高考物理大一輪復習第九章磁場（第2課時）磁場對運動電荷的作用課件.ppt

第2課時磁場對運動電荷的作用,回扣教材,考點掃描,真題在線,回扣教材梳理知識夯基礎,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容:掌心磁感線垂直穿入掌心;四指指向運動的方向或運動的反方向;大拇指指向的方向.如圖,表示運動的方向或運動的反方向,表示的方向,表示的方向.,(2)方向特點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,負電荷,洛倫茲力,正電荷,負電荷,磁場,洛倫茲力,平面,二、帶電粒子在勻強磁場中的運動1.洛倫茲力的特點: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.粒子的運動性質(1)若v0B,則粒子,在磁場中做.(2)若v0B,則帶電粒子在勻強磁場中做.如圖,帶電粒子在磁場中,中粒子做運動,中粒子做運動,中粒子做運動.,大小,不做功,不受洛倫茲力,勻速直線運動,勻速圓周運動,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的速度在勻強磁場中做勻速圓周運動,如圖所示.勻強磁場的磁感應強度B=2.010-4T,電子的質量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?電子做勻速圓周運動的向心力是多大?(2)電子做勻速圓周運動的半徑r是多大?(3)電子做勻速圓周運動的周期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,考點掃描重點透析通熱點,考點一對洛倫茲力的理解,要點透析,1.洛倫茲力的特點(1)洛倫茲力的方向總是垂直于運動電荷速度方向和磁場方向確定的平面.(2)當電荷運動方向發(fā)生變化時,洛倫茲力的方向也隨之變化.(3)運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;又因為洛倫茲力不做功,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動,速度方向垂直于一個水平向里的勻強磁場,如圖所示,小球飛離桌面后落到地板上,設飛行時間為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,但可以使電荷的運動狀態(tài)發(fā)生變化.因此,在洛倫茲力參與下的運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動,一定是勻速直線運動.,1.洛倫茲力的方向判斷雷雨天氣會經常發(fā)生閃電擊中建筑物的情況.假設發(fā)生閃電的云層帶負電,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.導學號00622594洛倫茲力作用下的直線運動如圖所示,表面粗糙的斜面固定于地面上,并處于方向垂直紙面向外、磁感應強度為B的勻強磁場中,質量為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A錯誤,C正確;B的大小不同,洛倫茲力大小不同,導致滑動摩擦力大小不同,根據動能定理,摩擦力做功不同,到達底端的動能不同,故選項B錯誤;滑塊之所以開始運動,是因為重力沿斜面的分力大于摩擦力,B很大時,一旦運動,不會停止,最終做勻速直線運動,故D錯誤.,A.滑塊受到的摩擦力不變B.滑塊到達地面時的動能與B的大小無關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,考點二帶電粒子在有界勻強磁場中的運動,要點透析,1.圓心的確定(1)由兩點和兩線確定圓心,畫出帶電粒子在勻強磁場中的運動軌跡,確定帶電粒子運動軌跡上的兩個特殊點(一般是射入和射出磁場時的兩點),過這兩點作帶電粒子運動方向的垂線(這兩垂線即為粒子在這兩點所受洛倫茲力的方向),則兩垂線的交點就是圓心,如圖(a)所示.(2)若已知兩點且知過其中一個點的粒子運動方向,則除過已知運動方向的該點作垂線外,還要將這兩點相連作弦,再作弦的中垂線,兩垂線交點就是圓心,如圖(b)所示.,(3)若只已知一個點及運動方向,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,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,它與已知點的速度的垂線交于點O,該點就是圓心.,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上方存在勻強磁場,磁感應強度大小為B,方向垂直于紙面向外.一帶電粒子的質量為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動軌跡與ON只有一個交點,并從OM上另一點射出磁場.不計重力.粒子離開磁場的出射點到兩平面交線O的距離為(),核心點撥(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)運動軌跡與ON只有一個交點的含義是軌跡與ON在交點處相切.,答案:D,題后反思圓周運動中有關對稱的規(guī)律從勻強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.,【針對訓練】導學號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點沿紙面垂直PQ以速度v0進入磁場.若電子在磁場中運動的軌道半徑為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B.電子打在MN上的點與O點的距離為dC.電子打在MN上的點與O點的距離為dD.電子在磁場中運動的時間為,高考題型2,帶電粒子在圓形磁場中的運動,【例3】(2016全國卷,18)一圓筒處于磁感應強度大小為B的勻強磁場中,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動.在該截面內,一帶電粒子從小孔M射入筒內,射入時的運動方向與MN成30角.當筒轉過90時,該粒子恰好從小孔N飛出圓筒.不計重力.若粒子在筒內未與筒壁發(fā)生碰撞,則帶電粒子的比荷為(),核心點撥(1)粒子射出時與徑向夾角為30.(2)射入點的洛倫茲力方向與射入點直徑的夾角為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入磁場后向左偏轉,由qvB=,得r=R,運動軌跡如圖所示.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動方向的夾角也是120,選項B正確.,拓展題型1,帶電粒子在半圓形磁場中的運動,【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,以ad為直徑的半圓內有垂直于紙面向里的勻強磁場(邊界上無磁場),磁感應強度B=0.25T.一群不計重力、質量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點射入,求該粒子從長方形abcd射出的位置.,答案:射出點在bc邊上且距b點0.08m,【針對訓練】導學號00622597(多選)如圖所示,以O為圓心、MN為直徑的圓的左半部分內有垂直紙面向里的勻強磁場,三個不計重力、質量相同、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動,【例5】(多選)如圖所示,直角三角形ABC區(qū)域中存在一勻強磁場,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兩點射出,則()A.從P點射出的粒子速度大B.從Q點射出的粒子速度大C.從Q點射出的粒子在磁場中運動的時間長D.兩個粒子在磁場中運動的時間一樣長,【審題指導】,答案:BD,【針對訓練】導學號00622598如圖所示,直角三角形OAD區(qū)域內存在方向垂直紙面向外的勻強磁場,D=30,C為AD的中點.現有比荷相同的兩個分別帶正、負電的粒子(不計重力)沿OC方向同時從O點射入磁場.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兩點射出磁場,則它們在磁場中運動的時間之比為21D.若兩個粒子分別從A,D兩點射出磁場,則它們在磁場中運動的軌道半徑之比為1,考點三帶電粒子在有界磁場中運動的臨界極值問題,要點透析,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入勻強磁場時,這些帶電粒子在磁場中做勻速圓周運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,運動半徑也越大.可以發(fā)現這些帶電粒子射入磁場后,它們運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P為定點,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.定圓旋轉法當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,粒子做圓周運動的軌跡半徑R是確定的.在確定粒子運動的臨界情景時,可以以入射點為定點,將軌跡圓旋轉,作出一系列軌跡,從而探索出臨界條件.如圖所示為粒子進入單邊界磁場時的情景.,A.粒子不可能打到A點B.以=60飛入的粒子在磁場中運動時間最短C.以a,x=a,xa三種情況討論.,題后反思多解問題求解關鍵在條件不明時,要分情況進行討論,不能漏解.分析時,要畫出粒子運動的軌跡,根據幾何關系得到粒子運動的半徑與OP距離的關系是解題的關鍵.,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磁場,磁感應強度為B,板間距離為L,板不帶電,現有質量為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.導學號00622600運動方向不明確帶來的多解如圖所示,磁感應強度為B垂直紙面向里的勻強磁場中有一個粒子源S,能在圖示紙面上360范圍內向各個方向發(fā)射速率相等的質量為m、帶電荷量為e的電子.若電子的發(fā)射速率為v=,從點S射出后要擊中相距L的O點,則點S處電子的射出方向與OS的夾角為多少?從S到點O的時間為多少?,答案:見解析,真題在線體驗高考提素能,1.(2015全國卷,19)(多選)有兩個勻強磁場區(qū)域和,中的磁感應強度是中的k倍,兩個速率相同的電子分別在兩磁場區(qū)域做圓周運動.與中運動的電子相比,中的電子()A.運動軌跡的半徑是中的k倍B.加速度的大小是中的k倍C.做圓周運動的周期是中的k倍D.做圓周運動的角速度與中的相等,AC,2.(2014全國卷,16)如圖,MN為鋁質薄平板,鋁板上方和下方分別有垂直于圖平面的勻強磁場(未畫出).一帶電粒子從緊貼鋁板上表面的P點垂直于鋁板