2011年高中物理二輪總復(fù)習(xí) 磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用教案

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1、 第二十三講磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 2010年命題特點(diǎn) 1.命題多以計(jì)算題形式出現(xiàn)，分值較高，難度較大. 2.綜合共點(diǎn)力平衡，牛頓運(yùn)動(dòng)定律，能量守恒動(dòng)能定理，圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)進(jìn)行考查 3.聯(lián)系實(shí)際考查學(xué)生分析問題能力，綜合能力和利用數(shù)學(xué)方法解決問題能力 預(yù)計(jì)：2010年高考題目更趨于結(jié)合新技術(shù)或與生產(chǎn)實(shí)踐相聯(lián)系的綜合題. 應(yīng)試高分瓶頸 這部分內(nèi)容的綜合題對(duì)學(xué)生閱讀理解空間想象及物理過程認(rèn)識(shí)和物理規(guī)律的綜合分析能力的要求非常高.學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)，幾何推理分析是突破的有效手段. 命題點(diǎn)1 洛倫茲力、帶電粒子的圓周運(yùn)動(dòng) 命題點(diǎn)2 帶電粒子依次在電場磁場中的運(yùn)動(dòng) 命題點(diǎn)3

2、帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng) 命題點(diǎn)1 洛倫茲力、帶電粒子的圓周運(yùn)動(dòng) 本類考題解答錦囊 帶電粒子垂直進(jìn)入磁場，磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力f洛=qvB，方向總跟帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直，帶電柱子做圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力始終不做功，運(yùn)0動(dòng)過程分析中畫運(yùn)動(dòng)軌跡，最重要是確定圓心與半徑.利用軌道半徑公式和周期公式T=求解0有關(guān)問題. Ⅰ 高考最新熱門題 1 (典型例題)如圖23—1—1(甲)真空室內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B=0.60T，磁場內(nèi)有一塊平面感光板ab，板面與磁場方向平行，在距ab的距離l=16cm處，有一個(gè)點(diǎn)狀的a放射源S，它向各個(gè)方向發(fā)射a粒子，a粒

3、子的速度都是v=3.0×12010m／s，已知a粒子的電荷與質(zhì)量之比= 5.0×107C／kg，現(xiàn)只考慮在圖紙平面中運(yùn)動(dòng)的a粒子，求ab上被a粒子打中的區(qū)域的長度． 命題目的與解題技巧：通過在磁場空間某點(diǎn)向各個(gè)方向發(fā)射的帶電粒子，受洛倫茲力作用做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的情況考查考生的空間思維能力，運(yùn)用幾何關(guān)系作圖，經(jīng)過分析、綜合建立正確的運(yùn)動(dòng)情景的能力． [解析] 如圖23—1—1(乙)a粒子帶正電，故在磁場中沿逆時(shí)針方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，用及表示軌道半徑，有 qvB= ① 由此得R=，代入數(shù)值得R=10cm，可見2R>l>R 因朝不同方向發(fā)射的a粒子的圓軌道都過S

4、，由此可知，某一圓軌跡在圖中N左側(cè)與ab相切，則此切點(diǎn)P1就是a粒子能打中的左側(cè)最遠(yuǎn)點(diǎn)，為定出P1點(diǎn)的位置，可作平行于ab的直線cd，cd到dA的距離為R，以S為圓心，及為半徑，作弧交cd于Q點(diǎn)，過Q點(diǎn)作oA的垂線，它與ab的交點(diǎn)即為P1，由圖中幾何關(guān)系得NP1= ② 再考慮N的右側(cè)，任何a粒子在運(yùn)動(dòng)過程中離S的距離不可能超過2R，以2R為半徑，S為圓心作圃，交于N右側(cè)的P2點(diǎn)，此即右側(cè)能打到的最遠(yuǎn)點(diǎn)． 由圖中幾何關(guān)系得NP2= ③ 所求長度為P1P2=NP1+NP2 ④ 代入數(shù)值P1P2=20cm [答案] ab上被a粒子打中的區(qū)域的長

5、度P1P2=20cm 2 (典型例題)如圖23—1-2所示，正方形區(qū)域abcd中充滿勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙面向里，一個(gè)氫核從ad邊的中點(diǎn)m沿著既垂直于ad邊又垂直于磁場的方向，以一定速度射入磁場，正好從ab邊中點(diǎn)n射出磁場．若將磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍，其他條件不變，則這個(gè)氫核射出磁場的位置是 A.在b、n之間某點(diǎn) B．在n、a之間某點(diǎn) C a點(diǎn) D．在a、m之間某點(diǎn) 答案: C 指導(dǎo)：考查考生能否應(yīng)用磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用的洛倫茲力，計(jì)算帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，并描繪出運(yùn)動(dòng)軌跡的能力．根據(jù)r1=mv/Bq，r2=m

6、v／2Bq=r1／2所以氫核射出磁場的位置是a點(diǎn)． 3 (典型例題)如圖23—1-3為云室中某粒子穿過鉛板P前后的軌跡室中勻強(qiáng)磁場的方向與軌跡所在平面垂直(圖中垂直于紙面向里)，由此可知此粒子 A.一定正電 B.一定帶負(fù)電 C.不帶電 D.可能帶正電，也可能帶負(fù)電 答案: A 指導(dǎo)：從圖中看出粒子在鋁板上方運(yùn)動(dòng)軌跡的軌道半徑較小，由R=知，粒子在鋁板上方運(yùn)動(dòng)速度較?。捎诹Ｗ哟╀X板過程中有能量損失，所以可以斷定粒子一定是從鋁板的下方穿過鋁板到上方去的，再用左手定則可判斷粒子一定帶正電，故A項(xiàng)對(duì)． 4 (典型例題)如圖23—1-4K-介子衰變的方

7、程為K-→，其中 K-介子和介子帶負(fù)的基元電荷，介子不帶電，一個(gè)K-介子沿垂直磁場的方向射人勻強(qiáng)磁場中，其軌跡為圓弧 ■，衰變后產(chǎn)生的介子的軌跡為圓弧 ■,軌跡在P點(diǎn)相切，它們的半徑Rk-與R之比為2：1. 介子的軌跡未畫出，由此可知的動(dòng)量大小與的動(dòng)量大小之比為 A．1：1 B．1：2 C．1：3 D．1：6 答案: C 指導(dǎo)：由圖示可知π-介子與K-介子的速度方向相反，又 K-介子衰變前后動(dòng)量守恒，則介子的速度方向與π0介子的速度方向相反，PK-=Pπ- Pπ0 ① 根據(jù)粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則evB= ， ∴=，又RK-:Rπ-=2：1 ∴P

8、k-=2：1 ② 由①②兩式得Pπ0=3Pπ- 即 Ⅱ 題點(diǎn)經(jīng)典典類型題 1 (典型例題)從太陽和其他星體上放出的宇宙放射線中含有高能帶電粒子，它們高速射向地球，這些粒子進(jìn)入大氣層，會(huì)使空氣大量電離，也有的直接射到動(dòng)植物上面?zhèn)Φ厍蛏系纳卮艌隹梢詫?duì)地球起到保護(hù)作用，避免了這些“天外來客”的傷害，如圖23—1—5所示，則下列說法中正確的是 A.帶電粒子進(jìn)入地磁場后，速度減慢，最終停下來，根本不會(huì)到地球 B．帶電粒子進(jìn)入地磁場后，受到地磁場的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而避開了地球 C.地磁場對(duì)南北兩極直射來的宇宙射線的阻擋作用強(qiáng)于赤道處 D．

9、地磁場對(duì)直射地球的宇宙射線的阻擋作用赤道處強(qiáng)于兩極處 命題目的與解題技巧：考查學(xué)生對(duì)地磁場的認(rèn)識(shí)，用左手定則判斷帶電粒子受洛倫茲力的情況． [解析] 帶電粒子在地磁場中受洛倫茲力作用而偏轉(zhuǎn)，但洛倫茲力不做功，A項(xiàng)錯(cuò)，B項(xiàng)對(duì)．由于直射地球的宇宙射線的運(yùn)動(dòng)方向在兩極處與磁感線夾角較赤道處小得多，所以洛倫茲力較赤道處小，故C項(xiàng)錯(cuò)，D項(xiàng)對(duì)． [答案] BD 2 (典型例題)如圖23—1—6所示，一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)a粒子垂直于磁場方向從同一點(diǎn)射入一有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域，若它們?cè)诖艌鲋羞\(yùn)動(dòng)軌跡是重合的，則它們?cè)诖艌鲋羞\(yùn)動(dòng)的過程中 A.兩種粒子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同

10、 B．兩種粒子的加速度大小相同 C.兩種粒子的動(dòng)能相同 D．兩種粒子的動(dòng)量變化量大小相同 答案: C 指導(dǎo)：若質(zhì)子和α粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡重合，由 R= 可知.，mH=m,qH=e,mα=4m,qα=2e,,由可知A錯(cuò)，由可知B錯(cuò)，由 可知C正確，由△p=m△v可知D錯(cuò)誤． 3 (典型例題)如圖23—1-7所示，B為垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，小球帶有不多的正電荷．讓小球從水平、光滑、絕緣的桌面上的A點(diǎn)開始以初速度vo向右運(yùn)動(dòng)，并落在水平地面上，歷時(shí)t1，落地點(diǎn)距A點(diǎn)的水平距離為s1；然后撤去磁場，讓小球仍從A點(diǎn)出發(fā)向右做初速為vo的運(yùn)動(dòng)，落在水平地面上，歷時(shí)t2

11、，落地點(diǎn)距A點(diǎn)的水平距離為s2，則 A．s1>s2 B．t1>t2 C.兩次落地速度相同 D.兩次落地動(dòng)能相同 答案: A，B，D 指導(dǎo)：有磁場時(shí)，在小球下落過程中有水平向右的分力和垂直向上的分力，故在水平方向?yàn)榧铀龠\(yùn)動(dòng)，s1>s2，如圖D23-1所示，在豎直方向的加速度要比無磁場時(shí)?。? 知有磁場時(shí)下落時(shí)間要大一些．(注：a1的加速度是變化的，但總比g要?。?由動(dòng)能定理，因磁場力對(duì)小球不做功，所以兩種情況下都只有重力做功，兩次落地時(shí)小球的動(dòng)能相同，因落地瞬間速度的方向不一樣，故落地大小雖一樣，但速度還是不同． 4 (典型例題)如圖23—1-8所示

12、，在一個(gè)半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)存著勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于圓面向里．一個(gè)帶電粒子從磁場邊界的A點(diǎn)以指向圓心O的方向進(jìn)入磁場區(qū)域內(nèi)，粒子將做圓周運(yùn)動(dòng)到達(dá)磁場邊界的C點(diǎn)，但在粒子經(jīng)過D點(diǎn)時(shí)，恰好與一個(gè)原來靜止在該的不帶電的粒子碰撞，之后結(jié)合在一起形成新粒子，關(guān)于這個(gè)新粒子的運(yùn)動(dòng)情況；以下判斷正確的是 A.新粒子的運(yùn)動(dòng)半徑將減小，可能到達(dá)F點(diǎn) B．新粒子的運(yùn)動(dòng)半徑將增大，可能到達(dá)C點(diǎn) C.新粒子的運(yùn)動(dòng)半徑將不變，仍然到達(dá)C點(diǎn) D．新粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間將變長 答案: CD 指導(dǎo)：設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m，電量為q，速度為v，不帶電粒子的質(zhì)量為"，兩粒子碰后動(dòng)量守恒，設(shè)

13、速度為v則 mv=(M+m)v′．原帶電粒子在磁場運(yùn)動(dòng)中的半徑r=，現(xiàn)碰完后的運(yùn)動(dòng)半徑R=顯見R=r，所以新粒子的運(yùn)動(dòng)半徑將不變，仍然到達(dá)C點(diǎn)．原粒子的周期t=，新粒子的周期 T=，新粒子的周O期T大于原粒子的周期 t，運(yùn)動(dòng)時(shí)間將變長． Ⅲ 新高考命題方向預(yù)測 1 在勻強(qiáng)磁場中有一帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn)，突然與一不帶電的靜止粒子碰撞合為一體，碰撞后的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)是(圖23—1-9)中的哪一個(gè)?(實(shí)線為原軌 跡，虛線為碰后軌跡，且不計(jì)粒子的重力) A.(a)圖 B．(b)圖 C.(c)圖 D.(d)圖 答案: A指導(dǎo)：由R=可知，決定轉(zhuǎn)動(dòng) 半

14、徑的因素是粒子的動(dòng)量、電荷量和磁感應(yīng)強(qiáng)度． 2 如圖23—1—10所示，一束電子以大小不同的速度沿圖示方向飛人橫截面是一正方形的勻強(qiáng)磁場，下列判斷正確的是 A.電子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長，其軌跡越長 B．電子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長，其軌跡線所對(duì)應(yīng)的圓心角越長 C.在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同的電子，其軌跡線一定重合 D.電子的速率不同，它們?cè)诖艌鲋羞\(yùn)動(dòng)的時(shí)間一定不相同 答案: B 指導(dǎo)：由于R=，而電子束以不同速率進(jìn)入同一磁場，m、B、q相同，大者偏轉(zhuǎn)半徑大．D23-2中表示幾種不同速率的電子在磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡．由3、4、5可知，三者運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，但軌跡長短不同，所以A選項(xiàng)和

15、C選項(xiàng)肯定錯(cuò)．又由3、4、5可知，電子的速率不同，但在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間可能相同，故D選項(xiàng)錯(cuò)． 另由公式t=與速率無關(guān)．所以，電子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t僅與軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角θ有關(guān)，圓心角越大，時(shí)間t越長． 3 如圖23—1—11所示，ab是一彎管，其中心線是半徑為R的一段圓弧，將彎管置于給定的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于圓弧所在的平面(即紙面)，并且指向紙外，有一束粒子對(duì)準(zhǔn)a端射入管，若粒子有不同的質(zhì)量，不同的速度，但都是一價(jià)的正離子，則能沿中心線通過彎管的粒子必須 A.速度大小一定 B．質(zhì)量大小一定 C.動(dòng)量大小一定 D．動(dòng)能大小一定 答案: C 指導(dǎo)

16、：能通過彎管的粒子運(yùn)動(dòng)的半徑相同．由R= 知，必須有相同的動(dòng)量 4 在圖23—1—12中，水平導(dǎo)線中有電流I通過，導(dǎo)線正下方的電子初速度的方向與電流I的方向相同，則電子將 A.沿路徑a運(yùn)動(dòng)，軌跡是圓 B.沿路徑a運(yùn)動(dòng)，軌跡半徑越來越大 C.沿路徑a運(yùn)動(dòng)，軌跡半徑越來越小 D．沿路徑b運(yùn)動(dòng)，軌跡半徑越來越小 答案: B 指導(dǎo)：根據(jù)右手安培定則，可判斷出直線電流在正下方的磁場方向垂直紙面向外，且離導(dǎo)線越遠(yuǎn)B越小，由左手定則，可判斷出電子受洛倫茲力在該時(shí)刻豎直向下．由此斷定電子沿路徑a運(yùn)動(dòng)．由R=知，R逐漸增大． 5 如圖23—1—13所示，在一個(gè)水平膠木圓

17、盤上有一個(gè)帶負(fù)電荷的金屬塊P隨圓盤一起繞過O點(diǎn)的豎直軸勻速運(yùn)動(dòng)，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的最大角速度為w.若在豎直方向加一向下的勻強(qiáng)磁場，仍然保持戶隨圓盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤依圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的最大角速度w'，則下面判斷正確的是 A.金屬塊受到的磁場力方向指向圓心O B．金屬塊受到的磁場力方向背離圓心O C．ww' B,D指導(dǎo):由圖利用左手定則可判知,金屬塊受到的磁場力方向背離圓心O.無磁場時(shí),當(dāng)盤以最大角速度w轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) fm=mw2·r ① 有磁場場時(shí)，當(dāng)盤以最大角速度w′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， fm-Bqarw′=mw′2·r ② 6 長為l的水平極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場，如圖23—1—14所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，板間距離也為l，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m，電量為q的帶正電粒子(不計(jì)重力)，從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁感線以速度v水平射入場，欲使粒子不打在極板上，可采用的辦法是 A.使粒子的速度v< B．使粒子的速度v> C使粒子的速度v> D.使粒子的速度