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适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第10章磁场第2讲磁吃运动电荷的作用课件
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这是一份适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第10章磁场第2讲磁吃运动电荷的作用课件，共43页。PPT课件主要包含了内容索引，强基础固本增分，研考点精准突破，审题指导，答案BCD，答案B，答案D等内容，欢迎下载使用。
一、洛伦兹力1.洛伦兹力:磁场对 运动电荷 的作用力叫洛伦兹力。 2.洛伦兹力的方向(1)方向特点:F⊥B,F⊥v,即F垂直于B和v决定的 平面 。 B、v方向可成任意夹角 (2)判定方法:左手定则。 注意区分正、负电荷3.洛伦兹力的大小(1)v∥B时,洛伦兹力F=0。(θ=0°或180°)(2)v⊥B时,洛伦兹力F= qvB 。(θ=90°) (3)v=0时,洛伦兹力F=0。
4.洛伦兹力的特点——洛伦兹力永不做功。5.洛伦兹力与安培力的联系及区别(1)安培力是洛伦兹力的宏观表现,二者是相同性质的力,都是磁场力。(2)安培力可以做功,而洛伦兹力对运动电荷不做功。易错辨析·判一判(1)洛伦兹力的方向、粒子运动方向、磁场方向两两相互垂直。( × )(2)粒子在只受到洛伦兹力作用时运动的动能不变。 ( √ )
易错辨析·判一判(3)运动电荷进入磁场后(无其他力作用)可能做匀速直线运动。( √ )(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时,其运动半径与带电粒子的比荷有关。( √ )
1.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的思想方法和理论依据一般说来,要把握好“一找圆心,二定半径,三求时间”的分析方法。在具体问题中,要依据题目条件和情境而定。解题的理论依据主要是由牛顿第二
2.圆心的确定(1)已知入射点、入射方向和出射点、出射方向时,可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线,两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心。(如图甲所示)(2)已知入射方向和入射点、出射点的位置时,可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其中垂线,这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心。(如图乙所示)
3.半径的确定和计算
对点演练1.(多选)如图所示,在匀强磁场中有1和2两个质子在同一平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动,轨道半径r1>r2,轨道相切于P点,用T1、T2,v1、v2,a1、a2,t1、t2分别表示1、2两个质子的周期、线速度、向心加速度以及各自从经过P点算起到第一次通过图中虚线MN所经历的时间,则( )A.T1=T2B.v1=v2C.a1>a2D.t1
解析 (1)粒子的运动轨迹如图所示,作PQ的中垂线,过P作初速度的垂线,交点为O,则OP等于带电粒子做圆周运动的半径r,
1.直线边界(进出磁场具有对称性,如图甲所示)。
2.平行边界(存在临界条件,如图乙所示)。
3.圆形边界(沿径向射入必沿径向射出,如图丙所示)。
典例1.(2020全国Ⅱ卷)如图所示,在0≤x≤h,-∞0)的粒子以速度v0从磁场区域左侧沿x轴进入磁场,不计重力。(1)若粒子经磁场偏转后穿过y轴正半轴离开磁场,分析说明磁场的方向,并求在这种情况下磁感应强度的最小值Bmin。(2)如果磁感应强度大小为 ,粒子将通过虚线所示边界上的一点离开磁场。求粒子在该点的运动方向与x轴正方向的夹角及该点到x轴的距离。
思路点拨 根据粒子运动轨迹的偏转方向确定洛伦兹力的方向,再由左手定则确定磁场方向;分析临界问题时,应该清楚对于一定速率的确定粒子,轨迹半径与磁感应强度成反比关系。
规律方法 解答带电粒子在有界磁场中的临界极值问题的方法技巧
对点演练3.(多选)(2023安徽蚌埠模拟)如图所示,在直角三角形CDE区域内有磁感应强度为B垂直纸面向外的匀强磁场,P为直角边CD的中点,∠C=30°,CD的长度为2L,一束相同的带负电粒子以不同的速率从P点垂直于CD射入磁场,粒子的比荷为k,不计粒子间的相互作用和重力,则下列说法正确的是( )A.速率不同的粒子在磁场中运动时间一定不同
4.(2021广东卷)某种花瓣形电子加速器简化示意图如图所示。空间有三个同心圆a、b、c围成的区域,圆a内为无场区,圆a与圆b之间存在辐射状电场,圆b与圆c之间有三个圆心角均略小于90°的扇环形匀强磁场区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。各区磁感应强度恒定,大小不同,方向均垂直纸面向外。电子以初动能Ek0从圆b上P点沿径向进入电场。电场可以反向,保证电子每次进入电场即被全程加速。已知圆a与圆b之间电势差为U,圆b半径为R,圆c半径为 R,电子质量为m,电荷量为e,忽略相对论效应,取tan 22.5°=0.4。
(1)当Ek0=0时,电子加速后均沿各磁场区边缘进入磁场,且在电场内相邻运动轨迹的夹角θ均为45°,最终从Q点出射,运动轨迹如图中带箭头实线所示。求Ⅰ区的磁感应强度大小、电子在Ⅰ区磁场中的运动时间及在Q点出射时的动能;(2)已知电子只要不与Ⅰ区磁场外边界相碰,就能从出射区域出射。当Ek0=keU时,要保证电子从出射区域出射,求k的最大值。
典例2.如图所示,在x轴上方有方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场,在x轴下方也有垂直纸面的匀强磁场(图中未画出)。一个质量为m、电荷量为q的带负电粒子,在纸面内以大小为v的速度从O点与x轴负方向成60°角射入x轴上方磁场,粒子第1次经过x轴时的位置为P(图中未画出),第2次经过x轴时的位置为Q(图中未画出),且粒子从O点到P点的运动时间等于粒子从P点到Q点的运动时间,不计粒子受到的重力。求:(1)从P点到O点的距离;(2)x轴下方匀强磁场的磁感应强度大小和方向。
解析 (1)根据题意可知,粒子在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动,如图甲所示
①若x轴下方的磁场方向垂直纸面向外,粒子的运动轨迹如图乙所示由于粒子从O点到P点的运动时间等于粒子从P点到Q点的运动时间,则根据几何知识可知圆心角α1=α2=240°故有B下=B
②若x轴下方的磁场方向垂直纸面向里,粒子的运动轨迹如图丙所示由于粒子从O点到P点的运动时间等于粒子从P点到Q点的运动时间,
对点演练5.(2022山东临沂模拟)如图所示,由光滑弹性绝缘壁构成的等边三角形ABC容器的边长为a,其内存在垂直纸面向里的匀强磁场,小孔O是竖直边AB的中点,一质量为m、电荷量为+q的粒子(不计重力)从小孔O以速度v水平射入磁场,粒子与器壁多次垂直碰撞后(碰撞时无能量和电荷量损失)仍能从小孔O水平射出,已知粒子在磁场中运行的半径小于 ,则磁场的磁感应强度B最小值及对应粒子在磁场中运行时间t为( )
6.(2023河南安阳高三月考)科学家可以利用磁场对带电粒子的运动进行有效控制。如图所示,圆心为O、半径为r的圆形区域外存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外,磁感应强度大小为B。P是圆外一点,OP的长度为3r。一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子从P点在纸面内沿着与PO成θ=60°角的方向射出,不计粒子重力。若要求粒子不能进入圆形区域,则粒子运动速度v可以为( )
一、洛伦兹力1.洛伦兹力:磁场对 运动电荷 的作用力叫洛伦兹力。 2.洛伦兹力的方向(1)方向特点:F⊥B,F⊥v,即F垂直于B和v决定的 平面 。 B、v方向可成任意夹角 (2)判定方法:左手定则。 注意区分正、负电荷3.洛伦兹力的大小(1)v∥B时,洛伦兹力F=0。(θ=0°或180°)(2)v⊥B时,洛伦兹力F= qvB 。(θ=90°) (3)v=0时,洛伦兹力F=0。
4.洛伦兹力的特点——洛伦兹力永不做功。5.洛伦兹力与安培力的联系及区别(1)安培力是洛伦兹力的宏观表现,二者是相同性质的力,都是磁场力。(2)安培力可以做功,而洛伦兹力对运动电荷不做功。易错辨析·判一判(1)洛伦兹力的方向、粒子运动方向、磁场方向两两相互垂直。( × )(2)粒子在只受到洛伦兹力作用时运动的动能不变。 ( √ )
易错辨析·判一判(3)运动电荷进入磁场后(无其他力作用)可能做匀速直线运动。( √ )(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时,其运动半径与带电粒子的比荷有关。( √ )
1.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的思想方法和理论依据一般说来,要把握好“一找圆心,二定半径,三求时间”的分析方法。在具体问题中,要依据题目条件和情境而定。解题的理论依据主要是由牛顿第二
2.圆心的确定(1)已知入射点、入射方向和出射点、出射方向时,可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线,两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心。(如图甲所示)(2)已知入射方向和入射点、出射点的位置时,可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其中垂线,这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心。(如图乙所示)
3.半径的确定和计算
对点演练1.(多选)如图所示,在匀强磁场中有1和2两个质子在同一平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动,轨道半径r1>r2,轨道相切于P点,用T1、T2,v1、v2,a1、a2,t1、t2分别表示1、2两个质子的周期、线速度、向心加速度以及各自从经过P点算起到第一次通过图中虚线MN所经历的时间,则( )A.T1=T2B.v1=v2C.a1>a2D.t1
解析 (1)粒子的运动轨迹如图所示,作PQ的中垂线,过P作初速度的垂线,交点为O,则OP等于带电粒子做圆周运动的半径r,
1.直线边界(进出磁场具有对称性,如图甲所示)。
2.平行边界(存在临界条件,如图乙所示)。
3.圆形边界(沿径向射入必沿径向射出,如图丙所示)。
典例1.(2020全国Ⅱ卷)如图所示,在0≤x≤h,-∞
思路点拨 根据粒子运动轨迹的偏转方向确定洛伦兹力的方向,再由左手定则确定磁场方向;分析临界问题时,应该清楚对于一定速率的确定粒子,轨迹半径与磁感应强度成反比关系。
规律方法 解答带电粒子在有界磁场中的临界极值问题的方法技巧
对点演练3.(多选)(2023安徽蚌埠模拟)如图所示,在直角三角形CDE区域内有磁感应强度为B垂直纸面向外的匀强磁场,P为直角边CD的中点,∠C=30°,CD的长度为2L,一束相同的带负电粒子以不同的速率从P点垂直于CD射入磁场,粒子的比荷为k,不计粒子间的相互作用和重力,则下列说法正确的是( )A.速率不同的粒子在磁场中运动时间一定不同
4.(2021广东卷)某种花瓣形电子加速器简化示意图如图所示。空间有三个同心圆a、b、c围成的区域,圆a内为无场区,圆a与圆b之间存在辐射状电场,圆b与圆c之间有三个圆心角均略小于90°的扇环形匀强磁场区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。各区磁感应强度恒定,大小不同,方向均垂直纸面向外。电子以初动能Ek0从圆b上P点沿径向进入电场。电场可以反向,保证电子每次进入电场即被全程加速。已知圆a与圆b之间电势差为U,圆b半径为R,圆c半径为 R,电子质量为m,电荷量为e,忽略相对论效应,取tan 22.5°=0.4。
(1)当Ek0=0时,电子加速后均沿各磁场区边缘进入磁场,且在电场内相邻运动轨迹的夹角θ均为45°,最终从Q点出射,运动轨迹如图中带箭头实线所示。求Ⅰ区的磁感应强度大小、电子在Ⅰ区磁场中的运动时间及在Q点出射时的动能;(2)已知电子只要不与Ⅰ区磁场外边界相碰,就能从出射区域出射。当Ek0=keU时,要保证电子从出射区域出射,求k的最大值。
典例2.如图所示,在x轴上方有方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场,在x轴下方也有垂直纸面的匀强磁场(图中未画出)。一个质量为m、电荷量为q的带负电粒子,在纸面内以大小为v的速度从O点与x轴负方向成60°角射入x轴上方磁场,粒子第1次经过x轴时的位置为P(图中未画出),第2次经过x轴时的位置为Q(图中未画出),且粒子从O点到P点的运动时间等于粒子从P点到Q点的运动时间,不计粒子受到的重力。求:(1)从P点到O点的距离;(2)x轴下方匀强磁场的磁感应强度大小和方向。
解析 (1)根据题意可知,粒子在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动,如图甲所示
①若x轴下方的磁场方向垂直纸面向外,粒子的运动轨迹如图乙所示由于粒子从O点到P点的运动时间等于粒子从P点到Q点的运动时间,则根据几何知识可知圆心角α1=α2=240°故有B下=B
②若x轴下方的磁场方向垂直纸面向里,粒子的运动轨迹如图丙所示由于粒子从O点到P点的运动时间等于粒子从P点到Q点的运动时间,
对点演练5.(2022山东临沂模拟)如图所示,由光滑弹性绝缘壁构成的等边三角形ABC容器的边长为a,其内存在垂直纸面向里的匀强磁场,小孔O是竖直边AB的中点,一质量为m、电荷量为+q的粒子(不计重力)从小孔O以速度v水平射入磁场,粒子与器壁多次垂直碰撞后(碰撞时无能量和电荷量损失)仍能从小孔O水平射出,已知粒子在磁场中运行的半径小于 ,则磁场的磁感应强度B最小值及对应粒子在磁场中运行时间t为( )
6.(2023河南安阳高三月考)科学家可以利用磁场对带电粒子的运动进行有效控制。如图所示,圆心为O、半径为r的圆形区域外存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外,磁感应强度大小为B。P是圆外一点,OP的长度为3r。一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子从P点在纸面内沿着与PO成θ=60°角的方向射出,不计粒子重力。若要求粒子不能进入圆形区域,则粒子运动速度v可以为( )
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