2012届高三物理一轮复习 带电粒子在磁场中的运动导学案

用心 爱心 专心 1 20122012 届高三物理一轮复习导学案届高三物理一轮复习导学案 九 磁场 九 磁场 4 4 带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动 目标 1 进一步巩固带电粒子在匀强磁场中的运动规律及应用 2 学会分析带电粒子在有界磁场中的运动问题 导入 带电粒子在有界磁场中的偏转问题分析带电粒子在有界磁场中的偏转问题分析 一 穿过矩形磁场区 一 穿过矩形磁场区 要先画好辅助线 半径 速度及延长线 偏转角由 sin L R 求出 侧移由R2 L2 R y 2解出 经历时间由 Bq m t 得出 注意 这里射出速度的反向延长线与初速度延长线的交点不再是宽 度线段的中点 这点与带电粒子在匀强电场中的偏转结论不同 二 穿过圆形磁场区 二 穿过圆形磁场区 画好辅助线 半径 速度 轨迹圆的圆心 连心线 偏角可由 R r 2 tan 求出 经历时间由 Bq m t 得出 注意 由对称性 射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心 导研 例 1 在受控热核聚变反应的装置中温度极高 因而带电粒子没有通常意义上的容器可装 而是由磁场将带电粒子的运动束缚在某个区域内 现有一个环形区域 其截面内圆半径R1 3 3m 外圆半径 R2 1 0m 区域内有垂直纸面向外的匀强磁场 如图所示 已知磁感应强 度B 1 0T 被束缚带正电粒子的荷质比为 q m 4 0 107C kg 不 计带电粒子的重力和它们之间的相互作用 1 若中空区域中的带电粒子由O点沿环的半径方向射入磁场 求 带电粒子不能穿越磁场外边界的最大速度vo 2 若中空区域中的带电粒子以 中的最大速度vo沿圆环半径方向 射入磁场 求带电粒子从刚进入磁场某点开始到第一次回到该点所需要的时间t 例 2 0909 年海南物理 年海南物理 16 10 分 如图 ABCD 是边长为a的正 方形 质量为 m 电荷量为 e 的电子以大小为 v0的初速度沿纸面垂 直于 BC 变射入正方形区域 在正方形内适当区域中有匀强磁场 电 用心 爱心 专心 2 子从 BC 边上的任意点入射 都只能从 A 点射出磁场 不计重力 求 1 次匀强磁场区域中磁感应强度的方向和大小 2 此匀强磁场区域的最小面积 例 3 如图所示 一足够长的矩形区域 abcd 内充满方向垂直纸面向里的 磁感应强度为 B 的匀强磁场 在 ad 边中点 O 方向垂直磁场射入一速度方向跟 ad 边夹角 30 大小为 v0的带正电粒子 已知粒子质量为 m 电量为 q ad 边长为 L ab 边足够长 粒子重力不计 求 1 粒子能从 ab 边上射出的磁场的 v0大小范围 2 如果带电粒子不受上述场大小范围的限制 求粒子在磁 场中运动的最长时间 例 4 0909 年浙江卷 年浙江卷 25 如图所示 x 轴正方向水平向右 y 轴正方向竖直向上 在 xOy 平面内有与 y 轴平行的匀强电场 在半径为 R 的圆内还有与 xOy 平面垂直的匀强磁场 在圆 的左边放置一带电微粒发射装置 它沿 x 轴正方向发射出一束具有相同质量 m 电荷量 q q 0 和初速度 v 的带电微粒 发射时 这束带电微粒分布在 0 y 2R 的区间内 已知重 力加速度大小为 g 1 从 A 点射出的带电微粒平行于 x 轴从 C 点 进入有磁场区域 并从坐标原点 O 沿 y 轴负方向 离开 求点场强度和磁感应强度的大小和方向 2 请指出这束带电微粒与 x 轴相交的区域 并说明理由 3 若这束带电微粒初速度变为 2v 那么它们 与 x 轴相交的区域又在哪里 并说明理由 例 5 2010 2010 全国卷全国卷 26 26 如下图 在03xa 区域内存在与 xy 平面垂直的匀强磁 场 磁感应强度的大小为 B 在 t 0 时刻 一位于坐标原点的粒子源在 xy 平面内发射出大量 同种带电粒子 所有粒子的初速度大小相同 方向与 y 轴正方向的夹角分布在 0 180 范围 内 已知沿 y 轴正方向发射的粒子在 0 tt 时刻刚好从磁 场边界上 3 Pa a点离开磁场 求 用心 爱心 专心 3 1 粒子在磁场中做圆周运动的半径 R 及粒子的比荷 q m 2 此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与 y 轴正方向夹角的取值范围 3 从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间 导练 1 2010 2010 新课标新课标 25 25 如图所示 在 0 x a o y a 2 范围内有垂直于 xy 平面向外的 匀强磁场 磁感应强度大小为 B 坐标原点 O 处有一个粒子源 在某时刻发射大量质量为 m 电荷量为 q 的带正电粒子 它们的速度大小相同 速度方向均在 xy 平面内 与 y 轴正方 向的夹角分布在 0 90 范围内 己知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于 a 2 到 a 之间 从 发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一 求 1 最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的速度 大小 2 速度方向与 y 轴正方向夹角正弦 2 如图所示 在倾角为 30 的斜面OA的左侧有 一竖直档板 其上有一小孔P OP 0 5m 现有一 质量m 4 10 20kg 带电量q 2 10 14C 的粒子 从小孔以速度v0 3 104m s 水平射向磁感应强度 B 0 2T 方向垂直纸面向外的一圆形磁场区 域 且在飞出磁场区域后能垂直打在OA面上 粒子重力不计 求 1 粒子在磁场中做圆周运动的半径 2 粒子在磁场中运动的时间 3 圆形磁场区域的最小半径 4 若磁场区域为正三角形且磁场方向垂直向里 粒子运动过程中始终不碰到挡板 其他 条件不变 求 此正三角形磁场区域的最小边长 3 2008 2008 年普通高等学校招生全国统一考试模拟试题 江苏年普通高等学校招生全国统一考试模拟试题 江苏 如图 一匀强磁场磁感应强度 为 B 方向向里 其边界是半径为 R 的圆 AB 为圆的一直径 在 A 点有一粒子源向圆平面内 的各个方向发射质量 m 电量 q 的粒子 粒子重力不计 结果保留 2 位有效数字 1 如果有一带电粒子以垂直于磁场的速度 沿半径方向进入圆形区域的磁场中 试证明此 粒子一定沿半径方向射出磁场 2 如果磁场的边界是弹性边界 粒子沿半径方向射入磁场 粒子的速度大小满足什么条件 可使粒子在磁场中绕行一周回到 30 O P A v 0 用心 爱心 专心 4 出发点 并求离子运动的时间 3 如果 R 3cm B 0 2T 在 A 点的粒子源向圆平面内的各个方向发射速度均为 106m s 比荷为 108c kg 的粒子 试画出在磁场中运动时间最长的粒子的运动轨迹并求此粒子的运动的时间 4 在 3 中 如果粒子的初速度大小均为 3 105米 秒 求磁场中有粒子到达的面积 4 如图 甲 所示 M N为竖直放置 彼此平行的两块平板 两板间距离为d 两板中央 各有一个小孔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 有一正离子在时垂直于 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