2019-2020年高三物理一輪復(fù)習(xí) 磁場學(xué)案.doc

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2019-2020年高三物理一輪復(fù)習(xí) 磁場學(xué)案 一、“磁偏轉(zhuǎn)”與“電偏轉(zhuǎn)”的區(qū)別 所謂“電偏轉(zhuǎn)”與“磁偏轉(zhuǎn)”是分別利用電場和磁場對運動電荷施加作用，從而控制其運動方向，但電場和磁場對電荷的作用特點不同，因此這兩種偏轉(zhuǎn)有明顯的差別. 磁偏轉(zhuǎn) 電偏轉(zhuǎn) 受力特征及 運動規(guī)律 若v⊥B，則洛倫茲力FB＝qvB，使粒子做勻速圓周運動，v的方向變化，又導(dǎo)致FB的方向變化，其運動規(guī)律可由r＝和T＝進(jìn)行描述 電場力FE＝qE為恒力，粒子做勻變速曲線運動——類平拋運動，其運動規(guī)律可由vx＝v0，x＝v0t，vy＝t，y＝t2進(jìn)行描述 偏轉(zhuǎn) 情況 粒子的運動方向能夠偏轉(zhuǎn)的角度不受限制，θB＝ωt＝t＝t，且相等時間內(nèi)偏轉(zhuǎn)的角度相等 粒子運動方向所能偏轉(zhuǎn)的角度θE＜，且相等時間內(nèi)偏轉(zhuǎn)的角度不同 動能的 變化 由于FB始終不做功，所以其動能保持不變 由于FE與粒子速度的夾角越來越小，所以其動能不斷增大，并且增大得越來越快 例1 如圖1所示，在空間存在一個變化的勻強(qiáng)電場和另一個變化的勻強(qiáng)磁場．從t＝1 s開始，在A點每隔2 s有一個相同的帶電粒子(重力不計)沿AB方向(垂直于BC)以速度v0射出，恰好能擊中C點．AB＝BC＝l，且粒子在點A、C間的運動時間小于1 s．電場的方向水平向右，場強(qiáng)變化規(guī)律如圖2甲所示；磁感應(yīng)強(qiáng)度變化規(guī)律如圖乙所示，方向垂直于紙面．求： (1)磁場方向； (2)E0和B0的比值； (3)t＝1 s射出的粒子和t＝3 s射出的粒子由A點運動到C點所經(jīng)歷的時間t1和t2之比． 變式訓(xùn)練1　圖3所示，在y＞0的空間中存在勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)沿y軸負(fù)方向；在y＜0的空間中，存在勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直xOy平面向外．一電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電的運動粒子，經(jīng)過y軸上y＝h處的點P1時速率為v0，方向沿x軸正方向；然后，經(jīng)過x軸上x＝2h處的P2點進(jìn)入磁場，并經(jīng)過y軸上y＝－2h處的P3點，不計粒子重力．求： (1)電場強(qiáng)度的大小； (2)粒子到達(dá)P2時速度的大小和方向； (3)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。? 二、有界勻強(qiáng)磁場問題 1．有界磁場及邊界類型 (1)有界勻強(qiáng)磁場是指在局部空間存在著勻強(qiáng)磁場，帶電粒子從磁場區(qū)域外垂直磁場方向射入磁場區(qū)域，經(jīng)歷一段勻速圓周運動后，又離開磁場區(qū)域． (2)邊界的類型，如圖4 圖4 2．解決帶電粒子在有界磁場中運動問題的方法 解決此類問題時，先畫出運動軌跡草圖，找到粒子在磁場中做勻速圓周運動的圓心位置、半徑大小以及與半徑相關(guān)的幾何關(guān)系是解題的關(guān)鍵．解決此類問題時應(yīng)注意下列結(jié)論： (1)剛好穿出或剛好不能穿出磁場的條件是帶電粒子在磁場中運動的軌跡與邊界相切． (2)當(dāng)以一定的速率垂直射入磁場時，運動的弧長越長，圓心角越大，則帶電粒子在有界磁場中運動時間越長． (3)當(dāng)比荷相同，速率v不同時，在勻強(qiáng)磁場中運動的圓心角越大，運動時間越長． 　 例2 半徑為r的圓形空間內(nèi)，存在著垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，一個帶電粒子(不計重力)從A點以速度v0垂直磁場方向射入磁場中，并從B點射出．∠AOB＝120，如圖5所示，則該帶電粒子在磁場中運動的時間為(　　) A. B. C. D. 變式訓(xùn)練2　圖6是某離子速度選擇器的原理示意圖，在一半徑R＝10 cm的圓柱形筒內(nèi)有B＝110－4 T的勻強(qiáng)磁場，方向平行于圓筒的軸線．在圓柱形筒上某一直徑兩端開有小孔a、b，分別作為入射孔和出射孔．現(xiàn)有一束比荷＝21011 C/kg的正離子，以不同角度α入射，最后有不同速度的離子束射出．其中入射角α＝30，且不經(jīng)碰撞而直接從出射孔射出的離子的速度v的大小是(　　) A．4105 m/s B．2105 m/s C．4106 m/s D．2106 m/s 三、洛倫茲力作用下形成多解的問題 帶電粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，由于某些條件不確定，使問題出現(xiàn)多解． 1．帶電粒子電性不確定形成多解 帶電粒子由于電性不確定，在初速度相同的條件下，正、負(fù)帶電粒子在磁場中運動軌跡不同． 2．磁場方向不確定形成多解 對于某一帶電粒子在磁場中運動，若只知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，而不能確定方向，帶電粒子的運動軌跡也會不同． 3．臨界狀態(tài)不惟一形成多解 帶電粒子在洛倫茲力作用下飛入有界磁場時，由于粒子運動軌跡呈圓弧狀，因此，它可能穿過去了，也可能轉(zhuǎn)過大于180的角度從入射界面這邊反向飛出，于是形成了多解． 4．運動的重復(fù)性形成多解 帶電粒子在部分是電場、部分是磁場的空間運動時，往往運動具有往復(fù)性，因而形成多解． 例3 如圖7所示，長為L的水平極板間，有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，板間距離為L，極板不帶電．現(xiàn)有質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子(重力不計)，從左邊極板間中點處垂直磁場以速度v水平入射．欲使粒子不打在極板上，可采用的辦法是(　　) A．使粒子速度v＜ B．使粒子速度v＞ C．使粒子速度v＞ D．使粒子速度＜v＜ 變式訓(xùn)練3　如圖8所示，左右邊界分別為PP′、QQ′的勻強(qiáng)磁場的寬度為d，磁感應(yīng)強(qiáng)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的微觀粒子，沿圖示方向以速度v0垂直射入磁場．欲使粒子不能從邊界QQ′射出，粒子入射速度v0的最大值可能是(　　) A. B. C. D.