高考物理复习第11讲带电粒子在磁场中的运动市赛课公开课一等奖省名师优质课获奖PPT课件.pptx

专题一,第,1,讲物质的分类和变化、化学用语,考点一,*,考点二,命,题,调,研,明析考向,热,点,聚,焦,归纳拓展,典,题,试,做,评析指正,创,新,模,拟,预测演练,专题一,第,1,讲物质的分类和变化、化学用语,考点一,考点二,-,*,-,专题一,第,1,讲物质的分类和变化、化学用语,考点一,考点二,考点一,-,*,-,专题一,第,1,讲物质的分类和变化、化学用语,考点一,考点二,考点二,-,*,-,专题一,第,1,讲物质的分类和变化、化学用语,考点一,考点二,考点三,-,*,-,专题一,第,1,讲物质的分类和变化、化学用语,考点一,考点二,考点四,-,*,-,专题一,第,1,讲物质的分类和变化、化学用语,考点一,考点二,-,*,-,专题一,第,1,讲物质的分类和变化、化学用语,考点一,考点二,-,*,-,专题一,第,1,讲物质的分类和变化、化学用语,考点一,考点二,-,*,-,专题一,第,1,讲物质的分类和变化、化学用语,考点一,考点二,考点,2,-,*,-,专题一,第,1,讲物质的分类和变化、化学用语,考点一,考点二,考点,3,-,*,-,第,11,讲带电粒子在磁场中运动,1/32,-,2,-,带电粒子在有界磁场中运动问题,【典题,1,】,电视机中显像管,(,抽成真空玻璃管,),成像原理主要是靠电子枪产生高速电子束,并在改变磁场作用下发生偏转,打在荧光屏不一样位置上发出荧光而形成像。显像管原理示意图,(,俯视图,),如图甲所表示,在电子枪右侧偏转线圈能够产生使电子束沿纸面发生偏转磁场,偏转磁场可简化为由通电螺线管产生与纸面垂直磁场,该磁场分布区域为圆形,(,如图乙所表示,),其磁感应强度,B=,NI,式中,为磁常量,N,为螺线管线圈匝数,I,为线圈中电流大小。因为电子速度极大,同一电子穿过磁场过程中可认为磁场没有改变,是稳定匀强磁场。已知电子质量为,m,电荷量为,e,电子枪加速电压为,U,磁常量为,螺线管线圈匝数为,N,偏转磁场区域半径为,r,其圆心为,O,点。当没有磁场时,电子束经过,O,点,打在荧光屏正中,M,点,O,点到荧光屏中心距离,OM=L,。,2/32,-,3,-,若电子被加速前初速度和所受重力、电子间相互作用力以及地磁场对电子束影响均可忽略不计,不考虑相对论效应及磁场改变所激发电场对电子束作用。,3/32,-,4,-,(1),求电子束经偏转磁场后打到荧光屏上,P,点时速率,;,(2),若电子束经偏转磁场后速度偏转角,=,60,求此种情况下电子穿过磁场时,螺线管线圈中电流,I,0,大小,;,(3),当线圈中通入如图丙所表示电流,其最大值为第,(2),问中电流,。求电子束打在荧光屏上发光所形成,“,亮线,”,长度。,4/32,-,5,-,(2),设电子在磁场中运动半径为,R,运动轨迹如图所表示。,(3),设线圈中电流为,0,.,5,I,0时偏转角为,1,此时电子在屏幕上落点距,M,点最远。,5/32,-,6,-,解题技法,1,.,圆心确实定,(1),已知入射点、入射方向和出射点、出射方向时,可经过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向直线,两条直线交点就是圆弧轨道圆心,(,图甲所表示,),。,(2),已知入射方向和入射点、出射点位置时,能够经过入射点作入射方向垂线,连接入射点和出射点,作其中垂线,这两条垂线交点就是圆弧轨道圆心,(,图乙所表示,),。,6/32,-,7,-,(3),带电粒子在不一样边界磁场中运动,:,直线边界,(,进出磁场含有对称性,如图所表示,),。,平行边界,(,存在临界条件,如图所表示,),。,7/32,-,8,-,圆形边界,(,沿径向射入必沿径向射出,如图所表示,),。,8/32,-,9,-,2,.,半径确实定和计算,利用平面几何关系,求出该圆可能半径,(,或圆心角,),求解时注意以下几个主要几何特点,:,(1),粒子速度偏向角,(,),等于圆心角,(,),并等于,AB,弦与切线夹角,(,弦切角,),2,倍,(,如图所表示,),即,=,=,2,。,(2),直角三角形应用,(,勾股定理,):,找到,AB,中点,C,连接,OC,则,AOC,、,BOC,都是直角三角形。,9/32,-,10,-,3,.,运动时间确实定,粒子在磁场中运动一周时间为,T,当粒子运动圆弧所对应圆心角为,时,其运动时间可由下式表示,:,10/32,-,11,-,当堂练,1,如图,直角坐标系在一真空区域里,y,轴左方有一匀强电场,电场强度方向跟,y,轴负方向成,=,30,y,轴右方有一垂直于坐标系平面匀强磁场,在,x,轴上,A,点有一质子发射器,它向,x,轴正方向发射速度大小为,v=,2,.,0,10,6,m/s,质子,质子经磁场在,y,轴,P,点射出磁场,射出方向恰垂直于电场方向,质子在电场中经过一段时间,运动到,x,轴,Q,点。已知,A,点与原点,O,距离为,10 cm,Q,点与,11/32,-,12,-,求,:(1),磁感应强度大小和方向,;,(2),质子在磁场中运动时间,;,(3),电场强度大小。,答案,:,(1)0,.,1 T,方向垂直于纸面向里,(2),10,-,7,s,(3)1,.,0,10,5,N/C,解析,:,(1),设质子在磁场中做圆周运动半径为,r,。,如图,由几何关系得,=,=,30,所以,r=,2,OA=,20,cm,12/32,-,13,-,(3),由,P,到,Q,质子做类平抛运动,图中,由几何关系得,=,30,则,2,r=vt,13/32,-,14,-,带电粒子在磁场中运动临界、极值问题,【典题,2,】,(,浙江选考,10,月,23),如图所表示,x,轴上方存在垂直纸面向外匀强磁场,坐标原点处有一正离子源,单位时间在,xOy,平面内发射,n,0,个速率均为,v,离子,分布在,y,轴两侧各为,范围内。在,x,轴上放置长度为,L,离子搜集板,其右端点距坐标原点距离为,2,L,当磁感应强度为,B,0,时,沿,y,轴正方向入射离子,恰好打在搜集板右端点。整个装置处于真空中,不计重力,不考虑离子间碰撞,忽略离子间相互作用。,14/32,-,15,-,(1),求离子比荷,;,(2),若发射离子被搜集板全部搜集,求,最大值,;,(3),假设离子抵达,x,轴时沿,x,轴均匀分布。当,=,37,磁感应强度在,B,0,B,3,B,0,区间取不一样值时,求单位时间内搜集板搜集到离子数,n,与磁感应强度,B,之间关系。,(,不计离子在磁场中运动时间,),15/32,-,16,-,2),如图,1,所表示,以最大值,m,入射时,有,x=,2,R,(1,-,cos,m,),=L,或,2,R,cos,m,=L,16/32,-,17,-,(3),BB,0,全部搜集到离子时最小半径为,R,1,如图,2,有,2,R,1,cos,37,=L,当,2,B,0,1,.,6,B,0,恰好搜集不到离子时半径为,R,2,有,R,2,=,0,.,5,L,得,B,2,=,2,B,0,当,1,.,6,B,0,B,2,B,0,时,图,2,17/32,-,18,-,解题技法,1,.,临界问题,:,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时,因为磁场边界存在及速度大小和方向、磁感应强度大小和方向不确定性,往往引发粒子运动临界问题。,2,.,粒子圆周运动多解问题,:,(1),带电粒子电性不确定形成多解,可能出现两个方向运动轨迹。,(2),磁场方向不确定形成多解,可能出现两个方向运动轨迹。,(3),临界状态不唯一形成多解,需要依据临界状态不一样,分别求解。,(4),圆周运动周期性形成多解。,18/32,-,19,-,3,.,方法技巧总结,:,(1),利用极限思维法求解带电粒子在磁场中临界问题,:,极限思维法是把某个物理量推向极端,(,即极大和极小,),并以此作出科学推理分析,从而做出判断或导出普通结论一个思维方法。,分析带电粒子在磁场中做匀速圆周运动临界问题时,通常以题目中,“,恰好,”“,最高,”“,最长,”“,最少,”,等为突破口,将不确定物理量推向极端,(,如极大、极小,最上、最下,最左、最右等,),结合几何关系分析得出临界条件,列出对应方程求解结果。,(2),常见三种几何关系,:,a.,刚好穿出磁场边界条件是带电粒子在磁场中运动轨迹与边界相切。,b,.,当速率,v,一定时,弧长,(,或弦长,),越长,圆心角越大,则带电粒子在有界磁场中运动时间越长。,c,.,当速率,v,改变时,圆心角大,运动时间长。,19/32,-,20,-,当堂练,2,(,浙江宁波高三,3,月模拟,),某高中物理课程基地拟采购一批试验器材,增强学生对电偏转和磁偏转研究动手能力,其关键结构原理可简化为题图所表示。,ABCD,间区域有竖直向上匀强电场,在,CD,右侧有一与,CD,相切于,M,点圆形有界匀强磁场,磁场方向垂直于纸面。一带正电粒子自,O,点以水平初速度,v,0,正对,P,点进入该电场后,从,M,点飞离,CD,边界,再经磁场偏转后又从,N,点垂直于,CD,边界回到电场区域,并恰能返回,O,点。已知,OP,间距离为,d,粒子质量为,m,电荷量为,q,电场强度大小,E=,粒子重力不计。试求,:,20/32,-,21,-,(1),粒子从,M,点飞离,CD,边界时速度,;,(2),P,、,N,两点间距离,;,(3),磁感应强度大小和圆形有界匀强磁场半径。,21/32,-,22,-,解析,:,(1),据题意,带电粒子运动轨迹如图所表示,粒子从,O,到,M,点时间,22/32,-,23,-,23/32,-,24,-,解题技法,组合场问题解题规律,:,(1),搞清组合场情况,将粒子运动分为不一样阶段,准确画出粒子轨迹。,(2),确定粒子在不一样区域运动规律。如电场中加速或类平抛运动、磁场中圆周运动等,应用动能定理、运动合成与分解、洛伦兹力提供向心力等规律列出各阶段方程。,(3),将各阶段运动联络起来,第一阶段末速度就是第二阶段初速度,依据各方程之间关系求出问题答案。,(4),在磁场中圆周运动经常要结合对应几何关系,所以找到对应几何关系至关主要。,24/32,-,25,-,磁聚焦问题,【典题,3,浙江温州九校高三上学期期末联考,),某,“,太空粒子探测器,”,是由加速、偏转和探测三部分装置组成,其原理可简化以下,:,如图所表示,沿半径方向加速电场区域边界,AB,、,CD,为两个同心半圆弧面,圆心为,O,1,外圆弧面,AB,电势为,1,内圆弧面电势为,2,;,在,O,1,点右侧有一与直线,CD,相切于,O,1,半径为,R,圆,圆心为,O,2,圆内,(,及圆周上,),存在垂直于纸面向外匀强磁场,;,MN,是一个足够长粒子探测版,与,O,1,O,2,连线平行并位于其下方,3,R,处,;,假设太空中漂浮着质量为,m,电荷量为,q,带正电粒子,它们能均匀地吸附到,AB,圆弧面上,并被加速电场从静止开始加速到,CD,圆弧面上,再由,O,1,点进入磁场偏转,最终打到探测版,MN,(,不计粒子间相互作用和星球对粒子引力影响,),其中沿,O,1,O,2,连线方向入射粒子经磁场偏转后恰好从圆心,O,2,正下方,G,点射出磁场,;,25/32,-,26,-,(1),求粒子聚焦到,O,1,点时速度大小及圆形磁场磁感应强度大小,B,0,;,(2),从图中,P,点,(,PO,1,与,O,1,O,2,成,30,夹角,),被加速粒子打到探测板上,Q,点,(,图中未画出,),求该粒子从,O,1,点运动到探测板,MN,所需时间,;,(3),若每秒打在探测板上离子数为,N,打在板上离子数,60%,被吸收40%,被反射,弹回速度大小为打板前速度大小,求探测板受到作用力大小。,26/32,-,27,-,解析,:,(1),带正电粒子从,AB,圆弧面静止开始加速到,CD,圆弧面上,由动能定理得,q,(,1,-,2,),=,mv,2,27/32,-,28,-,(2),从,P,点被加速粒子运动轨迹以下列图所表示,则,28/32,-,29,-,(3),由题可知,全部带正电粒子经磁场偏转后均垂直射向探测板,由动量定理可得,解题技法,1,.,本题给出电势,要求出电势差。,2,.,带电粒子在磁场中运动半径与圆形磁场半径相等时,想到磁聚焦。,29/32,-,30,-,当堂练,3,放置在坐标原点,O,粒子源,能够向第二象限内放射出质量为,m,、电荷量为,q,带正电粒子,带电粒子速率均为,v,方向均在纸面内,如图所表示。若在某区域内存在垂直于,xOy,平面匀强磁场,(,垂直纸面向外,),磁感应强度大小为,B,则这些粒子都能在穿过磁场区后垂直射到垂直于,x,轴放置挡板,PQ,上,求,:,(1),挡板,PQ,最小长度,;,(2),磁场区域最小面积。,30/32,-,31,-,解析,:,(1),设粒子在磁场中运动半径为,R,如图所表示,初速度沿,x,轴负方向粒子沿弧,OA,运动到挡板,PQ,上,M,点,初速度沿,y,轴正方向粒子沿弧,OB,运动到挡板,PQ,上,N,点,由几何知识可得,31/32,-,32,-,(2),设圆弧,OA,圆心为,C,沿与,x,轴负方向成任意角,射入粒子到,E,点时速度平行,x,轴,圆弧,OE,对应圆心为,D,则由几何知识可知四边形,OCED,为菱形,即,E,点在以,C,为圆心圆周上,即全部粒子射出磁场位置均在以,C,为圆心圆周上,所以最小磁场区域是以,C,为圆心、,R,为半径圆一部分,即图中,OAEBO,包围面积,有,32/32,