高三物理复习第九章磁场第2讲磁场对运动电荷的作用省公开课一等奖新名师优质课获奖PPT课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第2讲,磁场对运动电荷作用,1/104,2/104,【知识梳理】,知识点1洛伦兹力,1.洛伦兹力:,磁场对_作用力。,2.洛伦兹力方向(左手定则):,(1)伸出左手,使拇指与其余四个手指_,而且都与,手掌在同一个平面内。,运动电荷,垂直,3/104,(2)让磁感线从掌心,进入,并使_指向正电荷运动,方向(或负电荷运动反方向)。,(3)_所指方向就是运动电荷,在磁场中所受洛伦,兹力方向。,四指,拇指,4/104,3.洛伦兹力,大小:F=_,是v与B之间,夹角。,(1)当vB时,F=_。,(2)当vB时,F=_。,qvBsin,0,qvB,5/104,4.洛伦兹力,特点:洛伦兹力不改变_,_,只改变_,洛伦兹力对带电,粒子_。,带电粒子速度,大小,带电粒子速度方向,不做功,6/104,知识点2带电粒子在匀强磁场中运动,1.若v,0,/B,则粒子不受,洛伦兹力,在磁场中做_,运动。,匀速直线,7/104,2.若v,0,B,则带电粒子在匀强,磁场中做_运,动。,匀速圆周,8/104,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。,匀速圆周,匀速直线,匀速圆周,9/104,3.半径和周期公式:,(1)由qvB=_,得r=_。,(2)由v=,得T=_。,10/104,【易错辨析】,(1)带电粒子在磁场中运动时一定会受到磁场力作用。(),(2)洛伦兹力方向、粒子运动方向、磁场方向两两相互垂直。(),(3)运动电荷进入磁场后(无其它力作用)可能做匀速直线运动。(),11/104,(4)洛伦兹力能够做正功、做负功或不做功。(),(5)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动周期与速度大小无关。(),(6)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动半径与粒子比荷成正比。(),12/104,提醒:,(1)。若v,0,B,粒子不受洛伦兹力。,(2)。洛伦兹力方向与粒子运动方向一定垂直,与磁场方向一定垂直,但粒子运动方向与磁场方向不一定垂直。,(3)。若运动电荷运动方向和匀强磁场方向平行则做匀速直线运动。,(4)。洛伦兹力与带电粒子速度方向垂直,故洛伦兹力对带电粒子不做功。,13/104,(5)。由运动周期公式T=,可知T与速度v大小,无关。,(6)。由半径公式R=,可知B、v一定时,粒子做匀,速圆周运动半径与粒子比荷成反比。,14/104,考点1对洛伦兹力了解,【关键要素精讲】,1.洛伦兹力特点:,(1)洛伦兹力大小取决于q、v、B及v与B夹角。,(2)洛伦兹力方向取决于磁场方向和与电荷运动等效电流方向。判断安培力方向,一定分清正、负电荷。,15/104,(3)洛伦兹力方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定平面。,(4)洛伦兹力只改变速度方向,不改变速度大小,即洛伦兹力永不做功。,16/104,2.洛伦兹力和安培力比较:,(1)联络:洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到力,而安培力是导体中全部定向移动自由电荷受到,洛伦兹力宏观表现。二者是性质相同力。,(2)区分:安培力能够做功,而洛伦兹力对运动电荷永不做功。,17/104,3.洛伦兹力与电场力比较:,18/104,【高考命题探究】,【典例1】,(海南高考)如图,a是竖直平面P上一点,P前有一条,形磁铁垂直于P,且S极朝向a点,P后一电子在偏转线圈,和条形磁铁磁场共同作用下,在水平面内向右弯曲,经过a点。在电子经过a点瞬间,条形磁铁磁场对该,电子作用力方向世纪金榜导学号42722205(),19/104,A向上B.向下C.向左D.向右,【解析】,选A。,a,点处磁场垂直于纸面向外,依据左手定则能够判断电子受力向上,A,正确。,20/104,【强化训练】,关于电荷所受电场力和洛伦兹力,正确说法是(),A.电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用,B.电荷在电场中一定受电场力作用,C.电荷所受电场力一定与该处电场方向一致,D.电荷所受洛伦兹力不一定与磁场方向垂直,21/104,【解析】,选B。只有运动电荷在磁场中运动方向与磁场不平行时,带电粒子才受到洛伦兹力作用,若电荷静止或者电荷运动方向与磁场平行时,都不受洛伦兹力作用,A,错误,;,电荷在电场中一定受到电场力作用,B,正确,;,正电荷受到电场力方向与该处电场方向一致,负电荷受到电场力方向与该处电场方向相反,C错误,;,电荷所受洛伦兹力方向一定与磁场方向垂直,也与速度方向垂直,但,B,与,v,不一定垂直,D,错误。,22/104,【加固训练】,1.如图所表示,一束电子流沿管轴线进入螺线管,忽略重力,电子在管内运动应该是(),23/104,A.当从a端通入电流时,电子做匀加速直线运动,B.当从b端通入电流时,电子做匀加速直线运动,C.不论从哪端通入电流,电子都做匀速直线运动,D.不论从哪端通入电流,电子都做匀速圆周运动,24/104,【解析】,选C。因为通电螺线管内存在匀强磁场,电子运动方向与磁感线平行,电子不受磁场力作用,所以不论从哪端通入电流电子都做匀速直线运动。,25/104,2.(宜昌模拟)亥姆霍兹线圈由两组单环线圈组,成,通入电流后两组线圈之间形成匀强磁场,如图(a)所,示。玻璃泡抽成真空后充入适量氩气,用电流加热一段,时间后,阴极会向外喷射电子,并在阳极吸引下形成,稳定电子束。亥姆霍兹线圈没有通电时,玻璃泡中出,现如图(b)粗黑线所表示光束(实际上光束是蓝绿色,)。若接通亥姆霍兹线圈电源,就会产生垂直于纸面,26/104,方向磁场,则电子束轨迹描述正确是(图中只画出了部分轨迹)(),27/104,【解析】,选D。依据左手定则,A、D项图中,电子刚进入磁场时受向上洛伦兹力,向上偏转并做圆周运动,选项A错误、D正确。B、C项图中,电子刚进入磁场时受向下洛伦兹力,向下偏转并做圆周运动,选项B、C错误。,28/104,考点2带电粒子在匀强磁场中运动问题,【关键要素精讲】,1.圆心确实定:,(1)已知入射方向和出射方向时,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,如图甲所表示,图中P为入射点,M为出射点。,29/104,(2)已知入射方向和出射点位置时,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。如图乙所表示,P为入射点,M为出射点。,30/104,2.常见运动轨迹确实定:,(1)直线边界(进出磁场含有对称性,如图丙所表示)。,31/104,(2)平行边界(存在临界条件,如图丁所表示)。,32/104,(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出,如图戊所表示)。,33/104,3.惯用解题知识:,(1)几何知识:三角函数、勾股定理、偏向角与圆心角关系。依据几何知识能够由已知长度、角度计算粒子运动轨迹半径,或者依据粒子运动轨迹半径计算未知长度、角度。,34/104,(2)半径公式、周期公式:R=、T=。依据两个公,式可由q、m、v、B计算粒子运动半径、周期,也可,依据粒子运动半径或周期计算磁感应强度、粒子,电荷量、质量等。,(3)运动时间计算式:计算粒子运动时间或已知粒子,运动时间计算圆心角或周期时,惯用到t=T。,35/104,【高考命题探究】,【典例2】,(全国卷),一圆筒处于磁感应强度大小,为B匀强磁场中,磁场方向,与筒轴平行,筒横截面如图所表示。图中直径MN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,36/104,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,则带电粒子比荷为世纪金榜导学号42722206(),A.B.C.D.,37/104,【解析】,选A。粒子恰好从小孔N飞出圆筒时筒转过,90,由几何关系得,粒子在磁场中做匀速圆周运动,所转过圆心角为30。如图所表示,则粒子在磁场,中做匀速圆周运动周期T=3T=,依据T=,所,以 ,故选项A正确。,38/104,【感悟提升】,(1)特点:本题属于带电粒子在匀强磁场中圆周运动,问题。,(2)方法:求解本题先后用到了几何知识、粒子在磁场,中运动时间计算式 和周期公式 。,39/104,【迁移训练】,40/104,迁移1:速率、运动时间等分析,(多项选择)两个电荷量、质量均相同,带电粒子甲、乙以不一样速率从,a点沿对角线方向射入正方形匀强,磁场中,磁场方向垂直纸面向里。,甲粒子垂直bc离开磁场,乙粒子垂直ac从d点离开磁场,不计粒子重力,则(),41/104,A.甲粒子带正电,乙粒子带负电,B.甲粒子运行动能是乙粒子运行动能2倍,C.甲粒子所受洛伦兹力是乙粒子所受洛伦兹力2倍,D.甲粒子在磁场中运行时间与乙粒子相等,42/104,【解析】,选A、,C,。由左手定则可判定甲粒子带正电,乙,粒子带负电,A,正确,;,令正方形磁场边长为,L,则由题知,甲粒子运行半径为,L,乙粒子运行半径为,L,由洛伦兹力提供向心力有,qvB=m ,动能,E,k,=mv,2,=,甲粒子运行动能是乙粒子运行动能,4,倍,B,错,误,;,由,qvB=m,得,F=qvB=,所以甲粒子在磁场中所,43/104,受洛伦兹力是乙粒子所受洛伦兹力2倍,C正确;,t=,甲粒子运行轨迹所对圆心角为45,乙,粒子运行轨迹所对圆心角为90,即甲粒子在磁场中,运行时间是乙粒子二分之一,D错误。,44/104,迁移2:电荷量分析,如图所表示,匀强磁场中有一个,电荷量为q正离子,自a点沿,半圆轨道运动,当它运动到b点时,突然吸收了附近若干,电子,接着沿另二分之一圆轨道运动到c点,已知a、b、c在,同一直线上,且ac=ab,电子电荷量为e,电子质量,可忽略不计,则该正离子吸收电子个数为(),45/104,46/104,【解析】,选D。正离子在匀强磁场中做匀速圆周运动半径r=,正离子碰上电子后半径发生改变,r=,所以q=,q=,选项D正确。,47/104,迁移3:粒子速率计算,如图,半径为R圆是一圆柱形匀,强磁场区域横截面(纸面),磁,感应强度大小为B,方向垂直于纸,面向外,一电荷量为q(q0)、质量为m粒子沿平行于,直径ab方向射入磁场区域,射入点与ab距离为 ,已知粒子射出磁场与射入磁场时运动方向间夹角为,60,则粒子速率为(不计重力)(),48/104,49/104,【解析】,选B。依据对称性,带,电粒子射入圆形磁场区域时速,度方向与半径夹角总是与带,电粒子射出磁场时其速度方向,与半径夹角相等,画出带电粒子在磁场中运动轨,迹如图所表示,依据图找几何关系可得带电粒子在磁场,中做圆周运动半径为r=R,再由qvB=m 得r=,解,得v=,故选项B正确。,50/104,【规律总结】,带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动解题技巧,(1)若题目中边、角大小已知,优先考虑应用几何知识求半径。,(2)若题目中q、m、v、B四个量已知,优先考虑利用周期、半径公式计算周期、半径。,(3)若题目中粒子做圆周运动t、等量已知,优先考虑利用圆周运动规律求周期。,51/104,【加固训练】,两个电荷量相等但电性相反带电粒子a、b分别以速度v,a,和v,b,射入匀强磁场,两粒子入射方向与磁场边界夹角分别为30和60,磁场宽度为d,两粒子同时由A点出发,同时抵达B点,如图所表示,则(),52/104,A.a粒子带正电,b粒子带负电,B.两粒子轨道半径之比R,a,R,b,=1,C.两粒子质量之比m,a,m,b,=12,D.两粒子速度之比v,a,v,b,=12,53/104,【解析】,选C。a粒子是30入射,而b粒子是60入射,因为从B点射出,则a粒子受到洛伦兹力方向沿b粒子速度方向,而b粒子受到洛伦兹力方向沿a粒子速度方向,由磁场方向,得a粒子带负电,b粒子带正电,54/104,A错误;连接AB,AB连线是两粒子运动圆弧对应弦,则弦中垂线与各自速度方向垂线(虚线)交点即,为各自圆心。AB连线必定与磁场边界垂直;两圆心,连线与两个半径组成一个角为30,另一个角为60,直角三角形。依据几何关系,则有两半径之比为,R,a,R,b,=1 ,B错误;a粒子圆弧对应圆心角为,120,而b粒子圆弧对应圆心角为60。因为它们,55/104,运动时间相等,所以它们周期之比为T,a,T,b,=12,则,质量之比m,a,m,b,=12,C正确;由半径公式可知:在磁,场、电量一定情况下,速度大小与粒子质量成反,比,与轨迹半径成正比,所以速度大小之比v,a,v,b,=2 ,D错误。,56/104,考点3带电粒子在磁场中运动多解问题,【关键要素精讲】,带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,因为各种原因影响,使问题形成多解。,57/104,1.带电粒子电性不确定形成多解:受洛伦兹力作用带电粒子,因为电性不一样,当速度相同时,正、负粒子在磁场中运动轨迹不一样,形成多解。,58/104,如图甲所表示,带电粒子以速率v垂直进入匀强磁场,如带正电,其轨迹为a,如带负电,其轨迹为b59/104,2.磁场方向不确定形成多解:有些题目只知磁感应强度大小,而不知其方向,此时必须要考虑磁感应强度方向不确定而形成多解。,如图乙所表示,带正电粒子以速率v垂直进入匀强磁场,如B垂直纸面向里,其轨迹为a,如B垂直纸面向外,其轨迹为b。,60/104,3.临界状态不唯一形成多解:带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时,因为粒子运动轨迹是圆弧状,所以,它可能穿过去,也可能转过180从入射界面这边反向飞出,从而形成多解,如图丙所表示。,61/104,4.运动周期性形成多解:带电粒子在部分是电场,部分是磁场空间运动时,运动往往含有往复性,从而形成多解,如图丁所表示。,62/104,【高考命题探究】,【典例3】,如图甲所表示,M、N为竖直放置彼此平行两,块平板,板间距离为d,两板中央各有一个小孔O、O正,对,在两板间有垂直于纸面方向磁场,磁感应强度随,时间改变如图乙所表示,设垂直纸面向里磁场方向为,正方向。有一群正离子在t=0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,63/104,磁场中做匀速圆周运动周期与磁感应强度改变周期都为T,0,不考虑因为磁场改变而产生电场影响。求:世纪金榜导学号42722207,64/104,(1)磁感应强度B,0,大小。,(2)要使正离子从O孔垂直于N板射出磁场,正离子射入磁场时速度v,0,可能值。,65/104,【解析】,(1)正离子射入磁场,由洛伦兹力提供向心力,即,qv,0,B,0,=,做匀速圆周运动周期T,0,=,联立两式得磁感应强度B,0,=,66/104,(2)要使正离子从O孔垂直于N板射,出磁场,离子运动轨迹如图所表示,两板之间正离子只运动一个周期即T,0,时,有r=,当在两板之间正离子共运动n个周期,即nT,0,时,有r=(n=1,2,3,),67/104,联立求解,得正离子速度可能值为,v,0,=(n=1,2,3,),答案:,(1)(2)(n=1,2,3,),68/104,【强化训练】,1.(多项选择)某一空间存在着磁感应强度为B且大小不变、,方向随时间t做周期性改变匀强磁场(如图甲所表示),要求垂直纸面向里磁场方向为正。为了使静止于该,磁场中带正电粒子能按abcdef次序,做横“”字曲线运动(即如图乙所表示轨迹),以下,69/104,方法可行是(粒子只受磁场力作用,其它力不计),(),70/104,A.若粒子初始位置在a处,在t=时给粒子一个沿切线方向水平向右初速度,B.若粒子初始位置在f处,在t=时给粒子一个沿切线方向竖直向下初速度,C.若粒子初始位置在e处,在t=T时给粒子一个沿切线方向水平向左初速度,71/104,D.若粒子初始位置在b处,在t=时给粒子一个沿切线方向竖直向上初速度,72/104,【解析】,选A、D。要使粒子运动轨迹如题图乙所表示,粒子做圆周运动周期应为T,0,=,结合左手定则,可知,选项A、D正确。,73/104,2.(多项选择)(常德模拟)如图所表示,直线MN与水平方向成60角,MN右上方存在垂直纸面向外匀强磁场,左下方存在垂直纸面向里匀强磁场,两磁场磁感应强度大小均为B。一粒子源位于MN上a点,能水平向右发射不一样速率、质量为,m(重力不计)、电荷量为q(q0),同种粒子,全部粒子均能经过,MN上b点,已知ab=L,则粒子,速度可能是(),74/104,75/104,【解析】,选A、B。,76/104,由题意可知粒子可能运动轨迹如图所表示,全部圆弧,圆心角均为120,所以粒子运动半径为r=,(n=1、2、3),由洛伦兹力提供向心力可得qvB=m ,则v=(n=1、2、3),选项A、B正确。,77/104,【加固训练】,(多项选择)如图所表示,在边界上方,存在着垂直纸面向里匀强,磁场,有两个电荷量、质量均,相同正、负粒子(不计重力),从边界上O点以相同,速度先后射入磁场中,入射方向与边界成角,则正、,负粒子在磁场中(),78/104,A.运动轨迹半径相同,B.重新回到边界所用时间相同,C.重新回到边界时速度大小和方向相同,D.重新回到边界时与O点距离相等,79/104,【解析】,选A、C、D。洛伦兹力充当带电粒子做圆周运,动向心力,qvB=,带电粒子做圆周运动半径r=,依据题意,正、负粒子在磁场中运动轨道半径相,同,选项A正确依据qvB=,可得带电粒子做圆周,运动周期T=,而正粒子在磁场中运动时间为,t,1,=,而负粒子在磁场中运动时间为t,2,=,80/104,两时间并不相同,选项,B,错误,;,正、负带电粒子重新回到边界时速度大小和方向是相同,选项,C,正确,;,两粒子重新回到边界时与,O,点距离都是,2rsin,选项,D,正确。,81/104,考点4带电粒子在匀强磁场中运动临界极值问题,【关键要素精讲】,因为带电粒子在磁场中运动通常都是在有界磁场中运动,所以经常出现临界和极值问题。,82/104,1.临界问题分析思绪:,临界问题分析是临界状态,临界状态存在不一样于其它状态特殊条件,此条件称为临界条件,临界条件是处理临界问题突破口。,2.极值问题分析思绪:,所谓极值问题就是对题中所求某个物理量最大值或最小值分析或计算,求解思绪普通有以下两种:,83/104,(1)依据题给条件列出函数关系式进行分析、讨论;,(2)借助几何知识确定极值所对应状态,然后进行直观分析。,84/104,【高考命题探究】,【典例4】,如图所表示,半径为R圆形区域内有一垂直纸,面向里匀强磁场,P为磁场边界上一点。大量质量,为m、电荷量为q带正电粒子,在纸面内沿各个方向以,相同速率v从P点射入磁场。,这些粒子射出磁场时位,置均位于PQ圆弧上,PQ圆弧,长等于磁场边界周长 。,85/104,不计粒子重力和粒子间相互作用,则该匀强磁场磁感应强度大小为(),世纪金榜导学号42722208,86/104,【解析】,选D。,这些粒子在磁,场中做匀速圆周运动,由牛顿,第二定律可得qvB=。从Q,点离开磁场粒子是这些粒子中离开磁场时离P点最远,粒子,所以PQ为从Q点离开磁场粒子轨迹圆弧,直径,由图中几何关系可知,该粒子轨迹圆圆心O、,磁场边界圆圆心O和点P形成一个直角三角形,由几何,87/104,关系可得,r=Rsin60=R。联立解得B=,选项,D正确。,88/104,【强化训练】,1.(朝阳区模拟)如图所表示,ABC为与匀强磁场垂直边长为a等边三角形,磁场垂直于纸面向外,比荷为 电子以速度v,0,从A点沿AB方向射入,欲使电子能经过BC边,则磁感应强度B取值应为(),89/104,90/104,【解析】,选C。由题意,若电子,恰好经过C点其运动轨迹如图所,示,此时其圆周运动半径,R=,要使电子从BC边经,过,圆周运动半径要大于 ,由带电粒子在磁场中运,动半径公式r=选项C正,确。,91/104,2.(太原模拟)如图所表示,区域、内存在垂直纸面向外匀强磁场,区域内磁场磁感应强度为B,宽为1.5d,区域中磁场磁感应强度B,1,未知,区域是无场区,宽为d,一个质量为m、电荷量为q带正电粒子从磁场边界上A点与边界成=60角垂直射入区域磁场,粒子恰好不从区域右边界穿出且刚好能回到A点,粒子重力不计。,92/104,(1)求区域中磁场磁感应强度B,1,。,(2)求区域磁场最小宽度L。,(3)求粒子从离开A点到第一次回到A点时间t。,93/104,【解析】,(1)由题意知粒子运行轨迹如图所表示,设在区域、中粒子做圆周运动半径分别为r、R,由图,知,R+Rcos=1.5d,94/104,Rsin-=rsin,联立得R=d,r=,由洛伦兹力提供向心力得,qvB=m,同理区域中qvB,1,=m,联立得B,1,=3B。,95/104,(2)由(1)及图知区域磁场最小宽度,L=r-rcos=。,(3)在区域中r=,可得v=,由图知粒子在区域中运行时间为,t,1,=,在区域中运行时间为t,2,=,96/104,在区域中运行时间为t,3,=,所以粒子从离开A点到第一次回到A点时间,t=t,1,+t,2,+t,3,=,答案:,(1)3B (2)(3),97/104,【加固训练】,匀强磁场区域由一个半径为R半圆和一个长为2R,宽为 矩形组成,磁场方向垂直纸面向里。一束质量为m、电荷量为+q粒子(粒子间相互作用和重力均不计)以速度v从边界AN中点P垂直于AN和磁场方向射入磁场中。问:,98/104,(1)当磁感应强度为多大时,粒子恰好从A点射出?,(2)对应于粒子可能射出各段磁场边界,磁感应强度应满足什么条件?,99/104,【解析】,(1)由左手定则判定,粒子向左偏转,只能从,PA、AC和CD三段边界射出,如图所表示。当粒子从A点射,出时,运动半径r,1,=,由qB,1,v=,得B,1,=,100/104,(2)当粒子从C点射出时,由PO,2,C和PAC可看出,PC=,cosAPC=,r,2,=,由,qB,2,v=,101/104,得B,2,=,据粒子在磁场中运动半径随磁场减弱而增大,能够判断,当B 时,粒子从PA段射出;,当 B 时,粒子从AC段射出;,当B 时,粒子从CD段射出。,答案:,(1)(2)看法析,102/104,103/104,104/104,