2013届高考物理一轮 专题24 磁场对运动电荷的作用学案 新课标

用心 爱心 专心1 20132013 届高三新课标物理一轮原创精品学案届高三新课标物理一轮原创精品学案 专题专题 2424 磁场对运动电荷磁场对运动电荷 的作用的作用 教学目标 教学目标 1 掌握洛伦兹力的特点 理解洛伦兹力对运动电荷不做功 2 熟练应用左手定则判断洛伦兹力方向 3 理解带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 本讲重点 本讲重点 1 用左手定则判断洛伦兹力方向 2 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动 本讲难点 本讲难点 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动 考点点拨 考点点拨 1 洛伦兹力方向的判定 2 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 3 带电粒子在匀强磁场中运动的实例分析 第一课时 一 考点扫描一 考点扫描 一 知识整合 一 知识整合 二 重难点阐释 二 重难点阐释 用心 爱心 专心2 二 高考要点精析二 高考要点精析 一 洛伦兹力方向的判定 一 洛伦兹力方向的判定 考点点拨考点点拨 在用左手定则时 四指必须指向电流方向 不是速度方向 即正电荷定向移动的方向 对负电荷 四指应指负电荷定向移动的反方向 考点精炼考点精炼 1 半导体靠自由电子 带负电 和空穴 相当于带正电 导电 分为p型和n型两种 p 型中空穴为多数载流子 n型中自由电子为多数载流子 用以下实验可以判定一块半导体 材料是p型还是n型 将材料放在匀强磁场中 通以图示方向的 电流I 用电压表判定上下两个表面的电势高低 若上极板电势 高 就是p型半导体 若下极板电势高 就是n型半导体 试分 析原因 二 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 二 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 考点点拨考点点拨 带电粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力而做匀速圆周运动时 洛伦兹力充当向心力 由此可 以推导出该圆周运动的半径公式和周期公式 I 用心 爱心 专心3 得 R v mqvB 2 Bq mv R qB m v R T 22 例2 两个带电荷相等的粒子 在同一匀强磁场中只受磁场力作用而作匀速圆周运动 则 A 若速率相等 则半径必相等 B 若质量相等 则半径必相等 C 若速率相等 则周期必相等 D 若质量相等 则周期必相等 解析 由得 且 所以 D 正确 2 mv qvB r mv r qB 2 m T qB 答案 D 用心 爱心 专心4 考点精炼考点精炼 第二课时 三 带电粒子在匀强磁场中运动的实例分析 三 带电粒子在匀强磁场中运动的实例分析 考点点拨考点点拨 带电粒子在匀强磁场中的运动往往与实际问题相联系 近年来在高考试题中频频出现 如 速度选择器 质谱仪 电磁泵 磁流体发电机 电磁流量计 正负电子对撞机 回旋加速 器 霍尔效应等 对于这些实际问题 首先应通过分析将其提炼成纯粹的物理问题 然后 用解决物理问题的方法进行分析求解 试题涉及到洛伦兹力方向的判定 电流的微观表达 式 匀强电场的场强与电势差的关系 力的平衡等多个知识点 例 4 质谱仪 质谱仪 质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具 它的构造 原理如图所示 离子源S产生质量为m 电量为q的正离子 离子产生出来时速度很小 可以看作速度为零 产生的离子经过电压U加速 进入磁感强度为B的匀强磁场 沿着半圆周运动 到达记录它的照相底片上的P点 测得P点到入口 处S1的距离为x 试求离子的质量m 解析 离子的质量m是不能直接测量的 但通过离 子在磁场中的偏转而转化为距离进行测量 当离子 在电场中加速时应用动能定理可得 qU 0 2 1 2 mv 当离子在磁场中偏转时应用牛顿定律可得 Bqv x mv22 由上述二式求得 m 2 2 8 x U qB 例 5 回旋加速器 回旋加速器 如图所示回旋加速器示意图 在D型盒上半面出口处有一正离子源 P x S1 U 用心 爱心 专心5 试问该离子在下半盒中每相邻两轨道半径之比为多少 例 6 速度选择器 速度选择器 如图所示 由于电子等基本粒子所受重力可忽略 不计 运动方向相同而速率不同的正离子组成的离子束射入相互正交的 匀强电场和匀强磁场所组成的场区 已知电场强度大小为E 方向向下 磁场的磁感强度为B 方向垂直于纸面向里 若粒子的运动轨迹不发生偏 转 重力不计 必须满足平衡条件 Bqv qE 故v E B 这样就把满足 v E B的粒子从速度选择器中选择了出来 带电粒子不发生偏转的条件跟 粒子的质量 所带电荷量 电荷的性质均无关 只跟粒子的速度有关 且对速度的方向进 行选择 若粒子从图中右侧入射则不能穿出场区 例 8 霍尔效应 霍尔效应 将导体放在沿x方向的匀强磁场中 并通有沿y方向的电流时 在导 体的上下两侧面间会出现电势差 这个现象称为霍尔效应 利用霍尔效应的原理可以制造 磁强计 测量磁场的磁感应强度 v 用心 爱心 专心6 磁强计的原理如图所示 电路中有一段金属导体 它的横截面为边长等于a的正方形 放 在沿x正方向的匀强磁场中 导体中通有沿y方向 电流强度为I的电流 已知金属导体 单位 例 9 磁流体发电机磁流体发电机 如图所示是磁流体发电机的原理图 磁流体发电中所采用的导电 流体一般是导电的气体 也可以是液态金属 我们知道 常温下的气体是绝缘体 只有在 很高的温度下 例如 6000K 以上 才能电离 才能导电 当这种气体到很高的速度通过磁 场时 就可以实现具有工业应用价值的磁流体发电 设平行金属板距离为d 金属板长度为a 宽度为b 其间有匀强磁场 磁感应强度为B 方向如图所示 导电流体的流速为v 电阻率为 负载电阻为R 导电流体从一侧沿垂直磁场且与极板平行的方向射入 极板间 1 求该发电机产生的电动势 2 求负载R上的电流I 3 证明磁流体发电机的总功率P与发电通道的体积成正比 与磁感应强度的平方成正比 4 为了使导电流体以恒定的速度v通过磁场 发电通道两端需保持一定的压强差 p 试计算 p S R B v 等离子体 用心 爱心 专心7 例 10 磁约束 磁约束 核聚变反应需要几百万度以上的高温 为把高温条件下高速运动的离 子约束在小范围内 否则不可能发生核反应 通常采用磁约束的方法 托卡马克装置 如图所示 环状匀强磁场围成中空区域 中空区域中的带电粒子只要速度不是很大 都不 会穿出磁场的外边缘而被约束在该区域内 设环状磁场的内半径为R1 0 5m 外半径 R2 1 0m 磁场的磁感强度B 1 0T 若被束缚带电粒子的荷质比为q m 4 C 中空 7 10 区域内带电粒子具有各个方向的速度 试计算 1 粒子沿环状的半径方向射入磁场 不能穿越磁场的最大速度 2 所有粒子不能穿越磁场的最大速度 用心 爱心 专心8 考点精炼参考答案考点精炼参考答案 1 解 分别判定空穴和自由电子所受的洛伦兹力的方向 由于四指指电流方向 都向右 所以洛伦兹力方向都向上 它们都将向上偏转 p型半导体中空穴多 上极板的电势高 n 型半导体中自由电子多 上极板电势低 注意 当电流方向相同时 正 负离子在同一个磁场中的所受的洛伦兹力方向相同 所以 偏转方向相同 2 解析 导线正下方的磁场垂直纸面向里 且距离导线越远 磁感应强度越小 由 得 由于是电子 则 B 正确 2 mv qvB r mv r qB 三 考点落实训练三 考点落实训练 1 如图所示 在铁环上用绝缘导线缠绕两个相同的线圈a和b a b 串联后通入方向如图所示的电流I 一束电子从纸里经铁环中心射向纸 外时 电子将 A 向下偏转 B 向上偏转 C 向左偏转 D 向右偏转 2 如图所示 在通电直导线下方 有一电子沿平行导线方向以速度v 开始运动 则 A 将沿轨迹 I 运动 半径越来越小 a b I I v I 用心 爱心 专心9 B 将沿轨迹 I 运动 半径越来越大 C 将沿轨迹 II 运动 半径越来越小 D 将沿轨迹 II 运动 半径越来越大 5 如图