2019屆高考物理二輪專題復習 專題五 電場與磁場 第2講 磁場及帶電粒子在磁場中的運動課件.ppt

第2講磁場及帶電粒子在磁場中的運動 考向一磁場的性質及磁場對電流的作用 典例1 2018 廣西4月考前聯(lián)合模擬 三根長直導線垂直于紙面放置 通以大小相同 方向如圖所示的電流 且ab ad ac 導線c在a點的磁感應強度大小為B 則a點處的合磁感應強度大小為 C 規(guī)律總結 分析安培力問題的技巧 1 熟悉兩個常用的等效模型 變曲為直 圖 甲 所示通電導線 在計算安培力的大小和判斷方向時均可等效為ac直線電流 化電為磁 環(huán)形電流可等效為小磁針 通電螺線管可等效為條形磁鐵 如圖 乙 2 注意兩個定則 一個公式的應用 安培定則 用來判斷通電導線 環(huán)形電流 通電螺線管周圍的磁場分布規(guī)律 左手定則 用來判斷通電導線在磁場中所受安培力的方向 一個公式 F BIL 注意公式中B I L必須兩兩垂直 否則需要求出互相垂直的分量 3 安培力作用下的平衡或加速運動問題的注意點 分析安培力的方向時要牢記安培力方向既與磁感應強度方向垂直又與電流方向垂直 將立體的受力分析圖轉化為平面的受力分析圖 即畫出垂直于導體的平面內的受力分析圖 平衡問題中有靜摩擦力的情況下 要把握住靜摩擦力的大小 方向隨安培力的變化而變化的特點 并能從動態(tài)分析中找出靜摩擦力轉折的臨界點 最大值 零值 方向變化點 有些綜合問題中往往通過電流I聯(lián)系恒定電流的知識 預測練1 2018 吉林長春第二次質量監(jiān)測 如圖所示 質量為m 長度為L的金屬棒MN兩端由等長輕質絕緣細線水平懸掛 棒中通以由M指向N的電流 電流的大小為I 金屬棒處于與其垂直的勻強磁場中 平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為 30 下列判斷正確的是 A 勻強磁場的方向一定是豎直向上B 勻強磁場的方向一定是水平向左C 勻強磁場的磁感應強度大小可能為D 勻強磁場的磁感應強度大小可能為 C 解析 如圖所示 金屬棒受到重力 繩子的拉力和方向不能確定的安培力的作用 勻強磁場方向不確定 故A B錯誤 磁場方向垂直于電流 當安培力垂直于繩子拉力時 安培力最小 則此時磁感應強度最小 mgsin BIL 則B 故C正確 D錯誤 預測練2 2018 成都經(jīng)開區(qū)實驗中學高三月考 在勻強磁場中有粗細均勻的同種導線制成的等邊三角形線框abc 磁場方向垂直于線框平面 ac兩點間接一直流電源 電流方向如圖所示 則 A 導線ab受到的安培力大于導線ac受到的安培力B 導線abc受到的安培力大于導線ac受到的安培力C 線框受到安培力的合力為零D 線框受到安培力的合力方向垂直于ac向下 D 解析 由于導線abc與ac長度不同 通過ac中的電流大于abc中的電流 則導線ab受到的安培力小于導線ac受到的安培力 故A錯誤 導線abc的有效長度等于ac的長度 等效電路如圖所示 Fabc BI2L Fac BI1L 又I2 I1 故Fabc Fac B錯誤 根據(jù)左手定則可知 線框abc受到的安培力的合力F Fabc Fac B I1 I2 L BIL 方向垂直于ac向下 故C錯誤 D正確 考向二帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動 典例2 2018 廣東茂名二模 多選 如圖所示 在xOy平面的第 象限內存在垂直xOy平面向里 磁感應強度大小為B的勻強磁場 兩個相同的帶電粒子 先后從y軸上的a 0 L 點和b點 坐標未知 以相同的速度v0垂直于y軸射入磁場 在x軸上的c L 0 點相遇 不計粒子重力及其相互作用 根據(jù)題設條件可以確定 A 帶電粒子在磁場中運動的半徑B 帶電粒子的電荷量C 帶電粒子在磁場中運動的時間D 帶電粒子的質量 AC 規(guī)律總結 帶電粒子在勻強磁場中運動問題的解題方法 1 四點 入射點B 出射點C 軌跡圓心A 入射速度直線與出射速度直線的交點O 2 五線 圓弧兩端點所在的軌跡半徑r 入射速度直線OB和出射速度直線OC 入射點與出射點的連線BC 軌跡圓心與兩條速度直線交點的連線AO 3 三角 速度偏轉角 COD 圓心角 BAC 弦切角 OBC 其中偏轉角等于圓心角 也等于弦切角的兩倍 預測練3 2018 甘肅模擬 一束帶電粒子以同一速度 并在同一位置進入勻強磁場 在磁場中它們的運動軌跡如圖所示 粒子q1的軌跡半徑為r1 粒子q2的軌跡半徑為r2 且r2 2r1 q1 q2分別是它們所帶的電荷量 則 C 預測練4 如圖所示 在平面直角坐標系xOy的第一象限內存在垂直紙面向里 范圍足夠大的勻強磁場 一個電子從原點O與x軸正方向成30 角以初速度v0射入第一象限 經(jīng)時間t從x軸上 a 0 點射出磁場 則 A 如果僅將電子初速度變?yōu)?v0 則一定經(jīng)時間2t從點 2a 0 射出磁場B 如果僅將電子初速度變?yōu)?v0 則仍經(jīng)時間t從點 a 0 射出磁場C 如果初速度不變 從O點射入的是正電子 則經(jīng)時間2t從 0 a 點射出磁場D 如果初速度不變 從O點射入的是正電子 則經(jīng)時間t從 0 a 點射出磁場 C 考向三帶電粒子在有界勻強磁場中的臨界 極值問題 典例3 2016 全國 卷 18 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 D 拓展變式 在 典例3 中 若另一質量為m 電荷量為q q 0 的帶電粒子 從同一點以相同的方向 大小為v 的速度射入磁場 且粒子在MON區(qū)域射出 求v 的最大值 答案 3v 預測練5 2018 寧夏模擬 如圖所示 OM的左側存在范圍足夠大 磁感應強度大小為B的勻強磁場 磁場方向垂直紙面向外 OM左側到OM距離為L的P處有一個粒子源 可沿紙面內各個方向射出質量為m 電荷量為q的帶正電粒子 重力不計 速率均為 則粒子在磁場中運動的最短時間為 B 預測練6 2018 唐山模擬 如圖所示 在0 x 3a的區(qū)域內存在與xOy平面垂直的勻強磁場 磁感應強度大小為B 在t 0時刻 從原點O發(fā)射一束等速率的相同的帶電粒子 速度方向與y軸正方向的夾角分布在0 90 范圍內 其中 沿y軸正方向發(fā)射的粒子在t t0時刻剛好從磁場右邊界上P 3a a 點離開磁場 不計粒子重力 下列說法正確的是 D 考向四帶電粒子在復合場中的運動 審題突破 規(guī)律總結 1 帶電粒子在組合場中運動的處理方法 1 分別研究帶電粒子在不同場區(qū)的運動規(guī)律 在勻強磁場中做勻速圓周運動 在勻強電場中 若速度方向與電場方向平行 則做勻變速直線運動 若速度方向與電場方向垂直 則做類平拋運動 2 帶電粒子經(jīng)過磁場區(qū)域時利用圓周運動規(guī)律結合幾何關系處理 3 當粒子從一個場進入另一個場時 該點的位置 粒子的速度大小和方向往往是解題的突破口 2 帶電粒子在疊加場中運動的處理方法 1 弄清疊加場的組成特點 2 正確分析帶電粒子的受力及運動特點 3 畫出粒子的運動軌跡 靈活選擇不同的運動規(guī)律 若只有兩個場 合力為零時 則表現(xiàn)為勻速直線運動或靜止 例如電場與磁場中滿足qE qvB 重力場與磁場中滿足mg qvB 重力場與電場中滿足mg qE 若三場共存時 合力為零 粒子做勻速直線運動 其中洛倫茲力F qvB的方向與速度v垂直 若三場共存時 粒子做勻速圓周運動 則有mg qE 粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動 當帶電粒子做復雜的曲線運動或有約束的變速直線運動時 一般用動能定理或能量守恒定律求解 3 幾種常見的電磁場應用實例分析中學階段常見的帶電粒子在正交的勻強電場和勻強磁場中運動的幾種模型 速度選擇器 回旋加速器 質普儀 磁流體發(fā)電機 霍爾元件 電磁流量計等 和 的共同特征是粒子在其中只受電場力和洛倫茲力作用 并且最終電場力和洛倫茲力平衡 預測練7 2018 洛陽三模 如圖所示 空間存在垂直紙面的勻強磁場 一粒子發(fā)射源P位于足夠大的絕緣板AB上方 間距為d 在紙面內向各個方向發(fā)射速率均為v的同種帶電粒子 不考慮粒子間的相互作用和粒子重力 已知粒子做圓周運動的半徑也為d 則粒子 A 能打在板上離P點的最遠距離為dB 能打在板上的區(qū)域長度是2dC 到達板上的最長時間為D 到達板上的最短時間為 C 預測練8 如圖所示 位于豎直平面內的坐標系xOy 在其第三象限空間有垂直于紙面向外的勻強磁場 磁感應強度大小為B 0 5T 還有沿x軸負方向的勻強電場 電場強度大小為E 2N C 在其第一象限空間有沿y軸負方向的 電場強度大小也為E的勻強電場 并在y h 0 4m的區(qū)域有磁感應強度也為B的垂直于紙面向里的勻強磁場 一個帶電荷量為q的油滴從圖中第三象限的P點得到一初速度 恰好能沿PO做勻速直線運動 PO與x軸負方向的夾角為 45 并從原點O進入第一象限 已知重力加速度g 10m s2 問 1 油滴在第三象限運動時受到的重力 電場力 洛倫茲力三力的大小之比 并指出油滴帶何種電荷 解析 1 根據(jù)受力分析 如圖 可知油滴帶負電荷 設油滴質量為m 由平衡條件得 mg qE F 1 1 2 油滴在P點得到的初速度大小 3 油滴在第一象限運動的時間 答案 3 0 828s 備考跨越構網(wǎng)絡練培優(yōu) 網(wǎng)絡構建 培優(yōu)精練 培優(yōu)練1 2018 蚌埠二模 如圖所示 直線MN是一勻強磁場的邊界 三個相同的帶正電粒子分別沿圖示1 2 3三個方向以相同的速率從O點射入磁場 沿箭頭1 3兩個方向的粒子分別經(jīng)t1 t3時間均從p點離開磁場 沿箭頭2方向 垂直于MN 的粒子經(jīng)t2時間從q點離開磁場 p是Oq的中點 則t1 t2 t3之比為 A 1 2 3B 2 3 4C 1 3 5D 2 3 10 C 培優(yōu)練2 2018 安徽省江淮十校第三次聯(lián)考 如圖所示的扇形區(qū)域內有垂直紙面向里的勻強磁場 磁場的磁感應強度大小為B AO與OB垂直 圓弧的半徑為R 一個質量為m 電荷量為q的帶正電的粒子從圓心O以大小為的速度射入磁場 結果粒子剛好從AB弧的中點C射出 不計粒子的重力 則下列說法正確的是 A 粒子在磁場中運動的時間為B 粒子從O點射進速度與BO邊的夾角為30 C 只改變粒子射入磁場時的速度方向 使粒子從AC段圓弧射出 則粒子在磁場中運動時間變長D 只改變粒子射入磁場時的速度方向 使粒子從CB段圓弧射出 則粒子在磁場中運動時間變短 A 培優(yōu)練3 2018 全國 卷 24 如圖 從離子源產(chǎn)生的甲 乙兩種離子 由靜止經(jīng)加速電壓U加速后在紙面內水平向右運動 自M點垂直于磁場邊界射入勻強磁場 磁場方向垂直于紙面向里 磁場左邊界豎直 已知甲種離子射入磁場的速度大小為v1 并在磁場邊界的N點射出 乙種離子在MN的中點射出 MN長為l 不計重力影響和離子間的相互作用 求 1 磁場的磁感應強度大小 2 甲 乙兩種離子的比荷之比 答案 2 1 4