高考物理大一轮复习第九章磁场（第2课时）磁场对运动电荷的作用课件.ppt

第2课时磁场对运动电荷的作用,回扣教材,考点扫描,真题在线,回扣教材梳理知识夯基础,知识整合,一、洛伦兹力1.大小(1)vB时,洛伦兹力F=.(2)vB时,洛伦兹力F=.(3)v=0时,洛伦兹力F=0.(4)v与B夹角为时,洛伦兹力F=.,0,qvB,qvBsin,2.方向(1)判定方法左手定则的主要内容:掌心磁感线垂直穿入掌心;四指指向运动的方向或运动的反方向;大拇指指向的方向.如图,表示运动的方向或运动的反方向,表示的方向,表示的方向.,(2)方向特点FB,Fv.即F垂直于B,v决定的.(注意B和v可以有任意夹角),正电荷,负电荷,洛伦兹力,正电荷,负电荷,磁场,洛伦兹力,平面,二、带电粒子在匀强磁场中的运动1.洛伦兹力的特点:洛伦兹力不改变带电粒子速度的,或者说,洛伦兹力对带电粒子.2.粒子的运动性质(1)若v0B,则粒子,在磁场中做.(2)若v0B,则带电粒子在匀强磁场中做.如图,带电粒子在磁场中,中粒子做运动,中粒子做运动,中粒子做运动.,大小,不做功,不受洛伦兹力,匀速直线运动,匀速圆周运动,匀速圆周,匀速直线,匀速圆周,(1)由qvB=,得r=.(2)由v=,得T=.,3.半径和周期公式,问题思考,1.如图所示,电子的速率v=3.0106m/s,电荷量q=1.610-19C,沿着与磁场垂直的方向射入磁场中.,选修3-1P95图3.5-1,(1)根据图中磁场的方向,由左手定则判断电子受到的洛伦兹力的方向是怎样的?(2)若磁场为B=0.2T的匀强磁场,电子受到的洛伦兹力为多大?,解析:(1)由左手定则可知,电子受到的洛伦兹力是向下的.,(2)电子受到的洛伦兹力的大小F=qvB=9.610-14N.,答案:(1)向下(2)9.610-14N,2.电子以v=1.6106m/s的速度在匀强磁场中做匀速圆周运动,如图所示.匀强磁场的磁感应强度B=2.010-4T,电子的质量m=9.010-31kg.,选修3-1P99图3.6-2,(1)电子受到的洛伦兹力是多大?电子做匀速圆周运动的向心力是多大?(2)电子做匀速圆周运动的半径r是多大?(3)电子做匀速圆周运动的周期T是多大?,解析:(1)电子受到的洛伦兹力是F=qvB=5.1210-17N.电子做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供,即5.1210-17N.,答案:(1)5.1210-17N5.1210-17N(2)4.510-2m(3)1.810-7s,考点扫描重点透析通热点,考点一对洛伦兹力的理解,要点透析,1.洛伦兹力的特点(1)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)运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力的作用.,2.洛伦兹力与电场力的比较,典例突破,解析:当桌面右边存在磁场时,由左手定则可知,带正电的小球在飞行过程中受到斜向右上方的洛伦兹力作用,此力在水平方向上的分量向右,竖直分量向上,因此小球水平方向上存在加速度,竖直方向上的加速度at2,x1x2,A,B正确;又因为洛伦兹力不做功,故C正确;两次小球着地时速度方向不同,D错误.,【例1】(多选)一个带正电的小球沿光滑绝缘的桌面向右运动,速度方向垂直于一个水平向里的匀强磁场,如图所示,小球飞离桌面后落到地板上,设飞行时间为t1,水平射程为x1,着地速度为v1.撤去磁场,其余的条件不变,小球飞行时间为t2,水平射程为x2,着地速度为v2,则下列正确的是(),答案:ABC,A.x1x2B.t1t2C.v1和v2大小相等D.v1和v2方向相同,题后反思洛伦兹力的作用洛伦兹力不做功,但可以使电荷的运动状态发生变化.因此,在洛伦兹力参与下的运动中一定要注意洛伦兹力的这种作用,如在洛伦兹力参与下无束缚的直线运动,一定是匀速直线运动.,1.洛伦兹力的方向判断雷雨天气会经常发生闪电击中建筑物的情况.假设发生闪电的云层带负电,则在闪电瞬间,电子受到地磁场在水平方向的作用力方向是()A.向东B.向南C.向西D.向北,即时巩固,解析:闪电发生时,电子运动方向向下,又因地磁场有水平向北的分量,用左手定则判断电子受到的洛伦兹力向西,故C正确.,C,2.导学号00622594洛伦兹力作用下的直线运动如图所示,表面粗糙的斜面固定于地面上,并处于方向垂直纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场中,质量为m、带电荷量为+Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑.在滑块下滑的过程中,下列判断正确的是(),C,解析:小滑块向下运动的过程中受到重力、支持力、垂直斜面向下的洛伦兹力、摩擦力,向下运动的过程中,速度增大,洛伦兹力增大,支持力增大,滑动摩擦力增大,故选项A错误,C正确;B的大小不同,洛伦兹力大小不同,导致滑动摩擦力大小不同,根据动能定理,摩擦力做功不同,到达底端的动能不同,故选项B错误;滑块之所以开始运动,是因为重力沿斜面的分力大于摩擦力,B很大时,一旦运动,不会停止,最终做匀速直线运动,故D错误.,A.滑块受到的摩擦力不变B.滑块到达地面时的动能与B的大小无关C.滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下D.B很大时,滑块可能静止于斜面上,考点二带电粒子在有界匀强磁场中的运动,要点透析,1.圆心的确定(1)由两点和两线确定圆心,画出带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹,确定带电粒子运动轨迹上的两个特殊点(一般是射入和射出磁场时的两点),过这两点作带电粒子运动方向的垂线(这两垂线即为粒子在这两点所受洛伦兹力的方向),则两垂线的交点就是圆心,如图(a)所示.(2)若已知两点且知过其中一个点的粒子运动方向,则除过已知运动方向的该点作垂线外,还要将这两点相连作弦,再作弦的中垂线,两垂线交点就是圆心,如图(b)所示.,(3)若只已知一个点及运动方向,也知另外某时刻的速度方向,但不确定该速度方向所在的点,如图(c)所示,此时要将其中一速度的延长线与另一速度的反向延长线相交成一角(PAM),画出该角的角平分线,它与已知点的速度的垂线交于点O,该点就是圆心.,3.圆心角与时间的确定(1)速度的偏向角=圆弧所对应的圆心角(回旋角)=2(为弦切角),如图(d)所示.,多维突破,高考题型1,带电粒子在直线边界磁场中的运动,【例2】(2016全国卷,18)平面OM和平面ON之间的夹角为30,其横截面(纸面)如图所示,平面OM上方存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外.一带电粒子的质量为m,电荷量为q(q0),粒子沿纸面以大小为v的速度从OM的某点向左上方射入磁场,速度与OM成30角,已知该粒子在磁场中的运动轨迹与ON只有一个交点,并从OM上另一点射出磁场.不计重力.粒子离开磁场的出射点到两平面交线O的距离为(),核心点拨(1)射入磁场时所受的洛伦兹力方向与速度v垂直斜向右上方.(2)运动轨迹与ON只有一个交点的含义是轨迹与ON在交点处相切.,答案:D,题后反思圆周运动中有关对称的规律从匀强磁场的直线边界射入的粒子,若再从此边界射出,则速度方向与边界夹角相等.,【针对训练】导学号00622595(2016湖南长沙模拟)如图所示,一个理想边界为PQ,MN的匀强磁场区域,磁场宽度为d,方向垂直纸面向里.一电子从O点沿纸面垂直PQ以速度v0进入磁场.若电子在磁场中运动的轨道半径为2d.O在MN上,且OO与MN垂直.下列判断正确的是(),D,A.电子将向右偏转B.电子打在MN上的点与O点的距离为dC.电子打在MN上的点与O点的距离为dD.电子在磁场中运动的时间为,高考题型2,带电粒子在圆形磁场中的运动,【例3】(2016全国卷,18)一圆筒处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,磁场方向与筒的轴平行,筒的横截面如图所示.图中直径MN的两端分别开有小孔,筒绕其中心轴以角速度顺时针转动.在该截面内,一带电粒子从小孔M射入筒内,射入时的运动方向与MN成30角.当筒转过90时,该粒子恰好从小孔N飞出圆筒.不计重力.若粒子在筒内未与筒壁发生碰撞,则带电粒子的比荷为(),核心点拨(1)粒子射出时与径向夹角为30.(2)射入点的洛伦兹力方向与射入点直径的夹角为120.,答案:A,题后反思带电粒子在圆形磁场中入射方式类型(1)沿径向射入(必沿径向射出).(2)平行径向射入.(3)与径向成一定角度射入(与径向成相同角度射出).,B,A.60B.120C.150D.30,解析:由左手定则知粒子进入磁场后向左偏转,由qvB=,得r=R,运动轨迹如图所示.OAD和ODC都是等边三角形,所以AOC=120,带电粒子从磁场射出时与射入时运动方向的夹角也是120,选项B正确.,拓展题型1,带电粒子在半圆形磁场中的运动,【例4】如图所示,长方形abcd长ad=0.6m,宽ab=0.3m,O,e分别是ad,bc的中点,以ad为直径的半圆内有垂直于纸面向里的匀强磁场(边界上无磁场),磁感应强度B=0.25T.一群不计重力、质量m=310-7kg、电荷量q=+210-3C的带电粒子,以速度v=5102m/s沿垂直ad方向且垂直于磁场射入磁场区域,不考虑粒子间的相互作用.某带电粒子从O点射入,求该粒子从长方形abcd射出的位置.,答案:射出点在bc边上且距b点0.08m,【针对训练】导学号00622597(多选)如图所示,以O为圆心、MN为直径的圆的左半部分内有垂直纸面向里的匀强磁场,三个不计重力、质量相同、带电荷量相同的带正电粒子a,b和c以相同的速率分别沿aO,bO和cO方向垂直于磁场射入磁场区域,已知bO垂直MN,aO,cO和bO的夹角都为30,a,b,c三个粒子从射入磁场到射出磁场所用时间分别为ta,tb,tc,则下列给出的时间关系可能正确的是(),AD,A.tatbtcC.ta=tbtcD.ta=tb=tc,拓展题型2,带电粒子在三角形磁场中的运动,【例5】(多选)如图所示,直角三角形ABC区域中存在一匀强磁场,比荷相同的两个粒子(不计重力)沿AB方向射入磁场,分别从AC边上的P,Q两点射出,则()A.从P点射出的粒子速度大B.从Q点射出的粒子速度大C.从Q点射出的粒子在磁场中运动的时间长D.两个粒子在磁场中运动的时间一样长,【审题指导】,答案:BD,【针对训练】导学号00622598如图所示,直角三角形OAD区域内存在方向垂直纸面向外的匀强磁场,D=30,C为AD的中点.现有比荷相同的两个分别带正、负电的粒子(不计重力)沿OC方向同时从O点射入磁场.下列说法正确的是(),C,A.若有一个粒子从OA边射出磁场,则另一个粒子一定从OD边射出磁场B.若有一个粒子从OD边射出磁场,则另一个粒子一定从CA边射出磁场C.若两个粒子分别从A,D两点射出磁场,则它们在磁场中运动的时间之比为21D.若两个粒子分别从A,D两点射出磁场,则它们在磁场中运动的轨道半径之比为1,考点三带电粒子在有界磁场中运动的临界极值问题,要点透析,1.动态放缩法粒子源发射速度方向一定、大小不同的带电粒子进入匀强磁场时,这些带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径随速度的变化而变化,如图所示(图中只画出粒子带正电的情景),速度v0越大,运动半径也越大.可以发现这些带电粒子射入磁场后,它们运动轨迹的圆心在垂直速度方向的直线PP上.由此可得到一种确定临界条件的方法:可以以入射点P为定点,圆心位于PP直线上,将半径放缩作轨迹,从而探索出临界条件,这种方法称为“放缩法”.,2.定圆旋转法当带电粒子射入磁场时的速度v大小一定,但射入的方向变化时,粒子做圆周运动的轨迹半径R是确定的.在确定粒子运动的临界情景时,可以以入射点为定点,将轨迹圆旋转,作出一系列轨迹,从而探索出临界条件.如图所示为粒子进入单边界磁场时的情景.,A.粒子不可能打到A点B.以=60飞入的粒子在磁场中运动时间最短C.以a,x=a,xa三种情况讨论.,题后反思多解问题求解关键在条件不明时,要分情况进行讨论,不能漏解.分析时,要画出粒子运动的轨迹,根据几何关系得到粒子运动的半径与OP距离的关系是解题的关键.,1.临界状态不唯一带来的多解(多选)长为L的水平极板间,有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,板间距离为L,板不带电,现有质量为m、电荷量为q的带正电粒子(重力不计),从左边极板间中点处垂直磁场以速度v水平入射,如图所示,欲使粒子不打在极板上,可采用的方法是(),即时巩固,AB,2.导学号00622600运动方向不明确带来的多解如图所示,磁感应强度为B垂直纸面向里的匀强磁场中有一个粒子源S,能在图示纸面上360范围内向各个方向发射速率相等的质量为m、带电荷量为e的电子.若电子的发射速率为v=,从点S射出后要击中相距L的O点,则点S处电子的射出方向与OS的夹角为多少?从S到点O的时间为多少?,答案:见解析,真题在线体验高考提素能,1.(2015全国卷,19)(多选)有两个匀强磁场区域和,中的磁感应强度是中的k倍,两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动.与中运动的电子相比,中的电子()A.运动轨迹的半径是中的k倍B.加速度的大小是中的k倍C.做圆周运动的周期是中的k倍D.做圆周运动的角速度与中的相等,AC,2.(2014全国卷,16)如图,MN为铝质薄平板,铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场(未画出).一带电粒子从紧贴铝板上表面的P点垂直于铝板