高考物理復(fù)習(xí)專(zhuān)題整合高頻突破專(zhuān)題三電場(chǎng)和磁場(chǎng)9磁場(chǎng)性質(zhì)及帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)市賽課公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省名

第9講磁場(chǎng)性質(zhì)及帶電粒子

在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)1/42-2-知識(shí)脈絡(luò)梳理規(guī)律方法導(dǎo)引2/42-3-知識(shí)脈絡(luò)梳理規(guī)律方法導(dǎo)引(3)用準(zhǔn)“兩個(gè)定則”。①對(duì)電流磁場(chǎng)用準(zhǔn)安培定則。②對(duì)通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中所受安培力和帶電粒子在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力用準(zhǔn)左手定則。(4)畫(huà)好“兩個(gè)圖形”。①對(duì)安培力作用下平衡、運(yùn)動(dòng)問(wèn)題畫(huà)好受力分析圖。②對(duì)帶電粒子勻速圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題畫(huà)好與圓相關(guān)幾何圖形。2.思想方法(1)物理思想:對(duì)稱(chēng)思想、等效思想。(2)物理方法:理想化模型方法、對(duì)稱(chēng)法、臨界法。3/42-4-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三對(duì)磁場(chǎng)性質(zhì)和磁場(chǎng)力了解常以選擇題形式考查通電導(dǎo)線(xiàn)周?chē)艌?chǎng)性質(zhì)及磁場(chǎng)力情況。例1如圖所表示,用絕緣細(xì)線(xiàn)懸掛一個(gè)導(dǎo)線(xiàn)框,導(dǎo)線(xiàn)框是由兩同心半圓弧導(dǎo)線(xiàn)和直導(dǎo)線(xiàn)ab、cd(ab、cd在同一條水平直線(xiàn)上)連接而成閉合回路,導(dǎo)線(xiàn)框中通有圖示方向電流,處于靜止?fàn)顟B(tài)。在半圓弧導(dǎo)線(xiàn)圓心處沿垂直于導(dǎo)線(xiàn)框平面方向放置一根長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)P。當(dāng)P中通以方向向外電流時(shí)(

)A.導(dǎo)線(xiàn)框?qū)⑾蜃髷[動(dòng)B.導(dǎo)線(xiàn)框?qū)⑾蛴覕[動(dòng)C.從上往下看,導(dǎo)線(xiàn)框?qū)㈨槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D.從上往下看,導(dǎo)線(xiàn)框?qū)⒛鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D4/42-5-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三解析

當(dāng)直導(dǎo)線(xiàn)P中通以方向向外電流時(shí),由安培定則可判斷出長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)P產(chǎn)生磁場(chǎng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?磁感線(xiàn)是以P為圓心同心圓,半圓弧導(dǎo)線(xiàn)與磁感線(xiàn)平行,不受安培力,由左手定則可判斷出直導(dǎo)線(xiàn)ab所受安培力方向垂直紙面向外,cd所受安培力方向垂直紙面向里,從上往下看,導(dǎo)線(xiàn)框?qū)⒛鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),故D正確。5/42-6-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三思維導(dǎo)引

6/42-7-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三拓展訓(xùn)練1(多項(xiàng)選擇)(·全國(guó)Ⅰ卷)如圖所表示,三根相互平行固定長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)L1、L2和L3兩兩等距,均通有電流I,L1中電流方向與L2中相同,與L3中相反,以下說(shuō)法正確是(

)

A.L1所受磁場(chǎng)作用力方向與L2、L3所在平面垂直B.L3所受磁場(chǎng)作用力方向與L1、L2所在平面垂直C.L1、L2和L3單位長(zhǎng)度所受磁場(chǎng)作用力大小之比為D.L1、L2和L3單位長(zhǎng)度所受磁場(chǎng)作用力大小之比為BC7/42-8-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三帶電粒子在磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)常以計(jì)算題形式考查帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)情況。8/42-9-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三例2如圖所表示,直角△OAC三個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)分別為O(0,0)、A(l,0)、C(0,l),在△OAC

區(qū)域內(nèi)有垂直于xOy平面向里勻強(qiáng)磁場(chǎng)。在t=0時(shí)刻,同時(shí)從三角形OA邊各處以沿y軸正向相同速度將質(zhì)量均為m、電荷量均為q帶正電粒子射入磁場(chǎng),已知在t=t0時(shí)刻從OC邊射出磁場(chǎng)粒子速度方向垂直于y軸。不計(jì)粒子重力和空氣阻力及粒子間相互作用。9/42-10-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三(1)求磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小。(2)若從OA邊兩個(gè)不一樣位置射入磁場(chǎng)粒子,先后從OC邊上同一點(diǎn)P(P點(diǎn)圖中未標(biāo)出)射出磁場(chǎng),求這兩個(gè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1與t2之間應(yīng)滿(mǎn)足關(guān)系。(3)從OC邊上同一點(diǎn)P射出磁場(chǎng)這兩個(gè)粒子經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)間間隔與P點(diǎn)位置相關(guān),若該時(shí)間間隔最大值為,求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度大小。10/42-11-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三11/42-12-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三12/42-13-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三13/42-14-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三思維導(dǎo)引

14/42-15-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三例3如圖所表示,無(wú)限寬廣勻強(qiáng)磁場(chǎng)分布在xOy平面內(nèi),x軸上下方磁場(chǎng)均垂直xOy平面向里,x軸上方磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,x軸下方磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為

B?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為-q粒子以速度v0從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿y軸正方向進(jìn)入上方磁場(chǎng)。在粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,與x軸交于若干點(diǎn)。不計(jì)粒子重力。

(1)求粒子在x軸上方磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)半徑。(2)設(shè)粒子在x軸上方周期為T(mén)1,x軸下方周期為T(mén)2,求T1∶T2。(3)如把x軸上方運(yùn)動(dòng)半周與x軸下方運(yùn)動(dòng)半周稱(chēng)為一周期話(huà),則每經(jīng)過(guò)一周期,在x軸上粒子右移距離。(4)在與x軸全部交點(diǎn)中,粒子兩次經(jīng)過(guò)同一點(diǎn)坐標(biāo)位置。15/42-16-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三16/42-17-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三17/42-18-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三思維導(dǎo)引

18/42-19-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三規(guī)律方法帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)普通解題方法1.找圓心:用幾何方法確定圓心位置,畫(huà)出運(yùn)動(dòng)軌跡。2.求半徑:分析帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),對(duì)于軌跡圓半徑求解是處理問(wèn)題瓶頸。求解半徑普通來(lái)說(shuō)有以下兩種情況:(1)若題中已給出帶電粒子質(zhì)量、電荷量、運(yùn)動(dòng)速度、磁感應(yīng)強(qiáng)度,由牛頓第二定律得

,稱(chēng)為物理半徑;(2)如圖所表示,若題中未給帶電粒子電荷量、質(zhì)量等,而是給我們磁場(chǎng)寬度、粒子速度方向等,我們需要作出運(yùn)動(dòng)軌跡,結(jié)構(gòu)直角三角形,從幾何角度求解半徑,普通稱(chēng)為幾何半徑。19/42-20-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三3.找關(guān)系:規(guī)范作出帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡圖線(xiàn),并作適當(dāng)輔助線(xiàn),找出其中隱含幾何關(guān)系。4.用規(guī)律:普通應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解,尤其是半徑及周期公式。20/42-21-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三拓展訓(xùn)練2(·全國(guó)Ⅱ卷)如圖所表示,虛線(xiàn)所表示圓形區(qū)域內(nèi)存在一垂直于紙面勻強(qiáng)磁場(chǎng),P為磁場(chǎng)邊界上一點(diǎn)。大量相同帶電粒子以相同速率經(jīng)過(guò)P點(diǎn),在紙面內(nèi)沿不一樣方向射入磁場(chǎng)。若粒子射入速率為v1,則這些粒子在磁場(chǎng)邊界出射點(diǎn)分布在六分之一圓周上;若粒子射入速率為v2,則對(duì)應(yīng)出射點(diǎn)分布在三分之一圓周上。不計(jì)重力及帶電粒子之間相互作用。則v2∶v1為(

)C21/42-22-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中臨界和極值問(wèn)題常以計(jì)算題形式考查帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡及速度臨界和極值問(wèn)題。22/42-23-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三例423/42-24-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三(1)帶電粒子在圓形磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),軌跡半徑為多少?(2)圓形磁場(chǎng)區(qū)域最小面積為多少?(3)為使粒子射出電場(chǎng)時(shí)不打在擋板上,電場(chǎng)強(qiáng)度E應(yīng)滿(mǎn)足什么要求?答案

(1)0.2m

(2)0.02πm2(或0.0628m2)

(3)E

>10N/C或E<6.67N/C24/42-25-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三25/42-26-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三思維導(dǎo)引

26/42-27-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三規(guī)律方法應(yīng)用動(dòng)態(tài)圓畫(huà)臨界軌跡方法主要有以下兩種情況(1)如圖所表示,一束帶負(fù)電粒子以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng),若初速度v方向相同,大小不一樣,全部粒子運(yùn)動(dòng)軌跡圓心都在垂直于初速度方向直線(xiàn)上,速度增大時(shí),軌道半徑隨之增大,全部粒子軌跡組成一組動(dòng)態(tài)內(nèi)切圓,與右邊界相切圓即臨界軌跡。27/42-28-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三(2)如圖所表示,一束帶負(fù)電粒子以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng),若初速度v大小相同,方向不一樣,則全部粒子運(yùn)動(dòng)軌跡半徑相同,

但不一樣粒子圓心位置不一樣,其共同規(guī)律是全部粒子圓心都在以入射點(diǎn)為圓心、以粒子軌道半徑為半徑圓上(圖中虛線(xiàn)),從而能夠找出動(dòng)態(tài)圓圓心軌跡。利用動(dòng)態(tài)圓能夠畫(huà)出粒子打在邊界上最高點(diǎn)和最低點(diǎn)。28/42-29-命題熱點(diǎn)一命題熱點(diǎn)二命題熱點(diǎn)三拓展訓(xùn)練3(·全國(guó)Ⅲ卷)平面OM和平面ON之間夾角為30°,其橫截面(紙面)如圖所表示,平面OM上方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于紙面向外。一帶電粒子質(zhì)量為m,電荷量為q(q>0)。粒子沿紙面以大小為v速度從OM某點(diǎn)向左上方射入磁場(chǎng),速度與OM成30°角。已知該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡與ON只有一個(gè)交點(diǎn),并從OM上另一點(diǎn)射出磁場(chǎng)。不計(jì)重力。粒子離開(kāi)磁場(chǎng)出射點(diǎn)到兩平面交線(xiàn)O距離為(

)D29/42-30-12341.將長(zhǎng)為l導(dǎo)線(xiàn)彎成

圓弧,固定于垂直紙面向外、大小為B勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,兩端點(diǎn)A、C連線(xiàn)豎直,如圖所表示。若給導(dǎo)線(xiàn)通以由A到C、大小為I恒定電流,則導(dǎo)線(xiàn)所受安培力大小和方向是(

)D30/42-31-12342.(多項(xiàng)選擇)(·全國(guó)Ⅱ卷)某同學(xué)自制簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)示意圖如圖所表示。矩形線(xiàn)圈由一根漆包線(xiàn)繞制而成,漆包線(xiàn)兩端分別從線(xiàn)圈一組對(duì)邊中間位置引出,并作為線(xiàn)圈轉(zhuǎn)軸。將線(xiàn)圈架在兩個(gè)金屬支架之間,線(xiàn)圈平面位于豎直面內(nèi),永磁鐵置于線(xiàn)圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線(xiàn)圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),該同學(xué)應(yīng)將(

)

A.左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)絕緣漆都刮掉B.左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)絕緣漆都刮掉C.左轉(zhuǎn)軸上側(cè)絕緣漆刮掉,右轉(zhuǎn)軸下側(cè)絕緣漆刮掉D.左轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)絕緣漆都刮掉,右轉(zhuǎn)軸下側(cè)絕緣漆刮掉AD31/42-32-12343.如圖所表示,半徑為R圓形區(qū)域內(nèi)有一垂直紙面向里勻強(qiáng)磁場(chǎng),P為磁場(chǎng)邊界上一點(diǎn)。大量質(zhì)量為m、電荷量為q正粒子,在紙面內(nèi)沿各個(gè)方向以相同速率v從P點(diǎn)射入磁場(chǎng)。這些粒子射出磁場(chǎng)時(shí)位置均位于PQ劣弧上,PQ劣弧長(zhǎng)等于磁場(chǎng)邊界周長(zhǎng)

。不計(jì)粒子重力和粒子間相互作用,則該勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為(

)D32/42-33-12344.(·浙江理綜)為了深入提升盤(pán)旋加速器能量,科學(xué)家建造了“扇形聚焦盤(pán)旋加速器”。在扇形聚焦過(guò)程中,離子能以不變速率在閉合平衡軌道上周期性旋轉(zhuǎn)。扇形聚焦磁場(chǎng)分布簡(jiǎn)化圖如圖所表示,圓心為O圓形區(qū)域等分成六個(gè)扇形區(qū)域,其中三個(gè)為峰區(qū),三個(gè)為谷區(qū),峰區(qū)和谷區(qū)相間分布。峰區(qū)內(nèi)存在方向垂直紙面向里勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,谷區(qū)內(nèi)沒(méi)有磁場(chǎng)。質(zhì)量為m,電荷量為q正離子,以不變速率v旋轉(zhuǎn),其閉合平衡軌道如圖中虛線(xiàn)所表示。33/42-34-1234(1)求閉合平衡軌道在峰區(qū)內(nèi)圓弧半徑r,并判斷離子旋轉(zhuǎn)方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針。(2)求軌道在一個(gè)峰區(qū)內(nèi)圓弧圓心角θ,及離子繞閉合平衡軌道旋轉(zhuǎn)周期T。(3)在谷區(qū)也施加垂直紙面向里勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B',新閉合平衡軌道在一個(gè)峰區(qū)內(nèi)圓心角θ變?yōu)?0°,求B'和B關(guān)系。已知:sin(α±β)=sinαcosβ±cosαsinβ,cosα=1-2sin2。34/42-35-123435/42-36-123436/42-37-帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)多解問(wèn)題【典例示范】

如圖所表示,A、B為一對(duì)平行板,板長(zhǎng)為l,兩板間距離為d,板間區(qū)域內(nèi)充滿(mǎn)著勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向里,一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為+q帶電粒子以初速度v0,從A、B兩板中間,沿垂直于磁感線(xiàn)方向射入磁場(chǎng)。求v0在什么范圍內(nèi),粒子能從磁場(chǎng)內(nèi)射出。(粒子重力不計(jì))分析推理:1.粒子到下極板距離為

,粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。2.粒子有可能從磁場(chǎng)左側(cè)射出,也有可能從右側(cè)射出。37/42-38-思維流程

38/42-39-39/42-40-以題說(shuō)法1.要正確分析帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)多解原因。帶電粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題形成多解原因:帶電粒子電性不確定;磁場(chǎng)方向不確定;臨界狀態(tài)不唯一;運(yùn)動(dòng)重復(fù)性等。