高中物理 第5章磁場(chǎng)與回旋加速器課時(shí)講練通課件 滬科選修31

1、2021/8/11 星期三12021/8/11 星期三2 考點(diǎn)一:安培力大小的計(jì)算1.(2010上海高考)如圖，長(zhǎng)為2l的直導(dǎo)線拆成邊長(zhǎng)相等，夾角為60的V形，并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為I的電流時(shí)，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為( )A.0 B.0.5BIl C.BIl D.2BIl【解析】選C.導(dǎo)線有效長(zhǎng)度為2lsin30=l，所以該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為BIl，C對(duì).2021/8/11 星期三32.(2009全國(guó)高考)如圖，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，且與磁場(chǎng)方向(垂直于紙面向里)垂直.線段ab、bc和

2、cd的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)，且abc=bcd=135.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示.導(dǎo)線段abcd所受到的磁場(chǎng)的作用力的合力( )2021/8/11 星期三4A.方向沿紙面向上，大小為( +1)IBLB.方向沿紙面向上，大小為( -1)IBLC.方向沿紙面向下，大小為( +1)IBLD.方向沿紙面向下，大小為( -1)IBL【解析】選A.該導(dǎo)線可以用a和d之間的直導(dǎo)線長(zhǎng)為( +1)L來(lái)等效代替,根據(jù)F=BIL,可知大小為( +1)BIL,方向根據(jù)左手定則判定沿紙面向上.A正確.2021/8/11 星期三53.(2009海南高考)一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定.導(dǎo)線中通有電流,方向如圖中箭頭所

3、示.當(dāng)沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí),導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個(gè)圖示中正確的是( )2021/8/11 星期三6【解析】選D.A圖中導(dǎo)線不受力，故它不會(huì)彎曲，A錯(cuò)；B圖中導(dǎo)線受到垂直紙面向里的安培力，它不會(huì)向右彎曲，B錯(cuò)；C中導(dǎo)線受到水平向右的安培力，導(dǎo)線不會(huì)向左彎曲，C錯(cuò)；D中導(dǎo)線受到水平向右的安培力，故它向右彎曲，D對(duì).2021/8/11 星期三74.(2009重慶高考)在如圖所示電路中，電池均相同，當(dāng)電鍵S分別置于a、b兩處時(shí)，導(dǎo)線MM與NN之間的安培力的大小分別為Fa、Fb，可判斷這兩段導(dǎo)線( )A.相互吸引，F(xiàn)aFb B.相互排斥，F(xiàn)

4、aFbC.相互吸引，F(xiàn)aFb D.相互排斥，F(xiàn)aFb2021/8/11 星期三8【解析】選D.電鍵S閉合后，MM、NN中產(chǎn)生平行反向電流，據(jù)安培定則和左手定則可知，兩導(dǎo)線相互排斥，A、C錯(cuò).電鍵S置于b處時(shí)，兩段導(dǎo)線中的電流較大，導(dǎo)線產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，對(duì)另一導(dǎo)線產(chǎn)生較大的安培斥力，即Fa.三個(gè)質(zhì)子經(jīng)過(guò)附加磁場(chǎng)區(qū)域后能達(dá)到同一點(diǎn)S，則下列說(shuō)法中正確的有( )2021/8/11 星期三152021/8/11 星期三16A.三個(gè)質(zhì)子從S運(yùn)動(dòng)到S的時(shí)間相等B.三個(gè)質(zhì)子在附加磁場(chǎng)以外區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心均在OO軸上C.若撤去附加磁場(chǎng)，a到達(dá)SS連線上的位置距S點(diǎn)最近D.附加磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同2

5、021/8/11 星期三17【解析】選C、D.三個(gè)質(zhì)子從S運(yùn)動(dòng)到S過(guò)程，運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)度從a、b、c依次增大，由于洛倫茲力對(duì)質(zhì)子不做功，三個(gè)質(zhì)子速度大小始終相等，運(yùn)動(dòng)時(shí)間不相等，A錯(cuò)誤；三個(gè)質(zhì)子在附加磁場(chǎng)以外區(qū)域及附加磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)，以質(zhì)子b為例畫(huà)出其運(yùn)動(dòng)軌跡圖兩種情況(Rr和Rr)如圖所示.2021/8/11 星期三18由圖可以看出質(zhì)子b的運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心不在OO軸上，所以B錯(cuò)誤；用作圖法可知，若撤去附加磁場(chǎng)，a到達(dá)SS連線上的位置距S點(diǎn)距離為xa=2Rsin( -)=2Rcos，b到達(dá)SS連線上的位置距S點(diǎn)距離為xb=2R，c到達(dá)SS連線上的位置距S點(diǎn)距離為xc=2Rsin( -)=2Rcos

6、，可知a到達(dá)SS連線上的位置距S點(diǎn)最近，C正確；因b要增大曲率，才能使到達(dá)SS連線上的位置向S點(diǎn)靠近，所以附加磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同，D正確.2021/8/11 星期三198.(2009安徽高考)下圖是科學(xué)史上一張著名的實(shí)驗(yàn)照片，顯示一個(gè)帶電粒子在云室中穿過(guò)某種金屬板運(yùn)動(dòng)的徑跡.云室放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直照片向里.云室中橫放的金屬板對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用.分析此徑跡可知粒子( )A.帶正電，由下往上運(yùn)動(dòng)B.帶正電，由上往下運(yùn)動(dòng)C.帶負(fù)電，由上往下運(yùn)動(dòng)D.帶負(fù)電，由下往上運(yùn)動(dòng)2021/8/11 星期三20【解析】選A.粒子穿過(guò)金屬板后，速度變小，由半徑公式r= 可知，半徑變小，粒子運(yùn)動(dòng)

7、方向?yàn)橛上孪蛏?；又由于洛倫茲力的方向指向圓心，由左手定則，粒子帶正電，A正確.2021/8/11 星期三219.(2010新課標(biāo)全國(guó)卷)如圖所示，在0 x a、0 y 范圍內(nèi)有垂直于xy平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.坐標(biāo)原點(diǎn)O處有一個(gè)粒子源，在某時(shí)刻發(fā)射大量質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子，它們的速度大小相同，速度方向均在xy平面內(nèi)，與y軸正方向的夾角分布在090范圍內(nèi).已知粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑介于a/2到a之間，從發(fā)射粒子到粒子全部離開(kāi)磁場(chǎng)經(jīng)歷的時(shí)間恰好為粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)周期的四分之一.求最后離開(kāi)磁場(chǎng)的粒子從粒子源射出時(shí)的2021/8/11 星期三22(1)速度的大小

8、；(2)速度方向與y軸正方向夾角的正弦.2021/8/11 星期三23【解析】(1)設(shè)粒子的發(fā)射速度為v，粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R，由牛頓第二定律和洛倫茲力公式，得： (2分)由解得：R= (1分)2021/8/11 星期三24畫(huà)出沿+y方向以a/2為半徑做勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，再畫(huà)出從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿與y軸正方向成一定夾角以半徑R0(a/2R0a)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)且圓弧軌跡與磁場(chǎng)上邊界相切時(shí)的臨界軌跡，然后將臨界軌跡以O(shè)為圓心順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，根據(jù)在磁場(chǎng)中的軌跡線的長(zhǎng)度即可判斷運(yùn)動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短，如下圖所示.從圖中不難看出臨界軌跡對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng).2021/8/11 星期三252021/8

9、/11 星期三26當(dāng) R0表示電場(chǎng)方向豎直向上.t=0時(shí)，一帶正電、質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的N1點(diǎn)以水平速度v射入該區(qū)域，沿直線運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)后，做一次完整的圓周運(yùn)動(dòng)，再沿直線運(yùn)動(dòng)到右邊界上的N2點(diǎn).Q為線段N1N2的中點(diǎn)，重力加速度為g.上述d、E0、m、v、g為已知量.2021/8/11 星期三40(1)求微粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；(2)求電場(chǎng)變化的周期T；(3)改變寬度d，使微粒仍能按上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程通過(guò)相應(yīng)寬度的區(qū)域，求T的最小值.2021/8/11 星期三41【解析】(1)微粒做直線運(yùn)動(dòng)，則mg+qE0=qvB 微粒做圓周運(yùn)動(dòng)，則mg=qE0 聯(lián)立式解得 2021/8/11 星

10、期三42(2)設(shè)微粒從N1運(yùn)動(dòng)到Q的時(shí)間為t1，做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為t2，則 qvB= 2R=vt2 聯(lián)立式解得 電場(chǎng)變化的周期T=t1+t2= 2021/8/11 星期三43答案:2021/8/11 星期三4415.(2010山東高考)如圖所示，以兩虛線為邊界，中間存在平行紙面且與邊界垂直的水平電場(chǎng)，寬度為d，兩側(cè)為相同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直紙面向里.一質(zhì)量為m、帶電量+q、重力不計(jì)的帶電粒子，以初速度v1垂直邊界射入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，后進(jìn)入電場(chǎng)做勻加速運(yùn)動(dòng)，然后第二次進(jìn)入磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，此后粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中交替運(yùn)動(dòng).已知粒子第二次在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑是第一次的二倍，第三次是第一次的三倍，以此類(lèi)推.求2021/8/11 星期三45(1)粒子第一次經(jīng)過(guò)電場(chǎng)的過(guò)程中電場(chǎng)力所做的功W1.(2)粒子第n次經(jīng)過(guò)電場(chǎng)時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小En.(3)粒子第n次經(jīng)過(guò)電場(chǎng)所用的時(shí)間tn.2021/8/11 星期三46【解析】(1)設(shè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，粒子第n次進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的半徑為Rn，速度為vn，由牛頓第二定律得：qvnB= 由得：vn= 因?yàn)镽2=2R1，所以v2=2v1 對(duì)于粒子第一次在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，由動(dòng)能定理得W1= mv22- mv12 聯(lián)立式解得 2021/8/11 星期三47(2)粒子第n次進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)速度為vn，出電場(chǎng)時(shí)速度為vn+1，有vn=nv1,vn+1=