2019高考物理二輪復習 第10講 磁場及帶電粒子在磁場中的運動課件.ppt
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第10講磁場及帶電粒子在磁場中的運動,總綱目錄,考點1磁場及其對電流的作用,1.磁場的疊加和安培定則應用的注意點(1)根據(jù)安培定則確定通電導線周圍磁場的方向。(2)磁場中每一點磁感應強度的方向為該點處磁感線的切線方向。(3)磁感應強度是矢量,多個通電導體產生的磁場疊加時,合磁場的磁感應強度等于各場源單獨存在時在該點的磁感應強度的矢量和,遵從平行四邊形定則。,2.安培力大小和方向,答案C通電導線長為L,其與x軸平行放置時,受到的安培力為F,制作成圓時,半徑為R,則2πR=L,解得R=,故a、b連線的長度d=R=,此時導線受到的安培力F=F=F,故C正確。,2.(多選)如圖1所示,兩根光滑平行導軌水平放置,間距為L,其間有豎直向下的勻強磁場,磁感應強度為B。垂直于導軌水平對稱放置一根均勻金屬棒。從t=0時刻起,棒上有如圖2所示的持續(xù)交變電流I,周期為T,最大值為Im,圖1中I所示方向為電流正方向。則金屬棒()圖1圖2,A.一直向右移動B.速度隨時間周期性變化C.受到的安培力隨時間周期性變化D.受到的安培力在一個周期內做正功,答案ABC根據(jù)題意得出v-t圖像如圖所示,金屬棒一直向右運動,A正確。速度隨時間做周期性變化,B正確。據(jù)F安=BIL及左手定則可判定,F安大小不變,方向做周期性變化,則C項正確。安培力在一個周期內做功為零,則D項錯。,,3.(2018湖南長沙檢測)(多選)如圖所示,同一平面內有兩根平行的無限長直導線1和2,通有大小相等、方向相反的電流,a、b兩點與兩導線共面,a點在兩導線的中間且與兩導線的距離均為r,b點在導線2右側,與導線2的距離也為r?，F(xiàn)測得a點的磁感應強度大小為B0,已知距一無限長直導線d處的磁感應強度大小B=,其中k為常量,I為無限長直導線的電流大小,下列說法正確的是(),A.b點的磁感應強度大小為B0B.若去掉導線2,b點的磁感應強度大小為B0C.若將導線1中電流大小變?yōu)樵瓉淼?倍,b點的磁感應強度為0D.若去掉導線2,再將導線1中電流大小變?yōu)樵瓉淼?倍,a點的磁感應強度大小仍為B0,答案BD根據(jù)B=可知,a點磁感應強度大小為B0=+=,則=B0,根據(jù)右手螺旋定則,此時b點磁感應強度大小為Bb=-==B0,故選項A錯誤;若去掉導線2,b點的磁感應強度大小為Bb==B0,故選項B正確;若將導線1中電流大小變?yōu)樵瓉淼?倍,b點的磁感應強度大小為Bb″=-==B0,故選項C錯誤;若去掉導線2,再將導線1中電流大小變?yōu)樵瓉淼?倍,a點的磁感應強度大小為Ba″==B0,故選項D正確。,方法技巧安培力作用下力學問題的處理方法(1)求解安培力作用下的力學問題的基本思路(2)求解關鍵及解題難點,考點2帶電粒子在磁場中的運動,1.帶電粒子垂直進入勻強磁場時將做勻速圓周運動,向心力由洛倫茲力提供,洛倫茲力始終垂直于運動方向,它不做功。圓周運動半徑R=,周期T=。,2.對于帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的問題,基本思路是:根據(jù)進場點和出場點的速度方向,確定洛倫茲力的方向,利用幾何關系求半徑。,3.帶電粒子在常見邊界磁場中的運動規(guī)律(1)直線邊界①對稱性:若帶電粒子以與邊界成θ角的速度進入磁場,則一定以與邊界成θ角的速度離開磁場。②完整性:正、負帶電粒子以相同的速度進入同一勻強磁場時,兩帶電粒子軌跡圓弧對應的圓心角之和等于2π。(2)圓形邊界:沿徑向射入的粒子,必沿徑向射出。,1.如圖所示,在x>0、y>0的空間有恒定的勻強磁場,磁感應強度的方向垂直于xOy平面向里,大小為B,現(xiàn)有四個質量及電荷量均相同的帶電粒子,由x軸上的P點以不同的初速度平行于y軸射入此磁場,其出射方向如圖所示,不計重力的影響,則()A.初速度最大的粒子是沿①方向射出的粒子B.初速度最大的粒子是沿②方向射出的粒子C.在磁場中運動時間最長的是沿③方向射出的粒子D.在磁場中運動時間最短的是沿④方向射出的粒子,答案A由R=可知,速度越大半徑越大,選項A正確,B錯誤;由于粒子相同,由周期公式T=可知,粒子周期相同,運動時間取決于圓弧對應的圓心角,所以在磁場中運動時間最長的是沿④方向出射的粒子,選項C、D錯誤。,2.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(q>0)。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(),A.B.C.D.,答案D粒子在磁場中的運動軌跡如圖所示,由qvB=m得R=,分析圖中角度關系可知,PO半徑與OQ半徑在同一條直線上。則PQ=2R,所以OQ=4R=,選項D正確。,答案A以粒子帶正電為例分析,先后由O點射入磁場,并在M點相遇的兩個粒子軌跡恰好組成一個完整的圓,從O點沿OP方向入射并通過M點的粒子軌跡所對圓心角為240,根據(jù)帶電粒子在磁場中運動周期T=可知,該粒子從進入磁場到通過M點運動的時間t1==,則另一個粒子軌跡所對圓心角為120,該粒子從進入磁場到通過M點運動時間t2=,可知,兩粒子射入磁場的時間差可能為Δt=,故A正確。射入磁場方向分別與PQ成30和60角的兩粒子軌跡所對圓心角之和不是360,不可能在M點相遇,故B錯,誤。在磁場中運動的粒子離邊界的最大距離為軌跡圓周的直徑d=,故C錯誤。沿OP方向入射的粒子在磁場中運動的軌跡所對圓心角最大,運動時間最長,故D錯誤。,考點3帶電粒子在有界磁場中運動的臨界、極值問題,1.有界磁場臨界問題的思維流程,2.解決帶電粒子在磁場中運動的臨界問題,關鍵在于運用動態(tài)思維,尋找臨界點,確定臨界狀態(tài),根據(jù)粒子的速度方向找出半徑,同時由磁場邊界和題設條件畫好軌跡,定好圓心,建立幾何關系。3.粒子射出或不射出磁場的臨界狀態(tài)是粒子運動軌跡與磁場邊界相切。4.當速度v大小一定時,弧長越長圓心角越大,則帶電粒子在有界磁場中運動的時間越長。5.當速度v大小變化時,圓心角大的運動時間長,解題時一般要根據(jù)受力情況和運動情況畫出運動軌跡的草圖,找出圓心,根據(jù)幾何關系求出半徑及圓心角等。,題型一粒子運動范圍的空間臨界問題例1(多選)如圖所示,S處有一電子源,可向紙面內任意方向發(fā)射電子,平板MN垂直于紙面。在紙面內的長度L=9.1cm,中點O與S間的距離d=4.55cm,MN與SO直線的夾角為θ,板所在平面有電子源的一側區(qū)域有方向垂直于紙面向外的勻強磁場,磁感應強度B=2.010-4T。電子質量m=9.110-31kg,電荷量e=-1.610-19C,不計電子重力。電子源發(fā)射速度v=1.6106m/s的一個電子,該電子打在板上可能位置的區(qū)域的長度為l,則(),A.θ=90時,l=9.1cmB.θ=60時,l=9.1cmC.θ=45時,l=4.55cmD.θ=30時,l=4.55cm,答案AD,解析如圖,S到MN的距離d0=dsinθ,因電子在磁場中沿逆時針方向轉動,則電子打在MN上最上端的位置對應于電子運動軌跡與MN的切點,電子打在MN上最下端的位置對應于到S的距離等于電子運動軌跡直徑的點(若OD>MN,則最下端位置為N)。因電子運動軌跡的半徑r==4.55cm。由圖中幾何關系有OC=,OD=。當θ=90時,OD取得最小值r,此時OD=OD>,從而有l(wèi)=NC=ON+OC-dcosθ=+-dcosθ。,當θ=90時,l=9.1cm;當θ=60時,l=6.78cm;當θ=45時,l=5.68cm;當θ=30時,l=4.55cm。故可知A、D正確,B、C錯誤。,題型二粒子在有界磁場中運動的最長時間問題例2如圖所示,豎直線MN∥PQ,MN與PQ間距離為a,其間存在垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應強度為B,O是MN上一點,O處有一粒子源,某時刻放出大量速率均為v(方向均垂直磁場方向)、比荷一定的帶負電粒子(粒子重力及粒子間的相互作用力不計),已知沿圖中與MN成θ=60角射入的粒子恰好垂直PQ射出磁場,則粒子在磁場中運動的最長時間為(),A.B.C.D.,題型三磁場面積范圍的空間極值問題例3在如圖所示的平面直角坐標系xOy中,有一個圓形區(qū)域的勻強磁場(圖中未畫出),磁場方向垂直于xOy平面,O點為該圓形區(qū)域邊界上的一點?，F(xiàn)有一質量為m、電荷量為+q的帶電粒子(不計重力)從O點以初速度v0沿x軸正方向進入磁場,已知粒子經過y軸上P點時速度方向與+y方向夾角為θ=30,OP=L。求:(1)磁感應強度的大小和方向;(2)該圓形磁場區(qū)域的最小面積。,得R=L由牛頓第二定律有qv0B=m解得B=(2)設磁場區(qū)域的最小面積為S。由幾何關系得直徑OQ=R=L,所以S=π=,答案BD若r=2R,粒子在磁場中運動時間最長時,磁場區(qū)域的直徑是軌跡的一條弦,作出軌跡如圖甲,因為r=2R,圓心角α=60,粒子在磁場中運動的最長時間tmax=T==,故A錯誤。若r=2R,粒子沿著與半徑方向成45角斜向下射入磁場,根據(jù)幾何關系,有tan===,故B正確。若r=R,粒子沿著圓形磁場的半徑方向射入,粒子運動軌跡如圖丙所示,圓心角為90,粒子在磁場中運動的時間t=T==,故C錯誤。若r=R,,粒子沿著與半徑方向成60角斜向下射入磁場,軌跡如圖丁所示,圖中軌跡圓心與磁場圓心以及入射點和出射點構成的四邊形為菱形,圓心角為150,故D正確。,答案AC根據(jù)半徑公式R=,當v<時,R<,直徑2R
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