放在某处不受磁场力作用 则该处的磁感应强度为零C 两通电导线之间的相互作用是通过磁场发生的D 在磁感应强度为B的磁场中 穿过面积为S的平面的磁通量为 BS 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 解析条形磁铁内部的磁感线方向是从磁铁的S极指向N极的 A不正确 一小段通电导线放在磁场中某处 若导线平行于磁场 既使磁感应强度不为零 导线也不受磁场力作用 故B错 两通电导线间的相互作用是通过磁场发生的 C正确 在磁感应强度为B的磁场中 只有当磁感应强度B垂直于某平面时 穿过面积为S的该平面的磁通量 BS才成立 D不正确 故选C 1 2 3 4 5 6 7 8 命题预测 1 如图8所示 一个质量为m 电荷量为q的带电粒子从x轴上的P a 0 点以速度v 沿与x正方向成60 的方向射入第一象限内的匀强磁场中 并恰好垂直于y轴射出第一象限 求 1 匀速圆周运动的半径 1 2 3 图8 答案 解析 解析粒子在磁场中在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动 如图所示 由射入 射出点可找到圆心O 1 2 3 1 2 3 2 匀强磁场的磁感应强度B 答案 解析 1 2 3 3 射出点的坐标 答案 解析 解析由几何关系有 粒子射出磁场时的纵坐标 2 空间有一圆柱形匀强磁场区域 该区域的横截面的半径为R 磁场方向垂直横截面 一质量为m 电荷量为q q 0 的粒子以速率v0沿横截面的某直径射入磁场 离开磁场时速度方向偏离入射方向60 不计重力 该磁场的磁感应强度大小为 模拟训练 答案 解析 1 2 3 1 2 3 3 如图9所示 正六边形abcdef区域内有垂直于纸面的匀强磁场 一带正电的粒子从f点沿fd方向射入磁场区域 当速度大小为vb时 从b点离开磁场 在磁场中运动的时间为tb 当速度大小为vc时 从c点离开磁场 在磁场中运动的时间为tc 不计粒子重力 则速度之比vb vc和时间之比tb tc分别是多少 1 2 3 答案1 22 1 图9 答案 解析 1 2 3 真题研究 1 2017 浙江11月选考 23 如图10所示 x轴上方存在垂直纸面向外的匀强磁场 坐标原点有一正离子源 单位时间在xOy平面内发射n0个速率均为v的离子 分布在y轴两侧各为 的范围内 在x轴上放置长度为L的离子收集板 其右端点距坐标原点的距离为2L 当磁感应强度为B0时 沿y轴正方向入射的离子 恰好打在收集板的右端点 整个装置处于真空中 不计重力 不考虑离子间的碰撞 忽略离子间相互作用 答案 解析 图10 1 2 3 解析磁场强度为B0时 沿着y轴正方向射入的离子 正好打在收集板右端 则离子轨迹如图甲 1 2 3 2 若发射的离子被收集板全部收集 求 的最大值 1 2 3 答案60 解析如图乙所示 以最大值 m入射时 根据几何关系 有 2Rcos m L 故 m 60 乙 答案 解析 3 假设离子到达x轴时沿x轴均匀分布 当 37 磁感应强度B0 B 3B0的区间取不同值时 求单位时间内收集板收集到的离子数n与磁感应强度B之间的关系 不计离子在磁场中运动的时间 1 2 3 答案见解析 答案 解析 解析B B0 全部收集到离子时的最小半径为R1 如图丙有2R1cos37 L 丙 当B0 B 1 6B0时 n1 n0B 1 6B0 恰好收集不到离子时的半径为R2 有R2 0 5L 得B2 2B0 当2B0 B 3B0时 极板上无法收集到离子 n3 0 1 2 3 模拟训练 2 为了进一步提高回旋加速器的能量 科学家建造了 扇形聚焦回旋加速器 在扇形聚焦过程中 离子能以不变的速率在闭合平衡轨道上周期性旋转 扇形聚焦磁场分布的简化图如图11所示 圆心为O的圆形区域等分成六个扇形区域 其中三个为峰区 三个为谷区 峰区和谷区相间分布 峰区内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为B 谷区内没有磁场 质量为m 电荷量为q的正离子 以不变的速率v旋转 其闭合平衡轨道如图中虚线所示 1 求闭合平衡轨道在峰区内圆弧的半径r 并判断离子旋转的方向是顺时针还是逆时针 图11 答案 解析 1 2 3 解析峰区内圆弧半径r 旋转方向为逆时针方向 1 2 3 2 求轨道在一个峰区内圆弧的圆心角 及离子绕闭合平衡轨道旋转的周期T 答案 解析 1 2 3 3 在谷区也施加垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为B 新的闭合平衡轨道在一个峰区内的圆心角 变为90 求B 和B的关系 已知 sin sin cos cos sin cos 1 答案 解析 1 2 3 解析如图乙所示 谷区内的圆心角 120 90 30 1 2 3 3 如图12甲所示 M N为竖直放置且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 且正对 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 有一束正离子在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 图12 1 2 3 答案 解析 解析设垂直于纸面向里的磁场方向为正方向正离子射入磁场 洛伦兹力提供向心力 1 2 3 2 要使正离子从O 孔垂直于N板射出磁场 求正离子射入磁场时的速度v0的可能值 1 2 3 答案 解析 规律总结 解决带电粒子在磁场中运动的多过程问题 1 分析题目特点 确定带电粒子运动的大致过程 2 作出粒子运动轨迹示意图 3 对每一个过程确定圆心 几何求半径 运用半径公式 周期公式等规律求解 4 若为周期性重复的多解问题 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 真题研究 1 2015 浙江9月选考 23 某科研小组设计了一个粒子探测装置 如图13甲所示 一个截面半径为R的圆筒 筒长大于2R 水平固定放置 筒内分布着垂直于轴线的水平方向匀强磁场 磁感应强度大小为B 图乙为圆筒的入射截面 图丙为竖直方向过筒轴的切面 质量为m 电荷量为q的正离子以不同的初速度垂直于入射截面射入筒内 圆筒内壁布满探测器 可记录粒子到达筒壁的位置 筒壁上的P点和Q点与入射面的距离分别为R和2R 离子碰到探测器即被吸收 忽略离子间的相互作用 1 离子从O点垂直射入 偏转后到达P点 求该离子的入射速度v0的大小 1 2 图13 答案 解析 解析离子运动的半径为R 1 2 1 2 2 离子从OC线上垂直射入 求位于Q点处的探测器接收到的离子的入射速度范围 答案 解析 解析离子以v1从C点入射时 才能到达Q点 偏转半径为R1 2R 从O点入射时 设半径为R2 根据题意得 1 2 1 2 3 若离子以第 2 问求得范围内的速度垂直入射 从入射截面的特定区域入射的离子偏转后仍能到达距入射面为2R的筒壁位置 画出此入射区域的形状并求其面积 答案 解析 所以特定入射区域为图中阴影部分由几何关系得 1 2 2 2016 宁波市模拟 如图14所示 在足够长的水平绝缘板上方距离为d的P点有一个粒子发射源 能够在纸面内向各个方向发射速率相等 比荷为k的带正电的粒子 不考虑粒子间的相互作用和粒子重力 模拟训练 1 若已知粒子的发射速率为v0 在绝缘板上方加一电场强度大小为E 方向竖直向下的匀强电场 求同一时刻发射出的带电粒子打到板上的最大时间差 图14 1 2 答案 解析 解析当速度方向竖直向下时 时间最短 当速度方向竖直向上时 时间最长 由运动学公式得 1 2 1 2 2 若已知粒子的发射速率为v0 在绝缘板的上方只加一方向垂直纸面 磁感应强度B 的匀强磁场 求带电粒子能到达板上的最大长度L 答案 解析 规律总结 解决带电粒子的临界问题的技巧方法以题目中的 恰好