高考物理大一輪復(fù)習(xí)第九章磁場（第2課時）磁場對運(yùn)動電荷的作用課件.ppt

第2課時磁場對運(yùn)動電荷的作用,回扣教材,考點(diǎn)掃描,真題在線,回扣教材梳理知識夯基礎(chǔ),知識整合,一、洛倫茲力1.大小(1)vB時,洛倫茲力F=.(2)vB時,洛倫茲力F=.(3)v=0時,洛倫茲力F=0.(4)v與B夾角為時,洛倫茲力F=.,0,qvB,qvBsin,2.方向(1)判定方法左手定則的主要內(nèi)容:掌心磁感線垂直穿入掌心;四指指向運(yùn)動的方向或運(yùn)動的反方向;大拇指指向的方向.如圖,表示運(yùn)動的方向或運(yùn)動的反方向,表示的方向,表示的方向.,(2)方向特點(diǎn)FB,Fv.即F垂直于B,v決定的.(注意B和v可以有任意夾角),正電荷,負(fù)電荷,洛倫茲力,正電荷,負(fù)電荷,磁場,洛倫茲力,平面,二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動1.洛倫茲力的特點(diǎn):洛倫茲力不改變帶電粒子速度的,或者說,洛倫茲力對帶電粒子.2.粒子的運(yùn)動性質(zhì)(1)若v0B,則粒子,在磁場中做.(2)若v0B,則帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做.如圖,帶電粒子在磁場中,中粒子做運(yùn)動,中粒子做運(yùn)動,中粒子做運(yùn)動.,大小,不做功,不受洛倫茲力,勻速直線運(yùn)動,勻速圓周運(yùn)動,勻速圓周,勻速直線,勻速圓周,(1)由qvB=,得r=.(2)由v=,得T=.,3.半徑和周期公式,問題思考,1.如圖所示,電子的速率v=3.0106m/s,電荷量q=1.610-19C,沿著與磁場垂直的方向射入磁場中.,選修3-1P95圖3.5-1,(1)根據(jù)圖中磁場的方向,由左手定則判斷電子受到的洛倫茲力的方向是怎樣的?(2)若磁場為B=0.2T的勻強(qiáng)磁場,電子受到的洛倫茲力為多大?,解析:(1)由左手定則可知,電子受到的洛倫茲力是向下的.,(2)電子受到的洛倫茲力的大小F=qvB=9.610-14N.,答案:(1)向下(2)9.610-14N,2.電子以v=1.6106m/s的速度在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動,如圖所示.勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.010-4T,電子的質(zhì)量m=9.010-31kg.,選修3-1P99圖3.6-2,(1)電子受到的洛倫茲力是多大?電子做勻速圓周運(yùn)動的向心力是多大?(2)電子做勻速圓周運(yùn)動的半徑r是多大?(3)電子做勻速圓周運(yùn)動的周期T是多大?,解析:(1)電子受到的洛倫茲力是F=qvB=5.1210-17N.電子做勻速圓周運(yùn)動的向心力由洛倫茲力提供,即5.1210-17N.,答案:(1)5.1210-17N5.1210-17N(2)4.510-2m(3)1.810-7s,考點(diǎn)掃描重點(diǎn)透析通熱點(diǎn),考點(diǎn)一對洛倫茲力的理解,要點(diǎn)透析,1.洛倫茲力的特點(diǎn)(1)洛倫茲力的方向總是垂直于運(yùn)動電荷速度方向和磁場方向確定的平面.(2)當(dāng)電荷運(yùn)動方向發(fā)生變化時,洛倫茲力的方向也隨之變化.(3)運(yùn)動電荷在磁場中不一定受洛倫茲力的作用.,2.洛倫茲力與電場力的比較,典例突破,解析:當(dāng)桌面右邊存在磁場時,由左手定則可知,帶正電的小球在飛行過程中受到斜向右上方的洛倫茲力作用,此力在水平方向上的分量向右,豎直分量向上,因此小球水平方向上存在加速度,豎直方向上的加速度at2,x1x2,A,B正確;又因?yàn)槁鍌惼澚Σ蛔龉?故C正確;兩次小球著地時速度方向不同,D錯誤.,【例1】(多選)一個帶正電的小球沿光滑絕緣的桌面向右運(yùn)動,速度方向垂直于一個水平向里的勻強(qiáng)磁場,如圖所示,小球飛離桌面后落到地板上,設(shè)飛行時間為t1,水平射程為x1,著地速度為v1.撤去磁場,其余的條件不變,小球飛行時間為t2,水平射程為x2,著地速度為v2,則下列正確的是(),答案:ABC,A.x1x2B.t1t2C.v1和v2大小相等D.v1和v2方向相同,題后反思洛倫茲力的作用洛倫茲力不做功,但可以使電荷的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化.因此,在洛倫茲力參與下的運(yùn)動中一定要注意洛倫茲力的這種作用,如在洛倫茲力參與下無束縛的直線運(yùn)動,一定是勻速直線運(yùn)動.,1.洛倫茲力的方向判斷雷雨天氣會經(jīng)常發(fā)生閃電擊中建筑物的情況.假設(shè)發(fā)生閃電的云層帶負(fù)電,則在閃電瞬間,電子受到地磁場在水平方向的作用力方向是()A.向東B.向南C.向西D.向北,即時鞏固,解析:閃電發(fā)生時,電子運(yùn)動方向向下,又因地磁場有水平向北的分量,用左手定則判斷電子受到的洛倫茲力向西,故C正確.,C,2.導(dǎo)學(xué)號00622594洛倫茲力作用下的直線運(yùn)動如圖所示,表面粗糙的斜面固定于地面上,并處于方向垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,質(zhì)量為m、帶電荷量為+Q的小滑塊從斜面頂端由靜止下滑.在滑塊下滑的過程中,下列判斷正確的是(),C,解析:小滑塊向下運(yùn)動的過程中受到重力、支持力、垂直斜面向下的洛倫茲力、摩擦力,向下運(yùn)動的過程中,速度增大,洛倫茲力增大,支持力增大,滑動摩擦力增大,故選項(xiàng)A錯誤,C正確;B的大小不同,洛倫茲力大小不同,導(dǎo)致滑動摩擦力大小不同,根據(jù)動能定理,摩擦力做功不同,到達(dá)底端的動能不同,故選項(xiàng)B錯誤;滑塊之所以開始運(yùn)動,是因?yàn)橹亓ρ匦泵娴姆至Υ笥谀Σ亮?B很大時,一旦運(yùn)動,不會停止,最終做勻速直線運(yùn)動,故D錯誤.,A.滑塊受到的摩擦力不變B.滑塊到達(dá)地面時的動能與B的大小無關(guān)C.滑塊受到的洛倫茲力方向垂直斜面向下D.B很大時,滑塊可能靜止于斜面上,考點(diǎn)二帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動,要點(diǎn)透析,1.圓心的確定(1)由兩點(diǎn)和兩線確定圓心,畫出帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動軌跡,確定帶電粒子運(yùn)動軌跡上的兩個特殊點(diǎn)(一般是射入和射出磁場時的兩點(diǎn)),過這兩點(diǎn)作帶電粒子運(yùn)動方向的垂線(這兩垂線即為粒子在這兩點(diǎn)所受洛倫茲力的方向),則兩垂線的交點(diǎn)就是圓心,如圖(a)所示.(2)若已知兩點(diǎn)且知過其中一個點(diǎn)的粒子運(yùn)動方向,則除過已知運(yùn)動方向的該點(diǎn)作垂線外,還要將這兩點(diǎn)相連作弦,再作弦的中垂線,兩垂線交點(diǎn)就是圓心,如圖(b)所示.,(3)若只已知一個點(diǎn)及運(yùn)動方向,也知另外某時刻的速度方向,但不確定該速度方向所在的點(diǎn),如圖(c)所示,此時要將其中一速度的延長線與另一速度的反向延長線相交成一角(PAM),畫出該角的角平分線,它與已知點(diǎn)的速度的垂線交于點(diǎn)O,該點(diǎn)就是圓心.,3.圓心角與時間的確定(1)速度的偏向角=圓弧所對應(yīng)的圓心角(回旋角)=2(為弦切角),如圖(d)所示.,多維突破,高考題型1,帶電粒子在直線邊界磁場中的運(yùn)動,【例2】(2016全國卷,18)平面OM和平面ON之間的夾角為30,其橫截面(紙面)如圖所示,平面OM上方存在勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于紙面向外.一帶電粒子的質(zhì)量為m,電荷量為q(q0),粒子沿紙面以大小為v的速度從OM的某點(diǎn)向左上方射入磁場,速度與OM成30角,已知該粒子在磁場中的運(yùn)動軌跡與ON只有一個交點(diǎn),并從OM上另一點(diǎn)射出磁場.不計重力.粒子離開磁場的出射點(diǎn)到兩平面交線O的距離為(),核心點(diǎn)撥(1)射入磁場時所受的洛倫茲力方向與速度v垂直斜向右上方.(2)運(yùn)動軌跡與ON只有一個交點(diǎn)的含義是軌跡與ON在交點(diǎn)處相切.,答案:D,題后反思圓周運(yùn)動中有關(guān)對稱的規(guī)律從勻強(qiáng)磁場的直線邊界射入的粒子,若再從此邊界射出,則速度方向與邊界夾角相等.,【針對訓(xùn)練】導(dǎo)學(xué)號00622595(2016湖南長沙模擬)如圖所示,一個理想邊界為PQ,MN的勻強(qiáng)磁場區(qū)域,磁場寬度為d,方向垂直紙面向里.一電子從O點(diǎn)沿紙面垂直PQ以速度v0進(jìn)入磁場.若電子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑為2d.O在MN上,且OO與MN垂直.下列判斷正確的是(),D,A.電子將向右偏轉(zhuǎn)B.電子打在MN上的點(diǎn)與O點(diǎn)的距離為dC.電子打在MN上的點(diǎn)與O點(diǎn)的距離為dD.電子在磁場中運(yùn)動的時間為,高考題型2,帶電粒子在圓形磁場中的運(yùn)動,【例3】(2016全國卷,18)一圓筒處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向與筒的軸平行,筒的橫截面如圖所示.圖中直徑MN的兩端分別開有小孔,筒繞其中心軸以角速度順時針轉(zhuǎn)動.在該截面內(nèi),一帶電粒子從小孔M射入筒內(nèi),射入時的運(yùn)動方向與MN成30角.當(dāng)筒轉(zhuǎn)過90時,該粒子恰好從小孔N飛出圓筒.不計重力.若粒子在筒內(nèi)未與筒壁發(fā)生碰撞,則帶電粒子的比荷為(),核心點(diǎn)撥(1)粒子射出時與徑向夾角為30.(2)射入點(diǎn)的洛倫茲力方向與射入點(diǎn)直徑的夾角為120.,答案:A,題后反思帶電粒子在圓形磁場中入射方式類型(1)沿徑向射入(必沿徑向射出).(2)平行徑向射入.(3)與徑向成一定角度射入(與徑向成相同角度射出).,B,A.60B.120C.150D.30,解析:由左手定則知粒子進(jìn)入磁場后向左偏轉(zhuǎn),由qvB=,得r=R,運(yùn)動軌跡如圖所示.OAD和ODC都是等邊三角形,所以AOC=120,帶電粒子從磁場射出時與射入時運(yùn)動方向的夾角也是120,選項(xiàng)B正確.,拓展題型1,帶電粒子在半圓形磁場中的運(yùn)動,【例4】如圖所示,長方形abcd長ad=0.6m,寬ab=0.3m,O,e分別是ad,bc的中點(diǎn),以ad為直徑的半圓內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(邊界上無磁場),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.25T.一群不計重力、質(zhì)量m=310-7kg、電荷量q=+210-3C的帶電粒子,以速度v=5102m/s沿垂直ad方向且垂直于磁場射入磁場區(qū)域,不考慮粒子間的相互作用.某帶電粒子從O點(diǎn)射入,求該粒子從長方形abcd射出的位置.,答案:射出點(diǎn)在bc邊上且距b點(diǎn)0.08m,【針對訓(xùn)練】導(dǎo)學(xué)號00622597(多選)如圖所示,以O(shè)為圓心、MN為直徑的圓的左半部分內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,三個不計重力、質(zhì)量相同、帶電荷量相同的帶正電粒子a,b和c以相同的速率分別沿aO,bO和cO方向垂直于磁場射入磁場區(qū)域,已知bO垂直MN,aO,cO和bO的夾角都為30,a,b,c三個粒子從射入磁場到射出磁場所用時間分別為ta,tb,tc,則下列給出的時間關(guān)系可能正確的是(),AD,A.tatbtcC.ta=tbtcD.ta=tb=tc,拓展題型2,帶電粒子在三角形磁場中的運(yùn)動,【例5】(多選)如圖所示,直角三角形ABC區(qū)域中存在一勻強(qiáng)磁場,比荷相同的兩個粒子(不計重力)沿AB方向射入磁場,分別從AC邊上的P,Q兩點(diǎn)射出,則()A.從P點(diǎn)射出的粒子速度大B.從Q點(diǎn)射出的粒子速度大C.從Q點(diǎn)射出的粒子在磁場中運(yùn)動的時間長D.兩個粒子在磁場中運(yùn)動的時間一樣長,【審題指導(dǎo)】,答案:BD,【針對訓(xùn)練】導(dǎo)學(xué)號00622598如圖所示,直角三角形OAD區(qū)域內(nèi)存在方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,D=30,C為AD的中點(diǎn).現(xiàn)有比荷相同的兩個分別帶正、負(fù)電的粒子(不計重力)沿OC方向同時從O點(diǎn)射入磁場.下列說法正確的是(),C,A.若有一個粒子從OA邊射出磁場,則另一個粒子一定從OD邊射出磁場B.若有一個粒子從OD邊射出磁場,則另一個粒子一定從CA邊射出磁場C.若兩個粒子分別從A,D兩點(diǎn)射出磁場,則它們在磁場中運(yùn)動的時間之比為21D.若兩個粒子分別從A,D兩點(diǎn)射出磁場,則它們在磁場中運(yùn)動的軌道半徑之比為1,考點(diǎn)三帶電粒子在有界磁場中運(yùn)動的臨界極值問題,要點(diǎn)透析,1.動態(tài)放縮法粒子源發(fā)射速度方向一定、大小不同的帶電粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時,這些帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的軌跡半徑隨速度的變化而變化,如圖所示(圖中只畫出粒子帶正電的情景),速度v0越大,運(yùn)動半徑也越大.可以發(fā)現(xiàn)這些帶電粒子射入磁場后,它們運(yùn)動軌跡的圓心在垂直速度方向的直線PP上.由此可得到一種確定臨界條件的方法:可以以入射點(diǎn)P為定點(diǎn),圓心位于PP直線上,將半徑放縮作軌跡,從而探索出臨界條件,這種方法稱為“放縮法”.,2.定圓旋轉(zhuǎn)法當(dāng)帶電粒子射入磁場時的速度v大小一定,但射入的方向變化時,粒子做圓周運(yùn)動的軌跡半徑R是確定的.在確定粒子運(yùn)動的臨界情景時,可以以入射點(diǎn)為定點(diǎn),將軌跡圓旋轉(zhuǎn),作出一系列軌跡,從而探索出臨界條件.如圖所示為粒子進(jìn)入單邊界磁場時的情景.,A.粒子不可能打到A點(diǎn)B.以=60飛入的粒子在磁場中運(yùn)動時間最短C.以a,x=a,xa三種情況討論.,題后反思多解問題求解關(guān)鍵在條件不明時,要分情況進(jìn)行討論,不能漏解.分析時,要畫出粒子運(yùn)動的軌跡,根據(jù)幾何關(guān)系得到粒子運(yùn)動的半徑與OP距離的關(guān)系是解題的關(guān)鍵.,1.臨界狀態(tài)不唯一帶來的多解(多選)長為L的水平極板間,有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,板間距離為L,板不帶電,現(xiàn)有質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子(重力不計),從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁場以速度v水平入射,如圖所示,欲使粒子不打在極板上,可采用的方法是(),即時鞏固,AB,2.導(dǎo)學(xué)號00622600運(yùn)動方向不明確帶來的多解如圖所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中有一個粒子源S,能在圖示紙面上360范圍內(nèi)向各個方向發(fā)射速率相等的質(zhì)量為m、帶電荷量為e的電子.若電子的發(fā)射速率為v=,從點(diǎn)S射出后要擊中相距L的O點(diǎn),則點(diǎn)S處電子的射出方向與OS的夾角為多少?從S到點(diǎn)O的時間為多少?,答案:見解析,真題在線體驗(yàn)高考提素能,1.(2015全國卷,19)(多選)有兩個勻強(qiáng)磁場區(qū)域和,中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是中的k倍,兩個速率相同的電子分別在兩磁場區(qū)域做圓周運(yùn)動.與中運(yùn)動的電子相比,中的電子()A.運(yùn)動軌跡的半徑是中的k倍B.加速度的大小是中的k倍C.做圓周運(yùn)動的周期是中的k倍D.做圓周運(yùn)動的角速度與中的相等,AC,2.(2014全國卷,16)如圖,MN為鋁質(zhì)薄平板,鋁板上方和下方分別有垂直于圖平面的勻強(qiáng)磁場(未畫出).一帶電粒子從緊貼鋁板上表面的P點(diǎn)垂直于鋁板