高考物理复习第九章磁场第2讲磁场对运动电荷的作用市赛课公开课一等奖省名师优质课获奖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,*,*,2019,高考一轮总复习,物理,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,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,第九章 磁 场,第,2,讲磁场对运动电荷作用,1/67,过好双基关,2/67,一、洛伦兹力大小和方向,1.,定义：磁场对,作用力,.,2.,大小,(1),v,B,时，,F,；,(2),v,B,时，,F,；,(3),v,与,B,夹角为,时，,F,.,运动电荷,0,q,v,B,q,v,B,sin,3/67,3.,方向,(1),判定方法：应用左手定则，注意四指应指向正电荷运动方向或负电荷运动反方向；,(2),方向特点：,F,B,，,F,v,.,即,F,垂直于,决定平面,.(,注意,B,和,v,能够有任意夹角,),4.,做功：洛伦兹力,.,B,、,v,不做功,4/67,答案,自测,1,带电荷量为,q,粒子在匀强磁场中运动，以下说法中正确是,A.,只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同,B.,假如把,q,改为,q,，且速度反向、大小不变，则其所受洛伦兹力大,小、方向均不变,C.,洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方,向垂直,D.,粒子在只受洛伦兹力作用下运动动能、速度均不变,5/67,二、带电粒子在匀强磁场中运动,1.,若,v,B,，带电粒子以入射速度,v,做,运动,.,2.,若,v,B,时，带电粒子在垂直于磁感线平面内，以入射速度,v,做,_,_,运动,.,3.,基本公式,(1),向心力公式：,q,v,B,；,(2),轨道半径公式：,r,；,(3),周期公式：,T,.,注意：带电粒子在匀强磁场中运动周期与速率,.,匀速直线,匀速,圆周,无关,6/67,答案,自测,2,(,多项选择,),如图,1,所表示，在匀强磁场中，磁感应强度,B,1,2,B,2,，当不计重力带电粒子从,B,1,磁场区域运动到,B,2,磁场区域时，粒子,A.,速率将加倍,B.,轨迹半径加倍,C.,周期将加倍,D.,做圆周运动角速度将加倍,图,1,7/67,研透命题点,8/67,1.,洛伦兹力特点,(1),利用左手定则判断洛伦兹力方向，注意区分正、负电荷,.,(2),当电荷运动方向发生改变时，洛伦兹力方向也随之改变,.,(3),运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用,.,(4),洛伦兹力一定不做功,.,2.,洛伦兹力与安培力联络及区分,(1),安培力是洛伦兹力宏观表现，二者是相同性质力，都是磁场力,.,(2),安培力能够做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功,.,命题点一对洛伦兹力了解,基础考点自主悟透,9/67,3.,洛伦兹力与电场力比较,洛伦兹力,电场力,产生条件,v,0,且,v,不与,B,平行,电荷处于电场中,大小,F,q,v,B,(,v,B,),F,qE,力方向与场,方向关系,F,B,，,F,v,F,E,做功情况,任何情况下都不做功,可能做功，也可能不做功,10/67,例,1,(,多项选择,),如图,2,所表示为一个质量为,m,、电荷量为,q,圆环，可在水平放置粗糙细杆上自由滑动，细杆处于磁感应强度为,B,匀强磁场中，圆环以初速度,v,0,向右运动直至处于平衡状态，则圆环克服摩擦力做功可能为,答案,解析,图,2,11/67,解析,若圆环所受洛伦兹力等于重力，圆环对粗糙细杆压力为零，摩擦力为零，圆环克服摩擦力做功为零，选项,A,正确；,若圆环所受洛伦兹力不等于重力，圆环对粗糙细杆压力不为零，摩擦力不为零，圆环以初速度,v,0,向右做减速运动,.,若开始圆环所受洛伦兹力小于重力，则一直减速到零，圆环克服摩擦力做功为,选项,B,正确；,12/67,变式,1,(,河南郑州模拟,),在赤道处，将一小球向东水平抛出，落地点为,a,；给小球带上电荷后，仍从同一位置以原来速度水平抛出，考虑地磁场影响，不计空气阻力，以下说法正确是,A.,不论小球带何种电荷，小球仍会落在,a,点,B.,不论小球带何种电荷，小球下落时间都会延长,C.,若小球带负电荷，小球会落在更远,b,点,D.,若小球带正电荷，小球会落在更远,b,点,答案,13/67,变式,2,带电粒子以初速度,v,0,从,a,点垂直,y,轴进入匀强磁场，如图,3,所表示，运动中粒子经过,b,点，,Oa,Ob,.,若撤去磁场加一个与,y,轴平行匀强电场，仍以,v,0,从,a,点垂直,y,轴进入电场，粒子仍能过,b,点，那么电场强度,E,与磁感应强度,B,之比为,答案,解析,图,3,14/67,命题点二带电粒子在有界匀强磁场中圆周运动,能力考点师生共研,基本思绪,图例,说明,圆心确实定,与速度方向垂直直线过圆心,弦垂直平分线过圆心,轨迹圆弧与边界切点法线过圆心,P,、,M,点速度垂线交点,P点速度垂线与弦垂直平分线交点,某点速度垂线与切点法线交点,15/67,半径,确定,利用平面几何知识求半径,惯用解三角形法：例：(左图)R 或由R2L2(Rd)2求得R,运动时间确实定,利用轨迹对应圆心角,或轨迹长度,L,求时间,(1)速度偏转角等于,所正确圆心角,(2)偏转角与弦切角关系：180时，3602,16/67,模型,1,直线边界磁场,直线边界，粒子进出磁场含有对称性,(,如图,4,所表示,),图,4,17/67,例,2,(,全国卷,18),平面,OM,和平面,ON,之间夹角为,30,，其横截面,(,纸面,),如图,5,所表示，平面,OM,上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为,B,，方向垂直于纸面向外,.,一带电粒子质量为,m,，电荷量为,q,(,q,0).,粒子沿纸面以大小为,v,速度从,OM,某点向左上方射入磁场，速度与,OM,成,30,角,.,已知该粒子在磁场中运动轨迹与,ON,只有一个交点，并从,OM,上另一点射出磁场,.,不计重力,.,粒子离开磁场出射点到两平面交线,O,距离为,图,5,答案,解析,18/67,19/67,变式,3,如图,6,所表示，在足够大屏,MN,上方有磁感应强度为,B,匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，,P,为屏上一小孔，,PC,与,MN,垂直，一束质量为,m,、电荷量为,q,粒子,(,不计重力,),以相同速率,v,从,P,处射入磁场区域，粒子入射方向在与磁场垂直平面里，且分散在与,PC,夹角为,范围内，则在屏,MN,上被粒子打中区域长度为,答案,解析,图,6,20/67,21/67,模型,2,平行边界磁场,平行边界存在临界条件,(,如图,7,所表示,),图,7,22/67,图,8,例,3,如图,8,所表示，在屏蔽装置底部中心位置,O,点放一医用放射源，可经过细缝沿扇形区域向外辐射速率为,v,3.2,10,6,m/s,粒子,.,已知屏蔽装置宽,AB,9 cm,，缝长,AD,18 cm,，,粒子质量,m,6.64,10,27,kg,，电荷量,q,3.2,10,19,C.,若在屏蔽装置右侧条形区域内加一匀强磁场来隔离辐射，磁感应强度,B,0.332 T,，方向垂直于纸面向里，,整个装置放于真空环境中,.(,结果可带根号,),(1),若全部,粒子均不能从条形磁场隔离区,右侧穿出，则磁场宽度,d,最少是多少？,答案,解析,23/67,解析,由题意：,AB,9 cm,，,AD,18 cm,，可得,BAO,ODC,45,全部,粒子在磁场中做匀速圆周运动半径相同，设为,R,，依据牛顿第二定律有,解得,R,0.2 m,20 cm.,由题意及几何关系可知：若条形磁场区域右边界与沿,OD,方向进入磁场,粒子圆周轨迹相切，则全部,粒子均不能从条形磁场隔离区右侧穿出，此时磁场宽度最小，如图甲所表示,.,24/67,设此时磁场宽度,d,d,0,，由几何关系得,25/67,(2),若条形磁场宽度,d,20 cm,，则射出屏蔽装置,粒子在磁场中运动最长时间和最短时间各是多少？,解析,答案,26/67,解析,设,粒子在磁场内做匀速圆周运动周期为,T,，则,设速度方向垂直于,AD,进入磁场区域,粒子入射点为,E,，如图乙所表示,.,因磁场宽度,d,20 cm0),带电粒子,(,重力不计,),从,AB,边中心,O,以速度,v,进入磁场，粒子进入磁场时速度方向垂直于磁场且与,AB,边夹角为,60,，若要使粒子能从,AC,边穿出磁场，则匀强磁场磁感应强度大小,B,需满足,答案,解析,图,12,34/67,解析,若粒子刚好到达,C,点时，其运动轨迹与,AC,相切，如图所表示，,35/67,命题点三带电粒子在磁场运动多解问题,能力考点师生共研,类型,分析,图例,带电粒子电性不确定,受洛伦兹力作用带电粒子，可能带正电荷，也可能带负电荷，在相同初速度下，正、负粒子在磁场中运动轨迹不一样，形成多解,如图，带电粒子以速度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b,36/67,磁场方向不确定,在只知道磁感应强度大小，而未详细指出磁感应强度方向，此时必须要考虑磁感应强度方向不确定而形成多解,如图，带正电粒子以速度v垂直进入匀强磁场，若B垂直纸面向里，其轨迹为a，若B垂直纸面向外，其轨迹为b,临界状态不唯一,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，它可能穿过磁场飞出，也可能转过180从入射界面这边反向飞出，于是形成多解,37/67,运动含有周期性,带电粒子在部分是电场、部分是磁场空间运动时，运动往往含有周期性，因而形成多解,38/67,例,6,(,湖北华中师大一附中模拟,),如图,13,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,.,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，不计离子所受重力,.,求：,(1),磁感应强度,B,0,大小,.,答案,解析,图,13,39/67,解析,设垂直于纸面向里磁场方向为正方向,.,40/67,(2),要使正离子从,O,垂直于,N,板射出磁场，正离子射入磁场时速度,v,0,可能值,.,答案,解析,41/67,方向，以大小不一样速率射入正方形内，那么以下说法中正确是,A.,若该带电粒子在磁场中经历时间是,则它一定从,cd,边射出磁场,B.,若该带电粒子在磁场中经历时间是,则它一定从,ad,边射出磁场,C.,若该带电粒子在磁场中经历时间是,则它一定从,bc,边射出磁场,D.,若该带电粒子在磁场中经历时间是,t,0,，则它一定从,ab,边射出磁场,答案,解析,图,14,变式,5,(,多项选择,),如图,14,所表示，垂直于纸面向里匀强磁场分布在正方形,abcd,区域内，,O,点是,cd,边中点,.,一个带正电粒子仅在磁场力作用下，从,O,点沿纸面以垂直于,cd,边速度射入正方形内，经过时间,t,0,后刚好从,c,点射出磁场,.,现设法使该带电粒子从,O,点沿纸面以与,Od,成,30,角,42/67,解析,如图所表示，作出刚好从,ab,边射出轨迹,、刚好从,bc,边射出轨迹,、从,cd,边射出轨迹,和刚好从,ad,边射出轨迹,.,由从,O,点沿纸面以垂直于,cd,边速度射入正方形内，经过时间,t,0,后刚好从,c,点射出磁场可知，带电粒子在磁场中做圆周运动周期是,2,t,0,.,可知，从,ad,边射出磁场经历时间一定小于,从,ab,边射出磁场经历时间一定大于等于,小于,从,bc,边射出磁场经历时间一定大于等于,小于,从,cd,边射出磁场经历时间一定是,综上可知，,A,、,C,正确，,B,、,D,错误,.,43/67,课时作业,44/67,1.,以下说法正确是,A.,运动电荷在磁感应强度不为,0,地方，一定受到洛伦兹力作用,B.,运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处磁感应强度一定为,0,C.,洛伦兹力既不能改变带电粒子动能，也不能改变带电粒子速度,D.,洛伦兹力对带电粒子总不做功,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,双基巩固练,12,45/67,2.,如图,1,为云室中某粒子穿过铅板,P,前后轨迹,.,云室中匀强磁场方向与轨迹所在平面垂直,.,由此可知粒子,A.,一定带正电,B.,一定带负电,C.,不带电,D.,可能带正电，也可能带负电,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,答案,图,1,12,46/67,3.,如图,2,所表示，圆形区域内有垂直纸面匀强磁场，两个质量和电荷量都相同带电粒子,a,、,b,，以不一样速率沿着,AO,方向对准圆心,O,射入磁场，其运动轨迹如图,.,若带电粒子只受洛伦兹力作用，则以下说法正确是,A.,a,粒子速率较大,B.,b,粒子速率较大,C.,b,粒子在磁场中运动时间较长,D.,a,、,b,粒子在磁场中运动时间一样长,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,答案,图,2,12,47/67,4.,如图,3,所表示，长直导线,ab,附近有一带正电荷小球用绝缘丝线悬挂在,M,点,.,当,ab,中通以由,b,a,恒定电流时，以下说法正确是,A.,小球受磁场力作用，方向与导线垂直且垂直纸面向里,B.,小球受磁场力作用，方向与导线垂直且垂直纸面向外,C.,小球受磁场力作用，方向与导线垂直并指向左方,D.,小球不受磁场力作用,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,答案,图,3,12,48/67,A.,向左,B.,向右,C.,垂直纸面向里,D.,垂直纸面向外,5.,如图,4,所表示，一正电荷水平向右射入蹄形磁铁两磁极间,.,此时，该电荷所受洛伦兹力方向是,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,答案,图,4,12,49/67,A.,该匀强磁场方向垂直纸面向里,B.,全部电子在磁场中轨迹相同,C.,速率大于,v,0,电子在磁场中运动时间长,D.,全部电子速度方向都改变了,2,6.(,多项选择,)(,安徽芜湖调研,),如图,5,所表示，虚线上方存在匀强磁场，磁感应强度为,B,；一群电子以不一样速率,v,从边界上,P,点以相同方向射入磁场,.,其中某一速率为,v,0,电子从,Q,点射出,.,已知电子入射方向与边界夹角为,，则由以上条件可判断,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,答案,图,5,12,解析,50/67,解析,由左手定则可知，该匀强磁场方向垂直纸面向里，,A,选项正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,由,可知全部电子在磁场中轨迹不相同，,B,选项错误；,由,所以全部电子在磁场中运动时间都相同，,C,选项错误；,全部电子偏转角度相同，全部电子速度方向都改变了,2,，,D,选项正确,.,综上本题选,A,、,D.,51/67,7.,如图,6,所表示为一圆形区域匀强磁场，在,O,点处有一放射源，沿半径方向射出速率为,v,不一样带电粒子，其中带电粒子,1,从,A,点飞出磁场，带电粒子,2,从,B,点飞出磁场，不考虑带电粒子重力，则,A.,带电粒子,1,比荷与带电粒子,2,比荷比为,3,1,B.,带电粒子,1,比荷与带电粒子,2,比荷比为,C.,带电粒子,1,与带电粒子,2,在磁场中运动时间比为,2,1,D.,带电粒子,1,与带电粒子,2,在磁场中运动时间比为,1,2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,答案,解析,图,6,12,52/67,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,53/67,8.(,多项选择,)(,广东广州模拟,),如图,7,所表示，真空中,xOy,平面内有一束宽度为,d,带正电粒子束沿,x,轴正方向运动，全部粒子为同种粒子，速度大小相等，在第一象限内有一方向垂直,xOy,平面有界匀强磁场区,(,图中未画出,),，全部带电粒子经过磁场偏转后都会聚于,x,轴上,a,点,.,以下说法中正确是,A.,磁场方向一定是垂直,xOy,平面向里,B.,全部粒子经过磁场区时间相同,C.,全部粒子在磁场区运动半径相等,D.,磁场区边界可能是圆，也可能是其它曲线,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,答案,解析,图,7,12,54/67,解析,由题意可知，正粒子经磁场偏转后，都集中于一点,a,，依据左手定则可知，磁场方向垂直平面向外，故,A,错误；,由洛伦兹力提供向心力，可得,而运动时间还与圆心角相关，所以粒子运动时间不等，故,B,错误；,由洛伦兹力提供向心力，可得,因为为同种粒子，且速度大小相等，所以它们运动半径相等，故,C,正确；,全部带电粒子经过磁场偏转后都会聚于,x,轴上,a,点，所以磁场区边界可能是圆，也可能是圆弧，故,D,正确；故选,C,、,D.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,55/67,9.(,多项选择,)(,甘肃平凉质检,),如图,8,所表示，,ABCA,为二分之一圆形有界匀强磁场,.,O,为圆心，,F,、,G,分别为半径,OA,和,OC,中点，,D,、,E,点位于边界圆弧上，且,DF,EG,BO,.,现有三个相同带电粒子,(,不计重力,),以相同速度分别从,B,、,D,、,E,三点沿平行,BO,方向射入磁场，其中由,B,点射入磁场粒子,1,恰好从,C,点射出,.,由,D,、,E,两点射入粒子,2,和粒子,3,从磁场某处射出，则以下说法正确是,A.,粒子,2,从,O,点射出磁场,B.,粒子,3,从,C,点射出磁场,C.,粒子,1,、,2,、,3,在磁场运动时间之比为,3,2,3,D.,粒子,2,、,3,经磁场偏转角相同,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,答案,解析,12,综合提升练,图,8,56/67,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析,从,B,点射入磁场粒子,1,恰好从,C,点射出，可知带电粒子运动轨迹半径等于磁场半径，由,D,点射入粒子,2,圆心为,E,点，由几何关系可知该粒子从,O,点射出，同理可知粒子,3,从,C,点射出，,A,、,B,正确；,1,、,2,、,3,三个粒子在磁场中运动轨迹圆心角为,90,、,60,、,60,，运动时间之比为,3,2,2,，,C,错误，,D,正确,.,57/67,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,10.,如图,9,所表示，边界,OA,与,OC,之间分布有垂直纸面向里匀强磁场，边界,OA,上有一个粒子源,S,.,某一时刻，从,S,平行于纸面向各个方向发射出大量带正电同种粒子,(,不计粒子重力及粒子间相互作用,),，全部粒子初速度大小相同，经过一段时间有大量粒子从边界,OC,射出磁场,.,已知,AOC,60,，从边界,OC,射出粒子在磁场中运动,最短时间等于,(,T,为粒子在磁场中运动周期,),，则从,边界,OC,射出粒子在磁场中运动最长时间为,答案,解析,图,9,58/67,解析,由左手定则可知，粒子在磁场中做逆时针方向圆周运动,.,由粒子速度大小都相同，故轨迹弧长越小，粒子在磁场中运动时间就越短；而弧长越小，弦长也越短，所以从,S,点作,OC,垂线,SD,，则,SD,为最短弦，可知粒子从,D,点射出时运行时间最短，如图所表示，根,据最短时间为,可知,O,SD,为等边三角形，粒子,圆周运动半径,R,SD,，过,S,点作,OA,垂线交,OC,于,E,点，由几何关系可知,SE,2,SD,，,SE,为圆弧轨迹,直径，所以从,E,点射出，对应弦最长，运行时间最,长，且,t,故,B,项正确,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,59/67,11.,如图,10,所表示，半径为,R,圆形区域位于正方形,ABCD,中心，圆形区域内、外有垂直纸面匀强磁场，磁感应强度大小相等，方向相反,.,一质量为,m,、电荷量为,q,带正电粒子以速率,v,0,沿纸面从,M,点平行于,AB,边缘半径方向射入圆形磁场，在圆形磁场中转过,90,从,N,点射出，且恰好没射出正方形磁场区域，粒子重力不计，求：,(1),磁场磁感应强度,B,大小；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,答案,解析,图,10,12,60/67,解析,粒子在磁场中做匀速圆周运动，运动轨迹如图所表示，设粒子在圆形磁场中轨迹半径为,r,1,，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,由几何关系,r,1,R,.,12,61/67,(2),正方形区域边长；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,答案,解析,解析,设粒子在正方形磁场中轨迹半径为,r,2,，粒子恰好不从,AB,边射出，,12,答案,4,R,正方形边长,L,2,r,1,2,r,2,4,R,.,62/67,(3),粒子再次回到,M,点所用时间,.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,答案,解析,12,63/67,12.,如图,11,所表示，在坐标系,xOy,中，第一象限内充满着两个匀强磁场,a,和,b,，,OP,为分界限，在磁场,a,中，磁感应强度为,2,B,，方向垂直于纸面向里，在磁场,b,中，磁感应强度为,B,，方向垂直于纸面向外，,P,点坐标为,(4,l,3,l,).,一质量为,m,、电荷量为,q,带正电粒子从,P,点沿,y,轴负方向射入磁场,b,，经过一段时间后，粒子恰能经过原点,O,，不计粒子重力,.,求：,(1),粒子从,P,点运动到,O,点最短时间是多少？,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,答案,解析,12,图,11,64/67,当粒子先在磁场,b,中运动，后进入磁场,a,中运动，然后从,O,点射出时，粒子从,P,点运动到,O,点所用时间最短，如图所表示,.,依据几何知识得,故,37,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析,设粒子入射速度为,v,，用,R,a,、,R,b,、,T,a,、,T,b,分别表示粒子在磁场,a,中和磁场,b,中运动轨道半径和周期，则有,65/67,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,粒子在磁场,b,和磁场,a,中运动时间分别为,故从,P,点运动到,O,点时间为,66/67,(2),粒子运动速度大小可能是多少？,答案,解析,解析,由题意及上图可知,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,67/67,