高考物理一輪復(fù)習(xí)課件 第9單元磁場課件 （廣東專版）.ppt

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培養(yǎng)空間想象能力 磁場的磁感線分布是立體的 在安培力和洛倫茲力的有關(guān)計算中 電流方向 電荷運(yùn)動方向及受力方向之間存在著較復(fù)雜的空間方位關(guān)系 左手定則 在具體問題的分析中要培養(yǎng)學(xué)生將題中提供的立體圖轉(zhuǎn)化為側(cè)視平面圖的能力 第九單元 高考縱覽 第九單元 高考縱覽 第九單元 使用建議 1 復(fù)習(xí)本單元應(yīng)注意以下幾點 1 幫助學(xué)生辨析概念 定則 如磁感線與電場線 磁感應(yīng)強(qiáng)度與電場強(qiáng)度 安培力與洛倫茲力 安培定則與左手定則 2 強(qiáng)調(diào)解決兩種題型的方法 對載流導(dǎo)體在磁場中平衡的問題 要注意畫出從某一側(cè)面看到的平面受力圖 對帶電粒子在磁場中的運(yùn)動問題 應(yīng)畫出運(yùn)動軌跡 找出圓心 并借助數(shù)學(xué)知識進(jìn)行求解 第九單元 使用建議 3 注重培養(yǎng)學(xué)生的能力 要注意培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力及應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力 2 課時安排 本單元建議安排7課時 第39講 第40講各1課時 第41講2課時 第42講2課時 單元訓(xùn)練1課時 第39講 磁場的描述磁場對電流的作用 第39講磁場的描述磁場對電流的作用 第39講 編讀互動 1 本講要求準(zhǔn)確地理解 掌握磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁感線等重要的基本概念 建議多采用與電場進(jìn)行類比的方法理解磁場 本講的重點是安培力的應(yīng)用 2 本講教學(xué)可以按下面的思路安排 1 通過例1及變式題使學(xué)生學(xué)生掌握常見的磁場的磁感線的分布情況 2 通過例2及變式題使學(xué)生掌握安培力大小和方向的確定方法 重點是等效長度的確定 3 通過例3及變式題使掌握安培力作用下的力學(xué)問題 第39講 考點自主梳理 知識點一磁場1 產(chǎn)生 產(chǎn)生于磁體或 周圍 2 本質(zhì) 磁鐵的磁場和電流的磁場一樣 都是由 產(chǎn)生的 3 特性 磁場對放入其中的磁體或運(yùn)動電荷 電流 有力的作用 n極的受力方向與磁場方向 s極的受力方向與磁場方向相反 磁體 電流之間都是通過磁場發(fā)生相互作用的 電流 電荷的運(yùn)動 相同 第39講 考點自主梳理 知識點二磁感應(yīng)強(qiáng)度1 定義 在磁場中 垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線受到的安培力f與電流i和導(dǎo)線長度l的乘積的比值 叫做通電導(dǎo)線所在處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度 即b 定義式 2 方向 磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量 其方向就是該處磁場的方向 也是小磁針n極的受力方向 即小磁針靜止時n極的指向 其合成遵循 定則 3 單位 特斯拉 簡稱特 符號是 t 1t 1n a m 4 意義 表示磁場強(qiáng)弱和方向的物理量 平行四邊形 第39講 考點自主梳理 知識點三磁感線1 定義 在磁場中畫一系列曲線 使曲線上任意點的 方向都跟該點磁場方向一致 這一系列曲線即為磁感線 2 意義 磁感線的疏密程度表示磁場的強(qiáng)弱 方向表示磁場的方向 3 特點 磁感線是閉合曲線 磁體外部的磁感線是從n極到s極 磁體內(nèi)部的磁感線是從s極到n極 磁感線不相交 知識點四常見磁場及磁場方向的判定1 常見磁體產(chǎn)生的磁場 的磁場 蹄形磁鐵的磁場 地磁場 切線 切線 條形磁鐵 第39講 考點自主梳理 2 常見電流產(chǎn)生的磁場 的磁場 環(huán)形電流的磁場 通電螺線管的磁場 它們的方向都是由安培定則來判定的 3 勻強(qiáng)磁場 如果在磁場的某一區(qū)域里 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向處處 這個區(qū)域的磁場就叫做勻強(qiáng)磁場 如通電螺線管內(nèi)部的磁場 4 安培定則 1 通電直導(dǎo)線中的安培定則 用右手握住通電直導(dǎo)線 讓伸直的拇指指向電流的方向 那么彎曲的四指的指向就是磁感線的環(huán)繞方向 2 通電螺線管中的安培定則 用右手握住通電螺線管 使四指彎曲與電流方向一致 那么伸直的拇指所指的那一端是通電螺線管的n極 直線電流 相同 第39講 考點自主梳理 知識點五安培力1 定義 磁場對通電導(dǎo)線 電流 的作用力稱為安培力 2 大小 f b與l垂直 若通電導(dǎo)線與磁場方向平行 則安培力f 0 3 方向 可用 判斷 4 左手定則 伸開左手 使拇指跟其余四指垂直 并且都跟手掌在同一個平面內(nèi) 讓磁感線垂直穿過手心 四指指向電流的方向 那么 所指的方向就是安培力的方向 知識點六磁電式電流表的結(jié)構(gòu)和工作原理1 磁電式電流表的結(jié)構(gòu) 1 蹄形磁鐵 2 圓柱形鐵芯 固定在蹄形磁鐵的兩極間 3 鋁框 套在鐵芯外 可繞軸 bil 左手定則 拇指 第39講 考點自主梳理 轉(zhuǎn)動 4 線圈 繞在鋁框上 5 兩個螺旋彈簧及一個指針 裝在鋁框的轉(zhuǎn)軸上 被測電流經(jīng)過兩個彈簧接入線圈 指針用于指示電流值 如圖36 1所示 第39講 考點自主梳理 2 磁電式電流表的工作原理 如圖36 2所示 由于這種磁場的方向總沿著徑向均勻地輻射分布 在距軸線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小總是相等 這樣不管線圈轉(zhuǎn)到什么位置 線圈平面總跟它所在位置的磁感線平行 安培力的方向總與線圈平面垂直 電流i與指針偏角 成正比 i越大則 越大 因而電流表可以量出電流i的大小 且刻度是均勻的 當(dāng)線圈中的電流方向改變時 安培力的方向隨著改變 指針偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變 所以根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向即可知道被測電流的方向 第39講 考向互動探究 第39講 考向互動探究 第39講 考向互動探究 二 常見的電流磁場分布規(guī)律 第39講 考向互動探究 第39講 考向互動探究 b 第39講 考向互動探究 主編剖析 本題將環(huán)形電流的磁場分布規(guī)律和地磁場的分布規(guī)律巧妙地聯(lián)系起來命題 需要考生準(zhǔn)確掌握安培定則 環(huán)形電流磁場 地磁場等基礎(chǔ)知識 尤其特別注意地磁場的n極在地理位置的南極附近 對于通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場的分布規(guī)律同樣應(yīng)用安培定則判定 若空間某一點附近有多個通電直導(dǎo)線 則該點磁感應(yīng)強(qiáng)度為每個通電直導(dǎo)線單獨在該點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和 如下面的變式題 第39講 考向互動探究 解析 地理的南極是地磁場的n極 由安培定則知b正確 第39講 考向互動探究 變式題 2011 全國卷 如圖36 4所示 兩根相互平行的長直導(dǎo)線分別通有方向相反的電流i1和i2 且i1 i2 a b c d為導(dǎo)線某一橫截面所在平面內(nèi)的四點 且a b c與兩導(dǎo)線共面 b點在兩導(dǎo)線之間 b d的連線與導(dǎo)線所在平面垂直 磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零的點是 a a點b b點c c點d d點 c 第39講 考向互動探究 解析 空間某點的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向是i1 i2各自產(chǎn)生的磁場疊加的結(jié)果 距離導(dǎo)線越近的地方 磁場越強(qiáng) 根據(jù)安培定則 只有在c點 兩條導(dǎo)線電流各自產(chǎn)生的磁場才有可能大小相等 方向相反 疊加后互相抵消 磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 第39講 考向互動探究 探究考向二安培力大小和方向的確定方法1 安培力的方向由左手定則判定 安培力的方向既垂直于磁場方向 又垂直于電流方向 即安培力垂直于磁場和電流方向所決定的平面 2 當(dāng)磁場方向和電流方向垂直時 安培力大小應(yīng)用公式f bil計算 但要注意 l是有效長度 其數(shù)值等于處于磁場中的通電導(dǎo)線兩端點間的距離 如圖36 5甲所示 直角形折線abc中通入電流i ab bc l 折線所在平面與勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度b垂直 abc受安培力等效于ac 通有 第39講 考向互動探究 a c的電流i 所受的安培力 即f bi l 方向為在紙面內(nèi)垂直于ac斜向上 同理推知 半圓形通電導(dǎo)線受安培力如圖乙所示 f bi 2r 如圖丙所示閉合的通電導(dǎo)線框所受安培力f 0 第39講 考向互動探究 例2 2011 黃岡質(zhì)檢 如圖36 6所示 用粗細(xì)均勻的電阻絲折成平面梯形框架 ab cd邊均與ad邊成60 角 ab bc cd l 已知長度為l時電阻絲阻值為r 框架與一電動勢為e 內(nèi)阻為r的電源相連接 垂直于框架平面有磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場 則框架受到的安培力的合力大小為 c 第39講 考向互動探究 點評 若按照基本方法計算整個框架的安培力 首先需要分別求出ad和abcd兩個支路的電流 然后逐個求梯形的四個邊所受的安培力 最后求合力 本題的解析靈活地應(yīng)用等效長度來計算安培力 省去了上面所述的大量計算過程 使問題的分析變得簡捷高效 下面的變式題也是此類問題 第39講 考向互動探究 a 解析 該導(dǎo)線可以用a和d之間的直導(dǎo)線長為 1 l來等效代替 根據(jù)安培力公式可知 安培力大小為 1 bil 由左手定則可知 安培力的方向沿紙面向上 選項a正確 第39講 考向互動探究 第39講 考向互動探究 探究考向三安培力與動力學(xué)綜合的問題1 通電導(dǎo)體在磁場 重力場中的平衡與加速運(yùn)動問題的處理方法和純力學(xué)問題一樣 只是多了一個安培力而已 所以對此類問題首先要樹立信心 2 解決這類問題的關(guān)鍵是 1 受力分析時要注意準(zhǔn)確找出安培力的方向 安培力方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直又跟電流方向垂直 2 畫出導(dǎo)體受力平面圖 往往是側(cè)視圖 3 解決這類問題主要涉及的考點 1 閉合電路的歐姆定律 2 安培力的計算公式f bil 3 物體平衡條件 合力為零 4 牛頓第二定律等 第39講 考向互動探究 第39講 考向互動探究 第39講 考向互動探究 例3 2011 課標(biāo)全國卷 電磁軌道炮工作原理如圖36 8所示 待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動 并與軌道保持良好接觸 電流i從一條軌道流入 通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回 軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場 可視為勻強(qiáng)磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與i成正比 通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出 現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍 理論上可采用的辦法是 a 只將軌道長度l變?yōu)樵瓉淼?倍b 只將電流i增加至原來的2倍 bd 第39講 考向互動探究 c 只將彈體質(zhì)量減至原來的一半d 將彈體質(zhì)量減至原來的一半 軌道長度l變?yōu)樵瓉淼?倍 其他量不變 第39講 考向互動探究 點評 電磁炮是現(xiàn)代軍事強(qiáng)國都在爭相研發(fā)的新興武器 其基本原理是通過安培力作為推力使炮彈加速并高速射出 在安培力為恒力的前提下 既可以通過動力學(xué)方法求解 也可以通過動能定理求解 第39講 考向互動探究 變式題如圖36 9所示 把一重力不計的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方 導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動 當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流i時 導(dǎo)線的運(yùn)動情況是 從上往下看 a 順時針方向轉(zhuǎn)動 同時下降b 順時針方向轉(zhuǎn)動 同時上升c 逆時針方向轉(zhuǎn)動 同時下降d 逆時針方向轉(zhuǎn)動 同時上升 a 第39講 考向互動探究 解析 首先用電流元法 把直線電流等效為ao o o ob三段 o o段極短 電流元 由于o o段電流方向與該處磁場方向相反 所以不受安培力作用 ao 段電流元所在處的磁場方向傾斜向上 根據(jù)左手定則可知其所受安培力方向垂直紙面向外 ob段電流元所在處的磁場方向傾斜向下 同理可知其所受安培力方向垂直紙面向里 綜上可知導(dǎo)線將順時針轉(zhuǎn)動 俯視 然后應(yīng)用特殊位置法 把導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90 的特殊位置來分析 根據(jù)左手定則判得安培力方向向下 故導(dǎo)線在順時針轉(zhuǎn)動的同時向下運(yùn)動 第39講 備用習(xí)題 1 兩根通電的長直導(dǎo)線平行放置 電流分別為i1和i2 電流的方向如圖所示 在與導(dǎo)線垂直的平面上有a b c d四點 其中a b在導(dǎo)線橫截面連接的延長線上 c d在導(dǎo)線橫截面連線的垂直平分線上 則導(dǎo)體中的電流在這四點產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零的是 a a點b b點c c點d d點 ab 第39講 備用習(xí)題 解析 ab根據(jù)安培定則可知 電流i1和i2激發(fā)的磁場方向分別為逆時針和順時針方向 那么c d兩點的磁場方向不可能相反 所以c d兩點的磁感應(yīng)強(qiáng)度不可能為零 故選項c d錯誤 當(dāng)i1大于i2時 b點的磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零 當(dāng)i1小于i2時 a點的磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零 選項a b正確 備選理由 考查磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加 第39講 備用習(xí)題 2 在磁場中某區(qū)域的磁感線如圖所示 則 a a b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等 ba bbb a b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等 ba bbc 同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力大d 同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力小 b 第39講 備用習(xí)題 解析 b磁感線的疏密程度表示b的大小 但安培力的大小除跟該處的b的大小和i l有關(guān)外 還跟導(dǎo)線放置的方向與b的方向的夾角有關(guān) 故選項c d錯誤 由a b兩處磁感線的疏密程度可判斷出bb ba 選項a錯誤 選項b正確 備選理由 考查磁感線 安培力計算公式 第39講 備用習(xí)題 3 如圖所示 兩個完全相同的線圈套在一水平光滑絕緣圓柱上 但能自由移動 若兩線圈中通過大小不等的同向電流 則它們的運(yùn)動情況是 a 都繞圓柱轉(zhuǎn)動b 以不等的加速度相向運(yùn)動c 以相等的加速度相向運(yùn)動d 以相等的加速度相背運(yùn)動 c 第39講 備用習(xí)題 解析 c同向環(huán)形電流間相互吸引 雖然兩電流大小不等 但據(jù)牛頓第三定律知兩線圈間相互作用力必大小相等 選項c正確 備選理由 考查電流間相互作用的規(guī)律 第40講 磁場對運(yùn)動電荷的作用 第40講磁場對運(yùn)動電荷的作用 第40講 編讀互動 1 本講要求會利用左手定則判斷洛倫茲力的方向 明確安培力是導(dǎo)體中大量帶電粒子受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) 掌握洛倫茲力對帶電粒子不做功的特點 能結(jié)合幾何知識確定帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動的圓心和半徑 熟練求解帶電粒子在磁場中運(yùn)動的速度 時間等實際問題 2 本講教學(xué)可以按下面的思路安排 1 通過例1及變式題熟悉洛倫茲力不做功的特點 第40講 編讀互動 2 通過例2及變式題掌握確定帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的圓心 半徑的方法 3 通過例3及變式題理解回旋加速器的原理 第40講 考點自主梳理 知識點一洛倫茲力1 定義 磁場對 電荷的作用力 2 大小 當(dāng)v b時 f 當(dāng)v b時 f 3 方向 用 定則來判斷 4 通電導(dǎo)體所受的安培力是導(dǎo)體內(nèi)所有運(yùn)動電荷所受的 的合力 5 電場力與洛倫茲力的比較 運(yùn)動 qvb 0 左手 洛倫茲力 第40講 考點自主梳理 第40講 考點自主梳理 第40講 考點自主梳理 勻速直線 勻速圓周 圓周 向心 大 第40講 考向互動探究 探究考向一帶電粒子在磁場中的一般運(yùn)動分析1 洛倫茲力是一種性質(zhì)力 可能是恒力也可能是變力 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中受其他力的束縛做勻速直線運(yùn)動時 洛倫茲力為恒力 2 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動因洛倫茲力的方向總與速度的方向垂直 根據(jù)曲線運(yùn)動的條件 在僅受洛倫茲力作用的情況下 帶電粒子將做曲線運(yùn)動 洛倫茲力的作用效果只是改變帶電粒子的運(yùn)動方向 第40講 考向互動探究 由于帶電粒子受到的洛倫茲力不做功 若其他力不做功 則根據(jù)動能定理知帶電粒子的速率不變 所以帶電粒子在洛倫茲力作用下的運(yùn)動可能是勻速圓周運(yùn)動 v b 勻強(qiáng)磁場 或其他形式的勻速率曲線運(yùn)動 如果帶電粒子的運(yùn)動方向與磁場方向平行 則帶電粒子不受洛倫茲力作用 帶電粒子做勻速直線運(yùn)動 第40講 考向互動探究 c 第40講 考向互動探究 第40講 考向互動探究 點評 通過本題可以看到 1 在解決帶電粒子在磁場中運(yùn)動的力學(xué)問題時 應(yīng)注意洛倫茲力是一種性質(zhì)力 要做好包括洛倫茲力在內(nèi)的受力分析和運(yùn)動情況的分析 2 根據(jù)力學(xué)特征 選用相應(yīng)的力學(xué)規(guī)律求解 但由于洛倫茲力與速度有關(guān) 應(yīng)注意由此引起的動態(tài)變化 第40講 考向互動探究 變式題如圖40 2所示 質(zhì)量為m 電荷量為q的帶正電小球中間有一孔 套在足夠長的絕緣細(xì)桿上 桿與水平方向成 角 桿與球的動摩擦因數(shù)為 此裝置放在沿水平方向 磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場中 若從高處將小球無初速度釋放 小球在下滑過程中加速度的最大值和運(yùn)動速度的最大值分別是多少 第40講 考向互動探究 第40講 考向互動探究 第40講 考向互動探究 4 已知粒子在磁場中的入射點 入射方向和出射方向 不一定在磁場中 延長 或反向延長 兩速度方向所在直線使之成一夾角 作出這一夾角的角平分線 角平分線上到兩直線距離等于半徑的點即為圓心 2 半徑的確定和計算圓心確定后 運(yùn)動半徑隨之確定 常用解三角形的方法及圓心角等于弦切角的兩倍等幾何知識計算半徑的大小 注意下列兩個幾何特點的應(yīng)用 1 速度的偏向角 等于回旋角 等于ab弦與切線的夾角 弦切角 的2倍 2 t 相對的弦切角 相等 與相鄰的弦切角 互補(bǔ) 即 180 如 第40講 考向互動探究 圖40 3甲所示 2 如果勻強(qiáng)磁場區(qū)域為一個半徑為r的圓 如圖乙所示 過入射點和出射點分別作出與初速度方向和末速度方向垂直的直線 兩條直線的交點即為圓周運(yùn)動的軌跡圓圓心 而沿兩速度方向的直線的交點即磁場區(qū)域圓的圓心 由幾何關(guān)系可知 粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)角等于 第40講 考向互動探究 第40講 考向互動探究 第40講 考向互動探究 第40講 考向互動探究 方法點撥 挖掘隱含的幾何條件是解決本題的關(guān)鍵 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的圓周運(yùn)動問題的解題關(guān)鍵是要正確找出粒子運(yùn)動軌跡的圓心和半徑 畫出軌跡圓弧 由幾何知識明確弦切角 圓心角和偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系 進(jìn)而求出粒子在磁場中運(yùn)動的時間 運(yùn)動半徑等 解決帶電粒子在有界磁場中運(yùn)動的臨界問題 一般按以下步驟進(jìn)行 1 根據(jù)帶電粒子速度方向找出半徑 2 根據(jù)磁場邊界和題設(shè)條件畫出粒子的運(yùn)動軌跡 3 根據(jù)運(yùn)動軌跡確定圓心位置 建立幾何關(guān)系 4 根據(jù)運(yùn)動規(guī)律列方程求解 第40講 考向互動探究 第40講 考向互動探究 第40講 考向互動探究 變式題如圖40 5所示 在屏mn的上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場 磁場方向垂直紙面向里 p為屏上的一小孔 pc與mn垂直 一群質(zhì)量為m 帶電荷量為 q的粒子 不計重力 以相同的速率v從p處沿垂直于磁場的方向射入磁場區(qū)域 粒子入射方向在與磁場b垂直的平面內(nèi) 且散開在與pc夾角為 的范圍內(nèi) 則在屏mn上被粒子打中的區(qū)域的長度為 d 第40講 考向互動探究 第40講 考向互動探究 探究考向三帶電粒子在磁場中的圓周運(yùn)動的科技應(yīng)用帶電粒子在磁場中的運(yùn)動與現(xiàn)代科技密切相關(guān) 在近代物理實驗中有重大意義 回旋加速器是帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的應(yīng)用重點 回旋加速器 1 構(gòu)造 如圖40 6所示 d1 d2是半圓形金屬盒 d形盒的縫隙處接交流電源 d形盒處于勻強(qiáng)磁場中 第40講 考向互動探究 第40講 考向互動探究 第40講 考向互動探究 例3勞倫斯于1930年制成了世界上第一臺回旋加速器 其原理如圖40 7所示 這臺加速器由兩個銅質(zhì)d形盒d1 d2構(gòu)成 其間留有空隙 下列說法正確的是 a 離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器b 離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器c 離子從磁場中獲得能量d 離子從電場中獲得能量 ad 第40講 考向互動探究 解析 離子應(yīng)從加速器的中心進(jìn)入加速器 磁場使離子偏轉(zhuǎn) 電場使離子加速 選項ad正確 點評 弄清回旋加速器的原理及相關(guān)物理量的關(guān)系是解答本題的關(guān)鍵 第40講 考向互動探究 變式題 2012 丹東模擬 回旋加速器是加速帶電粒子的裝置 其主體部分是兩個d形金屬盒 兩個金屬盒處在垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中 并分別與高頻交流電源兩極相連接 從而使粒子每次經(jīng)過兩盒間的狹縫時都得到加速 如圖40 8所示 現(xiàn)要增大帶電粒子從回旋加速器射出時的動能 下列方法可行的是 a 減小磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度b 減小狹縫間的距離c 增大高頻交流電壓d 增大金屬盒的半徑 d 第40講 考向互動探究 第40講 備用習(xí)題 1 在高緯度地區(qū)的高空 大氣稀薄 常出現(xiàn)五顏六色的弧狀 帶狀或幕狀的極其美麗壯觀的發(fā)光現(xiàn)象 這就是我們常說的 極光 極光 是由太陽發(fā)射的高速帶電粒子受地磁場的影響 進(jìn)入兩極附近時 撞擊并激發(fā)高空中的空氣分子和原子引起的 假如我們在北極地區(qū)忽然發(fā)現(xiàn)正上方的高空出現(xiàn)了射向地球的沿順時針方向生成的紫色弧狀極光 顯示帶電粒子的運(yùn)動軌跡 則關(guān)于引起這一現(xiàn)象的高速帶電粒子的電性及弧狀極光的彎曲程度的說法中 正確的是 第40講 備用習(xí)題 a 高速粒子帶負(fù)電b 高速粒子帶正電c 軌跡半徑逐漸減小d 軌跡半徑逐漸增大 解析 bc北極是地磁南極 磁場方向豎直向下 靠近地面磁感應(yīng)強(qiáng)度變大 由r 可知選項c正確 用左手定則判斷當(dāng)粒子帶正電時自下向上看是順時針運(yùn)動的 故選項b正確 備選理由 考查極光的形成 第40講 備用習(xí)題 2 2011 長沙模擬 顯像管是電視機(jī)的重要組成部分 如圖所示為電視機(jī)顯像管及其偏轉(zhuǎn)線圈l的示意圖 如果發(fā)現(xiàn)電視畫面的幅度比正常時偏小 不可能是下列哪些原因引起的 a 電子槍發(fā)射能力減弱 電子數(shù)減少b 加速電場的電壓過高 電子速率偏大c 偏轉(zhuǎn)線圈匝間短路 線圈匝數(shù)減少d 偏轉(zhuǎn)線圈的電流過小 偏轉(zhuǎn)磁場減弱 a 第40講 備用習(xí)題 解析 a畫面變小是由于電子束的偏轉(zhuǎn)角減小 即軌道半徑變大造成的 由公式r 知 因為加速電壓增大 將引起v增大 而偏轉(zhuǎn)線圈匝數(shù)或電流減小 都會引起b減小 從而使軌道半徑增大 偏轉(zhuǎn)角減小 畫面變小 綜上所述 只有a項符合題意 備選理由 考查洛倫茲力在電視機(jī)顯像管中的應(yīng)用 第40講 備用習(xí)題 3 2011年 臺州模擬 如圖所示 帶電粒子以初速度v0從a點進(jìn)入勻強(qiáng)磁場 運(yùn)動中經(jīng)過b點 oa ob 若撤去磁場 加一個與y軸平行的勻強(qiáng)電場 仍以v0從a點進(jìn)入電場 粒子仍能通過b點 那么電場強(qiáng)度e與磁感應(yīng)強(qiáng)度b之比為 c 第40講 備用習(xí)題 備選理由 考查磁偏轉(zhuǎn)和電偏轉(zhuǎn)的比較 第41講 帶電粒子在有界磁場中的運(yùn)動 第41講帶電粒子在有界磁場中的運(yùn)動 第41講 編讀互動 1 帶電粒子在有界磁場中的運(yùn)動的復(fù)習(xí)重點是 在深刻理解洛倫茲力對帶電粒子不做功的前提下 根據(jù)運(yùn)動的初始條件或帶電粒子運(yùn)動的路徑信息 確定帶電粒子做圓周運(yùn)動的圓心 半徑 畫出軌跡示意圖 然后根據(jù)幾何關(guān)系和運(yùn)動規(guī)律解決問題 2 本講教學(xué)可以按下面的思路安排 1 通過例1及變式題掌握帶電粒子在直線邊界磁場中運(yùn)動的求解方法 重點關(guān)注運(yùn)動軌跡的確定 第41講 編讀互動 2 通過例2及變式題掌握帶電粒子在圓形有界磁場中運(yùn)動的求解方法 重點體會運(yùn)動軌跡圓與磁場圓的空間關(guān)系 3 通過例3及變式題求解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動的多解問題 強(qiáng)化學(xué)生的多解意識 第41講 考點自主梳理 1 求解帶電粒子在有界磁場中做圓周運(yùn)動的問題時 要按照 畫軌跡 找 求半徑 利用幾何關(guān)系 的基本思路進(jìn)行 解題過程中注意對稱性的應(yīng)用 2 帶電粒子在有界磁場中做圓周運(yùn)動的解題技巧 1 剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運(yùn)動的軌跡與邊界 2 當(dāng)速度v一定時 弧長 或弦長 越長 圓心角越大 則帶電粒子在有界磁場中運(yùn)動的時間 圓心 相切 越長 第41講 考點自主梳理 3 當(dāng)速率v變化時 圓心角越大的則運(yùn)動時間越 4 在矩形磁場區(qū)域內(nèi) 從同一邊界射入的粒子從同一邊界射出時 射出時與射入時相比 速度與邊界的夾角 在圓形磁場區(qū)域內(nèi) 沿徑向射入的粒子必沿徑向射出 長 相等 第41講 考向互動探究 探究考向一帶電粒子在直線邊界勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動1 有單平面邊界的磁場問題 1 如圖41 1所示 直線mn右側(cè)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場 帶電粒子由邊界上p點以圖示方向進(jìn)入磁場 在磁場內(nèi)做部分圓周運(yùn)動 將以關(guān)于邊界對稱的方向從q點射出 由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的特點和圓周運(yùn)動的對稱規(guī)律可得 從單平面邊界垂直磁場射入的正 負(fù)粒子重新回到邊界時的速度大小 速度和邊界的夾角與射入磁場時相同 第41講 考向互動探究 第41講 考向互動探究 第41講 考向互動探究 例1 2011 湛江調(diào)研 如圖41 3所示 從陰極k發(fā)射的電子 初速度不計 質(zhì)量為m 電量為e 經(jīng)過電壓u加速后 電子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為b 寬為l的勻強(qiáng)磁場中 磁場的上下區(qū)域足夠大 求 1 電子進(jìn)入磁場時的速度大小v 2 電子離開磁場時的偏轉(zhuǎn)距離d 第41講 考向互動探究 第41講 考向互動探究 點評 對于存在兩個邊界的直線邊界磁場區(qū)域 要注意帶電粒子的入射方向 并據(jù)此確定其可能的出射邊界 根據(jù)圓心 半徑進(jìn)一步確定其在磁場中的偏轉(zhuǎn)角度 運(yùn)動時間等 第41講 考向互動探究 變式題三個速度大小不同的同種帶電粒子沿同一方向從圖41 4中長方形區(qū)域的勻強(qiáng)磁場上邊緣射入 當(dāng)從下邊緣飛出時 它們對入射方向的偏角分別為90 60 30 則它們在磁場中運(yùn)動的時間之比為 b 第41講 考向互動探究 第41講 考向互動探究 第41講 考向互動探究 2 帶電粒子入射方向偏離圓形勻強(qiáng)磁場圓心射入的問題處理這類問題時一定要分清磁場圓和軌跡圓 并要注意區(qū)分軌跡圓的圓心和圓形邊界勻強(qiáng)磁場的圓心 1 當(dāng)粒子沿圖41 6所示軌跡運(yùn)動時 粒子在磁場中運(yùn)動時間最長 速度偏轉(zhuǎn)角最大 2 由圖41 6看出 在軌跡圓半徑和速度偏轉(zhuǎn)角一定的情況下 可實現(xiàn)此偏轉(zhuǎn)的最小磁場圓即為以pq為直徑的圓 第41講 考向互動探究 第41講 考向互動探究 例2 2011 廣東卷 如圖41 8甲所示 在以o為圓心 內(nèi)外半徑分別為r1和r2的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)存在輻射狀電場和垂直紙面的勻強(qiáng)磁場 內(nèi)外圓間的電勢差u為常量 r1 r0 r2 3r0 一電荷量為 q 質(zhì)量為m的粒子從內(nèi)圓上的a點進(jìn)入該區(qū)域 不計重力 1 已知粒子從外圓上以速度v1射出 求粒子在a點的初速度v0的大小 2 若撤去電場 如圖乙所示 已知粒子從oa延長線與外圓的交點c以速度v2射出 方向與oa延長線成45 角 求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小及粒子在磁場中運(yùn)動的時間 第41講 考向互動探究 3 在圖乙中 若粒子從a點進(jìn)入磁場 速度大小為v3 方向不確定 要使粒子一定能夠從外圓射出 磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)小于多少 第41講 考向互動探究 技巧點撥 帶電粒子在圓形邊界磁場中做圓周運(yùn)動的問題的求解關(guān)鍵是確定軌跡半徑與磁場半徑的關(guān)系 第41講 考向互動探究 第41講 考向互動探究 第41講 考向互動探究 第41講 考向互動探究 變式題半徑為r的圓形空間內(nèi)存在著垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場 一個帶電粒子 不計重力 從a點沿徑向以速度v0垂直于磁場方向射入磁場中 并從b點射出 aob 120 如圖41 9所示 則該帶電粒子在磁場中運(yùn)動的時間為 b 第41講 考向互動探究 第41講 考向互動探究 探究考向三帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動的多解問題1 帶電粒子電性不確定形成多解帶電粒子可能帶正電 也可能帶負(fù)電 在初速度相同的情況下 電性相反的粒子在磁場中運(yùn)動軌跡不同 導(dǎo)致雙解 2 磁場方向不確定形成多解若已知磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 而不知磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 則應(yīng)考慮因磁場方向不確定而導(dǎo)致的多解 3 臨界狀態(tài)不唯一形成多解帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場時 它可能穿過去 也可能偏轉(zhuǎn)180 從入射界面這邊反向飛出 如圖41 10所示 第41講 考向互動探究 4 運(yùn)動的重復(fù)性形成多解當(dāng)帶電粒子在電場和磁場的的有界組合場中運(yùn)動時 通常具有往復(fù)性 因而形成多解 第41講 考向互動探究 第41講 考向互動探究 第41講 考向互動探究 第41講 考向互動探究 第41講 考向互動探究 變式題 雙選 如圖41 12所示 長為l的水平板間有磁感應(yīng)強(qiáng)度為b 方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場 板間距離也為l 板不帶電 現(xiàn)有質(zhì)量為m 電荷量為q的帶正電粒子 不計重力 從左邊板間中點處垂直磁感線以速度v水平射入磁場 欲使粒子不打在極板上 可采用的辦法是 ab 第41講 考向互動探究 第41講 備用習(xí)題 1 如圖所示 正方形區(qū)域abcd中充滿勻強(qiáng)磁場 磁場方向垂直紙面向里 一個氫核從ad邊的中點m沿著既垂直于ad邊又垂直于磁場的方向以一定速度射入磁場 正好從ab邊中點n射出磁場 若將磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍 其他條件不變 則這個氫核射出磁場的位置是 a 在b n之間某點b 在n a之間某點c a點d 在a m之間某點 c 第41講 備用習(xí)題 備選理由 帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場中的圓周運(yùn)動 第41講 備用習(xí)題 2 2011 海南卷 空間存在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場 圖中的正方形為其邊界 一細(xì)束由兩種粒子組成的粒子流沿垂直于磁場的方向從o點入射 這兩種粒子帶同種電荷 它們的電荷量 質(zhì)量均不同 但其比荷相同 且都包含不同速率的粒子 不計重力 下列說法正確的是 a 入射速度不同的粒子在磁場中的運(yùn)動時間一定不同b 入射速度相同的粒子在磁場中的運(yùn)動軌跡一定相同c 在磁場中運(yùn)動時間相同的粒子 其運(yùn)動軌跡一定相同d 在磁場中運(yùn)動時間越長的粒子 其軌跡所對的圓心角一定越大 bd 第41講 備用習(xí)題 備選理由 考查帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動的分析方法 第42講 帶電粒子在組合場和復(fù)合場中的運(yùn)動 第42講帶電粒子在組合場和復(fù)合場中的運(yùn)動 第42講 編讀互動 1 帶電粒子在磁場 電場 重力場的組合場以及復(fù)合場中的運(yùn)動 一般要通過受力分析 運(yùn)動分析 結(jié)合牛頓運(yùn)動定律 運(yùn)動學(xué)規(guī)律和動能定理等知識進(jìn)行解答 且?guī)щ娏Ｗ拥倪\(yùn)動形式一般為勻速直線運(yùn)動 勻速圓周運(yùn)動等 2 本講教學(xué)可以按下面的思路安排 1 通過例1及變式題掌握帶電粒子在組合場中運(yùn)動問題的分析方法 第42講 編讀互動 2 通過例2及變式題掌握帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動問題的分析方法 3 通過例3及變式題掌握帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的臨界問題 4 通過例4及變式題研究帶電粒子在電場和磁場中的運(yùn)動在近代科技中的應(yīng)用 進(jìn)一步掌握帶電粒子在復(fù)合場 組合場中運(yùn)動的解題方法 第42講 考點自主梳理 知識點一帶電粒子在復(fù)合場中無約束情況下的運(yùn)動1 當(dāng)帶電粒子所受的合外力為零時 帶電粒子做 運(yùn)動或處于 狀態(tài) 當(dāng)合外力恒定且與初速度在同一直線上時 帶電粒子做勻變速直線運(yùn)動 常見情況有 1 當(dāng)速度與磁場平行時 洛倫茲力為零 如果重力與電場力平衡 帶電粒子做勻速直線運(yùn)動 如果重力與電場力的合力與速度方向平行 帶電粒子做勻變速直線運(yùn)動 2 當(dāng)洛倫茲力與速度垂直 且與重力和電場力的合力平衡時 帶電粒子做勻速直線運(yùn)動 勻速直線 靜止 第42講 考點自主梳理 2 當(dāng)帶電粒子所受的合外力恰好充當(dāng)向心力時 帶電粒子做 運(yùn)動 通常情況下 由于重力和電場力為恒力 故不能充當(dāng)向心力 所以一般情況下是重力恰好與電場力相平衡 洛倫茲力充當(dāng)向心力 3 當(dāng)帶電粒子所受的合外力的大小 方向均不斷變化時 帶電粒子將做非勻變速 運(yùn)動 知識點二帶電粒子在復(fù)合場中有約束情況下的運(yùn)動帶電粒子所受到的約束通常有面 桿 繩 圓軌道等 常見的運(yùn)動形式有 運(yùn)動和 運(yùn)動 此類問題應(yīng)注意分析洛倫茲力所起的作用 勻速圓周 曲線 直線 曲線 第42講 考向互動探究 探究考向一帶電粒子在組合場中的運(yùn)動1 組合場一般是由電場和磁場或磁場和磁場組成 它們互不重疊 分別位于某一邊界的兩側(cè) 例如回旋加速器中電場和磁場的組合 2 粒子在某一場中運(yùn)動時 通常只受該場對粒子的作用力 3 處理方法 1 分析帶電粒子在各場中的受力情況和運(yùn)動情況 一般在電場中做類平拋運(yùn)動 在磁場中做勻速圓周運(yùn)動 第42講 考向互動探究 2 正確地畫出粒子的運(yùn)動軌跡圖 在畫圖的基礎(chǔ)上注意運(yùn)用幾何知識尋找關(guān)系 3 選擇物理規(guī)律 列方程 對類平拋運(yùn)動 一般分解為沿初速度方向的勻速直線運(yùn)動和垂直初速度方向的勻加速直線運(yùn)動 對粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動 應(yīng)注意洛倫茲力提供向心力這一特點 4 注意確定粒子在組合場交界位置處的速度大小與方向 該速度是聯(lián)系兩種運(yùn)動的橋梁 第42講 考向互動探究 例1如圖42 1所示 在xoy直角坐標(biāo)平面內(nèi) 第 象限中的勻強(qiáng)電場沿y軸正方向 第 象限中的勻強(qiáng)磁場垂直坐標(biāo)平面向里 質(zhì)量為m 電荷量為q的帶負(fù)電粒子從y軸上的m點 om h 以速度v0垂直y軸射入電場 經(jīng)x軸上的n點 on 2h 射出電場 進(jìn)入磁場 然后從y軸上p點 p點未標(biāo)出 垂直y軸方向射出磁場 不計粒子的重力 求 1 電場強(qiáng)度e的大小 2 磁感應(yīng)強(qiáng)度b的大小 第42講 考向互動探究 第42講 考向互動探究 第42講 考向互動探究 點評 解決 帶電粒子先進(jìn)入電場再進(jìn)入磁場或先進(jìn)入磁場后進(jìn)入電場 一類問題的基本方法是 在電場中 運(yùn)用類平拋運(yùn)動的規(guī)律 垂直電場強(qiáng)度方向做勻速運(yùn)動 沿電場強(qiáng)度方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動 在磁場運(yùn)動時 先定出圓心和半徑 再根據(jù)洛倫茲力提供向心力的規(guī)律列方程 最后解方程 第42講 考向互動探究 變式題 2011 全國卷 如圖42 2所示 與水平面成45 角的平面mn將空間分成 和 兩個區(qū)域 一質(zhì)量為m 電荷量為q q 0 的粒子以速度v0從平面mn上的p0點水平向右射入 區(qū) 粒子在 區(qū)運(yùn)動時 只受到大小不變 方向豎直向下的電場作用 電場強(qiáng)度大小為e 在 區(qū)運(yùn)動時 只受到勻強(qiáng)磁場的作用 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b 方向垂直于紙面向里 求粒子首次從 區(qū)離開時到出發(fā)點p0的距離 粒子的重力可以忽略 第42講 考向互動探究 第42講 考向互動探究 第42講 考向互動探究 第42講 考向互動探究 2 運(yùn)動分析 當(dāng)所受合力為零時 帶電粒子將處于靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài) 當(dāng)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動時 合外力提供向心力 當(dāng)所受合力大小與方向均變化時 帶電粒子將做非勻變速曲線運(yùn)動 3 畫出軌跡圖 在畫圖的基礎(chǔ)上注意運(yùn)用幾何知識尋找關(guān)系 4 巧選力學(xué)規(guī)律 帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動問題的分析方法和力學(xué)問題的分析方法基本相同 可利用動力學(xué)觀點 能量觀點來分析 第42講 考向互動探究 動力學(xué)觀點 根據(jù)帶電粒子受力情況 運(yùn)用牛頓第二定律并結(jié)合運(yùn)動學(xué)規(guī)律求解 能量觀點 根據(jù)場力及其他外力對帶電粒子做功引起的能量變化或全過程中的功能關(guān)系 可確定帶電粒子的運(yùn)動情況 該法不僅適用于均勻場 也適用于非均勻場 要注意電場力和重力對帶電體做的功與路徑無關(guān) 而磁場力對帶電體不做功 第42講 考向互動探究 例2 2011 安徽卷 如圖42 3所示 在以坐標(biāo)原點o為圓心 半徑為r的半圓形區(qū)域內(nèi) 有相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度為b 磁場方向垂直于xoy平面向里 一帶正電的粒子 不計重力 從o點沿y軸正方向以某一速度射入 帶電粒子恰好做勻速直線運(yùn)動 經(jīng)t0時間從p點射出 1 求電場強(qiáng)度的大小和方向 2 若僅撤去磁場 帶電粒子仍從o點以相同的速度射入 經(jīng)時間恰從半圓形區(qū)域的邊界射出 求粒子運(yùn)動加速度的大小 3 若僅撤去電場 帶電粒子仍從o點射入 且速度為原來的4倍 求粒子在磁場中運(yùn)動的時間 第42講 考向互動探究 方法點撥 對于帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動問題 首先進(jìn)行受力分析 同時結(jié)合定量運(yùn)算確定好各力之間的大小關(guān)系 并據(jù)此確定粒子的運(yùn)動規(guī)律 在此類問題的分析中 注意以下幾點是順利解題的關(guān)鍵 第一 定量計算 包括帶電粒子運(yùn)動半徑 周期 粒子受力大小 空間幾何關(guān)系的計算 第二 準(zhǔn)確作圖 能使問題變得直觀易解 第三 記住一些必要的結(jié)論 第42講 考向互動探究 第42講 考向互動探究 第42講 考向互動探究 變式題 2011 瀘州一模 如圖42 4所示 在空間范圍足夠大的區(qū)域內(nèi)存在著水平向右的勻強(qiáng)電場和垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場 一段光滑且絕緣的圓弧軌道ac固定在復(fù)合場內(nèi) 其圓心為o點 半徑r 45m oa連線在豎直方向上 ac弧對應(yīng)的圓心角 37 有一質(zhì)量m 3 6 10 4kg 電荷量大小q 9 0 10 6c的帶電小球以v0 20m s的初速度沿水平方向從a點射入圓弧軌道 從c點離開軌道后 做勻速直線運(yùn)動 不計空氣阻力 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 1 請分析判斷小球是帶正電還是帶負(fù)電 2 求勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小 3 求小球在圓弧軌道a點時對軌道的壓力 第42講 考向互動探究 答案 1 正電 2 3 102v m 3 3 2 10 3n 第42講 考向互動探究 第42講 考向互動探究 探究考向三帶電粒子在磁