5.洛伦兹力的应用.ppt

磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力 高三专题复习课 磁场对运动电荷的作用 1 考纲解读体会 3 考点双基巩固 2近三年各地高考赏析 4 热点问题精析 考向1 考向2 考向3 考向4 考向5 重点 难点 一 考纲解读及体会 级要求指课标中的 理解 和 应用 即对所列知识要理解其确切含义及与其他知识联系 能够进行叙述和解释 并能在实际问题的分析 综合 推理和判断等过程中运用 二 近三年各地高考题赏析 B A AD 2015高考四川省理综10题17 如图8 3 4所示 在空间中存在垂直纸面向里的匀强磁场 其竖直边界AB CD的宽度为d 在边界AB左侧是竖直向下 场强为E的匀强电场 现有质量为m 带电量为 q的粒子 不计重力 从P点以大小为v0的水平初速度射入电场 随后与边界AB成45 射入磁场 若粒子能垂直CD边界飞出磁场 穿过小孔进入如图所示两竖直平行金属板间的匀强电场中减速恰不碰到正极板 1 请画出粒子上述过程中的运动轨迹 并求出粒子进入磁场时的速度大小v 2 求匀强磁场的磁感应强度B 3 求金属板间的电压U的最小值 例4 图8 3 4 在竖直平面内 以虚线为界分布着如图8 3 5所示的匀强电场和匀强磁场 其中匀强电场的方向竖直向下 大小为E 匀强磁场的方向垂直纸面向里 磁感应强度大小为B 虚线与水平线之间的夹角为 45 一个带负电荷的粒子在 例5 2014高考重庆21题19分 图8 3 5 O点以速度v0水平射入匀强磁场 已知带电粒子所带的电荷量为q 质量为m 重力忽略不计 电场 磁场区域足够大 求 1 带电粒子第1次通过虚线时距O点的距离 2 带电粒子从O点开始到第3次通过虚线时所经历的时间 3 带电粒子第4次通过虚线时距O点的距离 45 第三3次 如图8 3 9所示 在x轴上方有垂直于xOy平面的匀强磁场 磁感应强度为B 在x轴下方有沿y轴负方向的匀强电场 场强为E 一质量为m 电荷量为q的负粒子从坐标原点O沿着y轴正方向射出 射出之 图8 3 9 例6 2014高考福建理综题 12分 拱桥模型 后 第三次到达x轴时 它与O点的距离为L 求此时粒子射出时的速度和运动的总路程 重力不计 例7 2014高考广西理综题14分 心连心 型如图8 3 10所示 一理想磁场以x轴为界 下方磁场的磁感应强度是上方磁感应强度B的两倍 今有一质量为m 电荷量为 q的粒子 从原点O沿y轴正方向以速度v0射入磁场中 求此粒子从开始进入磁场到第四次通过x轴的位置和时间 重力不计 图8 3 10 例8 葡萄串 型 2015高考黑龙江理综题 20分 如图8 3 11甲所示 互相平行且水平放置的金属板 板长L 1 2m 两板距离d 0 6m 两板间加上U 0 12V恒定电压及随时间变化的磁场 磁场变化规律如图8 3 11乙所示 规定磁场方向垂直纸面向里为正 当t 0时 有一质量为m 2 0 10 6kg 电荷量q 1 0 10 4C的粒子从极板左侧以v0 4 0 103m s沿与两板平行的中线OO 射入 取g 10m s2 3 14 求 图8 3 11 1 粒子在0 1 0 10 4s内位移的大小x 2 粒子离开中线OO 的最大距离h 3 粒子在板间运动的时间t 4 画出粒子在板间运动的轨迹图 故粒子在0 1 0 10 4s时间内做匀速直线运动 因为 t 1 0 10 4s 所以x v0 t 0 4m 2 在1 0 10 4 2 0 10 4s时间内 电场力与重力平衡 粒子做匀速圆周运动 h 2R 0 128m 所以粒子离开中线OO 的最大距离h 0 128m 3 板长L 1 2m 3x t 2T 3 t 5 0 10 4s 4 轨迹如图 1 此类试题大都是分界场 交变电场或交变磁场 多场叠加等复合场 2 综合性较强 情景较抽象 归纳性强 数学运算能力要求较高 3 文字多 思维量较大 4 物理过程较多 可能是匀强磁场中的匀速圆周运动与电场中的匀加或匀减速直线运动或类平抛运动 叠加场中的直线运动的结合 且有交替 甚至有周期性 一般是多解问题或临界问题 5 要注意带电体所带电的正负和重力是否忽略6 四川常将该题作为压轴题 且一般设置3个问题 第一问往往很简单 送分 一般为5 6分 关键是时间与心态 第二问常常也不难 一般为7分左右 第三问才真有难度 7分左右 允许基础不太好的同学放弃 试题特点 学习策略 1 立足于夯实基本知识 构建基本方法并巩固 1 分析运动过程 受力分析和运动情况分析是关键 2 画运动轨迹 3 由圆轨迹定圆心 4 据几何知识求半径R或圆心角 一般落实到直角三角形中 2 学习流程 问题归类 梯度讲练复习基本概念规律 构建基本方法 探究极值问题或多解多过程问题的解答思路 3 通过 缩放圆 旋转圆 探究轨迹特征 找出临界条件 抓住运动的连续性 周期性和对称性 培养空间想象力 突破多过程多解问题的瓶颈 4 在学习中树立信心 循序渐进 1 基本方法掌握了 接下来要有信心 有耐心 更要有恒心 多练多体会 2 答题时静下心来 耐心读题 审清条件 疏理好关系 就可能多得分 得高分 三 考点双基巩固 考向1 洛伦兹力的理解1 定义 磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力 2 大小 F qvBsin 是v与B方向间的夹角 1 0 或180 时 F 0 2 90 时 F qvB 3 v 0时 洛伦兹力为零 洛伦兹力总是不做功 2013上海高考理综题 考向2 洛仑兹力作用下的圆周运动力学规律 答案 A 向 里 考向3 洛仑兹力作用下的圆周运动轨迹分析 此类问题关键 掌握 确定圆心 半径 圆心角 的基本方法 1 确定圆心 常有以下方法 情况1 缩放圆 2014四川高考理综题 因速度变化引起半径变化 自然要考虑缩放圆 2013年山东高考理综情况2 旋转圆 D 考向4 临界与极值问题 四 热点问题精析 1 常见情况 1 磁感应强度的极值问题 2 偏角和时间的极值问题 3 面积的极值问题 2 疏理关系 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 有界场中 速度v 磁场B变化会引起半径r变化 进而引起弧长 或弦长 和圆心角的变化 缩放圆 或 旋转圆 从而出现极值或临界问题 3 解题策略 1 确定粒子运动的轨迹圆和边界的关系 找到极值或临界关系 相切或垂直 然后利用数学方法求解 2 借助 缩放圆 或 旋转圆 探究轨迹的动态变化 找到极值或临界状态 挖掘极值或临界条件 考向4 临界与极值问题 74 360T 2014山东高考理综题15分 旋转圆 分界场问题可能是不同磁场相连 也可能是电场与磁场相连 综合性高 基本思想 疏理运动过程 根据过程找关系 环环相扣 关键 弄清不同场内的受力特征 穿过交界处的速度 教学思想 引导学生疏理 重在过手 要有耐心 不能急于求成 场的交界处速度方向与大小很关键 此处速度容易当成v0 从b点射出 为B最小时 是难点 可组织学生讨论 教师引导 1 B变化 半径变化 B最小时 半径最大 2 但入射速度方向不变 故可通过收放圆探究到临界状态 找到极值 考向5 多过程多解问题 由于电荷正负 磁场和速度的大小与方向的变化 以及磁场边界等等因素的影响 使洛仑兹力作用下的圆周运动问题往往形成多解 由于运动的周期性 磁场的周期性变化 导致轨迹在变化中反复 形成多过程或周期性问题 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 带电粒子在分界场空间运动时 运动往往具有往复性 从而形成多过程多解问题 粒子以不同的速度大小从O点水平飞出 要求要打在P点 求行进路程 粒子从O点沿y轴正向进入磁场 求经过x轴时的时间 抓住对称性和周期性 想象出轨迹的形态和多种可能性 交变场中的多过程多解问题 这个条件很关键 说明磁场交变周期和粒子运动周期相同 即每半周期对应一个半圆 首先抓基本关系 拿基本分 注意磁场交变引起轨迹变化 但有对称性 作为最后一题的第1问 往往很简单 绝大部分学生可以拿到手 重要是时间与心态 尽管进入的时刻变了 但抓住1 n周期对应1 n个圆弧 顺藤摸瓜 轨迹也不难画出 注意 磁场反转 引起轨迹反转 由于进入时刻不确定 因而轨迹不确定 不少学生止步不前 部分学生即使画出大致的轨迹 也难以找到关系 如果有 对称 和 割补 思维 则问题迎刃而解 对于层次较高的班级 可以略从考向3开始教学 重点在考向4 5 但切忌 高举高打 蜻蜓点水 式教学问题 我主张教学要倾向于引导学生 庖丁解牛 剖析题目的构建思路 讨论难点并拓展 虽然短时来看课堂占时较多 但长时来看 更具有可持续发展性 五 带电粒子的磁偏转 模型 有界磁场中的临界问题 1 模型概述带电粒子在有界磁场中的偏转问题一直是高考的热点 此类模型较为复杂 常见的磁场边界有单直线边界 双直线边界 矩形边界和圆形边界等 因为是有界磁场 则带电粒子运动的完整圆周往往会被破坏 可能存在最大 最小面积 最长 最短时间等问题 2 模型分类 单直线边界型 当粒子源在磁场中 且可以向纸面内各个方向以相同速率发射同种带电粒子时以图8 2 11 甲 中带负电粒子的运动为例 规律要点 图8 2 11 双直线边界型当粒子源在一条边界上向纸面内各个方向以相同速率发射同一种粒子时 以图8 2 11 乙 中带负电粒子的运动为例 规律要点 最值相切 粒子能从另一边界射出的上 下最远点对应的轨道分别与两直线相切 如图8 2 11 乙 所示 对称性 过粒子源S的垂线为ab的中垂线 在如图 乙 中 a b之间有带电粒子射出 最值相切规律可推广到矩形区域磁场中 圆形边界 1 圆形磁场区域规律要点 相交于圆心 带电粒子沿指向圆心的方向进入磁场 则出磁场时速度矢量的反向延长线一定过圆心 即两速度矢量相交于圆心 如图8 2 12 甲 直径最小 带电粒子从直径的一个端点射入磁场 则从该直径的另一端点射出时 磁场区域面积最小 如图8 2 12 乙 所示 2 环状磁场区域规律要点 径向出入 带电粒子沿 逆 半径方向射入磁场 若能返回同一边界 则一定逆 沿 半径方向射出磁场 最值相切 当带电粒子的运动轨迹与圆相切时 粒子有最大速度vm而磁场有最小磁感应强度B 如图8 2 12 丙 图8 2 12 如8 2