高考物理復(fù)習(xí)專題整合高頻突破專題三電場和磁場9磁場性質(zhì)及帶電粒子在磁場中的運動市賽課公開課一等獎省名

第9講磁場性質(zhì)及帶電粒子

在磁場中運動1/42-2-知識脈絡(luò)梳理規(guī)律方法導(dǎo)引2/42-3-知識脈絡(luò)梳理規(guī)律方法導(dǎo)引(3)用準(zhǔn)“兩個定則”。①對電流磁場用準(zhǔn)安培定則。②對通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力和帶電粒子在磁場中所受洛倫茲力用準(zhǔn)左手定則。(4)畫好“兩個圖形”。①對安培力作用下平衡、運動問題畫好受力分析圖。②對帶電粒子勻速圓周運動問題畫好與圓相關(guān)幾何圖形。2.思想方法(1)物理思想:對稱思想、等效思想。(2)物理方法:理想化模型方法、對稱法、臨界法。3/42-4-命題熱點一命題熱點二命題熱點三對磁場性質(zhì)和磁場力了解常以選擇題形式考查通電導(dǎo)線周圍磁場性質(zhì)及磁場力情況。例1如圖所表示,用絕緣細(xì)線懸掛一個導(dǎo)線框,導(dǎo)線框是由兩同心半圓弧導(dǎo)線和直導(dǎo)線ab、cd(ab、cd在同一條水平直線上)連接而成閉合回路,導(dǎo)線框中通有圖示方向電流,處于靜止?fàn)顟B(tài)。在半圓弧導(dǎo)線圓心處沿垂直于導(dǎo)線框平面方向放置一根長直導(dǎo)線P。當(dāng)P中通以方向向外電流時(

)A.導(dǎo)線框?qū)⑾蜃髷[動B.導(dǎo)線框?qū)⑾蛴覕[動C.從上往下看,導(dǎo)線框?qū)㈨槙r針轉(zhuǎn)動D.從上往下看,導(dǎo)線框?qū)⒛鏁r針轉(zhuǎn)動D4/42-5-命題熱點一命題熱點二命題熱點三解析

當(dāng)直導(dǎo)線P中通以方向向外電流時,由安培定則可判斷出長直導(dǎo)線P產(chǎn)生磁場方向為逆時針方向,磁感線是以P為圓心同心圓,半圓弧導(dǎo)線與磁感線平行,不受安培力,由左手定則可判斷出直導(dǎo)線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)線框?qū)⒛鏁r針轉(zhuǎn)動,故D正確。5/42-6-命題熱點一命題熱點二命題熱點三思維導(dǎo)引

6/42-7-命題熱點一命題熱點二命題熱點三拓展訓(xùn)練1(多項選擇)(·全國Ⅰ卷)如圖所表示,三根相互平行固定長直導(dǎo)線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,以下說法正確是(

)

A.L1所受磁場作用力方向與L2、L3所在平面垂直B.L3所受磁場作用力方向與L1、L2所在平面垂直C.L1、L2和L3單位長度所受磁場作用力大小之比為D.L1、L2和L3單位長度所受磁場作用力大小之比為BC7/42-8-命題熱點一命題熱點二命題熱點三帶電粒子在磁場中圓周運動常以計算題形式考查帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動情況。8/42-9-命題熱點一命題熱點二命題熱點三例2如圖所表示,直角△OAC三個頂點坐標(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平面向里勻強磁場。在t=0時刻,同時從三角形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,已知在t=t0時刻從OC邊射出磁場粒子速度方向垂直于y軸。不計粒子重力和空氣阻力及粒子間相互作用。9/42-10-命題熱點一命題熱點二命題熱點三(1)求磁場磁感應(yīng)強度B大小。(2)若從OA邊兩個不一樣位置射入磁場粒子,先后從OC邊上同一點P(P點圖中未標(biāo)出)射出磁場,求這兩個粒子在磁場中運動時間t1與t2之間應(yīng)滿足關(guān)系。(3)從OC邊上同一點P射出磁場這兩個粒子經(jīng)過P點時間間隔與P點位置相關(guān),若該時間間隔最大值為,求粒子進(jìn)入磁場時速度大小。10/42-11-命題熱點一命題熱點二命題熱點三11/42-12-命題熱點一命題熱點二命題熱點三12/42-13-命題熱點一命題熱點二命題熱點三13/42-14-命題熱點一命題熱點二命題熱點三思維導(dǎo)引

14/42-15-命題熱點一命題熱點二命題熱點三例3如圖所表示,無限寬廣勻強磁場分布在xOy平面內(nèi),x軸上下方磁場均垂直xOy平面向里,x軸上方磁場磁感應(yīng)強度為B,x軸下方磁場磁感應(yīng)強度為

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O沿y軸正方向進(jìn)入上方磁場。在粒子運動過程中,與x軸交于若干點。不計粒子重力。

(1)求粒子在x軸上方磁場中做勻速圓周運動半徑。(2)設(shè)粒子在x軸上方周期為T1,x軸下方周期為T2,求T1∶T2。(3)如把x軸上方運動半周與x軸下方運動半周稱為一周期話,則每經(jīng)過一周期,在x軸上粒子右移距離。(4)在與x軸全部交點中,粒子兩次經(jīng)過同一點坐標(biāo)位置。15/42-16-命題熱點一命題熱點二命題熱點三16/42-17-命題熱點一命題熱點二命題熱點三17/42-18-命題熱點一命題熱點二命題熱點三思維導(dǎo)引

18/42-19-命題熱點一命題熱點二命題熱點三規(guī)律方法帶電粒子在磁場中運動普通解題方法1.找圓心:用幾何方法確定圓心位置,畫出運動軌跡。2.求半徑:分析帶電粒子在磁場中運動,對于軌跡圓半徑求解是處理問題瓶頸。求解半徑普通來說有以下兩種情況:(1)若題中已給出帶電粒子質(zhì)量、電荷量、運動速度、磁感應(yīng)強度,由牛頓第二定律得

,稱為物理半徑;(2)如圖所表示,若題中未給帶電粒子電荷量、質(zhì)量等,而是給我們磁場寬度、粒子速度方向等,我們需要作出運動軌跡,結(jié)構(gòu)直角三角形,從幾何角度求解半徑,普通稱為幾何半徑。19/42-20-命題熱點一命題熱點二命題熱點三3.找關(guān)系:規(guī)范作出帶電粒子運動軌跡圖線,并作適當(dāng)輔助線,找出其中隱含幾何關(guān)系。4.用規(guī)律:普通應(yīng)用牛頓運動定律求解,尤其是半徑及周期公式。20/42-21-命題熱點一命題熱點二命題熱點三拓展訓(xùn)練2(·全國Ⅱ卷)如圖所表示,虛線所表示圓形區(qū)域內(nèi)存在一垂直于紙面勻強磁場,P為磁場邊界上一點。大量相同帶電粒子以相同速率經(jīng)過P點,在紙面內(nèi)沿不一樣方向射入磁場。若粒子射入速率為v1,則這些粒子在磁場邊界出射點分布在六分之一圓周上;若粒子射入速率為v2,則對應(yīng)出射點分布在三分之一圓周上。不計重力及帶電粒子之間相互作用。則v2∶v1為(

)C21/42-22-命題熱點一命題熱點二命題熱點三帶電粒子在勻強磁場中臨界和極值問題常以計算題形式考查帶電粒子在磁場中運動軌跡及速度臨界和極值問題。22/42-23-命題熱點一命題熱點二命題熱點三例423/42-24-命題熱點一命題熱點二命題熱點三(1)帶電粒子在圓形磁場中運動時,軌跡半徑為多少?(2)圓形磁場區(qū)域最小面積為多少?(3)為使粒子射出電場時不打在擋板上,電場強度E應(yīng)滿足什么要求?答案

(1)0.2m

(2)0.02πm2(或0.0628m2)

(3)E

>10N/C或E<6.67N/C24/42-25-命題熱點一命題熱點二命題熱點三25/42-26-命題熱點一命題熱點二命題熱點三思維導(dǎo)引

26/42-27-命題熱點一命題熱點二命題熱點三規(guī)律方法應(yīng)用動態(tài)圓畫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)入勻強磁場,若初速度v方向相同,大小不一樣,全部粒子運動軌跡圓心都在垂直于初速度方向直線上,速度增大時,軌道半徑隨之增大,全部粒子軌跡組成一組動態(tài)內(nèi)切圓,與右邊界相切圓即臨界軌跡。27/42-28-命題熱點一命題熱點二命題熱點三(2)如圖所表示,一束帶負(fù)電粒子以速度v垂直進(jìn)入勻強磁場,若初速度v大小相同,方向不一樣,則全部粒子運動軌跡半徑相同,

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為圓心、以粒子軌道半徑為半徑圓上(圖中虛線),從而能夠找出動態(tài)圓圓心軌跡。利用動態(tài)圓能夠畫出粒子打在邊界上最高點和最低點。28/42-29-命題熱點一命題熱點二命題熱點三拓展訓(xùn)練3(·全國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上方存在勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為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某點向左上方射入磁場,速度與OM成30°角。已知該粒子在磁場中運動軌跡與ON只有一個交點,并從OM上另一點射出磁場。不計重力。粒子離開磁場出射點到兩平面交線O距離為(

)D29/42-30-12341.將長為l導(dǎo)線彎成

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

)D30/42-31-12342.(多項選擇)(·全國Ⅱ卷)某同學(xué)自制簡易電動機(jī)示意圖如圖所表示。矩形線圈由一根漆包線繞制而成,漆包線兩端分別從線圈一組對邊中間位置引出,并作為線圈轉(zhuǎn)軸。將線圈架在兩個金屬支架之間,線圈平面位于豎直面內(nèi),永磁鐵置于線圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動起來,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磁場,P為磁場邊界上一點。大量質(zhì)量為m、電荷量為q正粒子,在紙面內(nèi)沿各個方向以相同速率v從P點射入磁場。這些粒子射出磁場時位置均位于PQ劣弧上,PQ劣弧長等于磁場邊界周長

。不計粒子重力和粒子間相互作用,則該勻強磁場磁感應(yīng)強度大小為(

)D32/42-33-12344.(·浙江理綜)為了深入提升盤旋加速器能量,科學(xué)家建造了“扇形聚焦盤旋加速器”。在扇形聚焦過程中,離子能以不變速率在閉合平衡軌道上周期性旋轉(zhuǎn)。扇形聚焦磁場分布簡化圖如圖所表示,圓心為O圓形區(qū)域等分成六個扇形區(qū)域,其中三個為峰區(qū),三個為谷區(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磁場,磁感應(yīng)強度為B,谷區(qū)內(nèi)沒有磁場。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)方向是順時針還是逆時針。(2)求軌道在一個峰區(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磁場,磁感應(yīng)強度為B',新閉合平衡軌道在一個峰區(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-帶電粒子在磁場中運動多解問題【典例示范】

如圖所表示,A、B為一對平行板,板長為l,兩板間距離為d,板間區(qū)域內(nèi)充滿著勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B,方向垂直紙面向里,一個質(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,沿垂直于磁感線方向射入磁場。求v0在什么范圍內(nèi),粒子能從磁場內(nèi)射出。(粒子重力不計)分析推理:1.粒子到下極板距離為

,粒子在磁場中做勻速圓周運動。2.粒子有可能從磁場左側(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-以題說法1.要正確分析帶電粒子在磁場中運動多解原因。帶電粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動問題形成多解原因:帶電粒子電性不確定;磁場方向不確定;臨界狀態(tài)不唯一;運動重復(fù)性等。