适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第10章磁场研专项素养提升课件

这是一份适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第10章磁场研专项素养提升课件，共25页。
一、典型物理模型指导突破:“平移圆”“放缩圆”“旋转圆”模型模型概述
考向分析带电粒子在匀强磁场运动中的临界极值问题是高考的热点之一,这类问题综合性强、难度大,对考生的科学思维等学科核心素养要求很高,能考查考生的理解能力、模型建构能力、逻辑推理能力和分析综合能力。一些特殊的临界极值问题可以用“动态圆”模型分析,有助于临界状态的暴露,适用条件是带电粒子射入磁场的速度大小或方向至少有一项保持不变。其中,“平移圆”模型中带电粒子的入射点发生变化,“放缩圆”模型和“旋转圆”模型中带电粒子从同一点进入磁场。
案例探究典例1.(“旋转圆”模型)如图所示,在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中有一粒子源,粒子源从O点在纸面内均匀向各个方向同时发射速率为v、比荷为k的带正电的粒子,PQ是在纸面内垂直磁场放置的厚度不计的挡板,挡板的P端与O点的连线与挡板垂直,距离为 ,且粒子打在挡板上会被吸收,不计带电粒子的重力与粒子间的相互作用,磁场分布足够大。sin 37°=0.6,cs 37°=0.8。(1)为使打在板上的粒子最多,则挡板至少多长?(2)若挡板足够长,则打在板上的粒子在磁场中运动的最长时间与最短时间的差值是多少?(3)若挡板足够长,则打在挡板上的粒子占所有粒子的百分比是多少?
典例2.( “平移圆”模型)(多选)利用如图所示装置可以选择一定速度范围内的带电粒子。图中板MN上方是磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,板上有两条宽度分别为2d和d的缝,两缝近端相距为L。一群质量为m、电荷量为q、速度不同的粒子,从宽度为2d的缝垂直于板MN进入磁场,不计粒子间的相互作用和重力,对于能够从宽度为d的缝射出的粒子,下列说法正确的是(　　)A.射出粒子带正电
C.保持d和L不变,增大B,射出粒子的最大速度与最小速度之差增大D.保持d和B不变,增大L,射出粒子的最大速度与最小速度之差增大答案 BC
典例3.(“放缩圆”模型)(多选)(2022新疆克拉玛依三模)如图所示,磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直纸面向里,图中虚线为磁场的边界,其中bc段是半径为R的四分之一圆弧,ab、cd的延长线通过圆弧的圆心,Ob长为R。一束质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子,在纸面内以不同的速率从O点垂直ab射入磁场,已知所有粒子均从圆弧边界射出,其中M、N是圆弧边界上的两点,不计粒子间的相互作用和重力。则下列说法正确的是(　　)A.从M点射出粒子的速率一定小于从N点射出粒子的速率B.从M点射出的粒子在磁场中运动的时间一定小于从N点射出的粒子在磁场中运动的时间
二、典型物理模型指导突破:圆形有界匀强磁场中的磁聚焦和磁发散模型模型概述
说明:磁聚焦和磁发散是相反的过程,满足运动的可逆性。
考向分析带电粒子在圆形边界磁场中的运动是高考试题常见的类型,对于该类问题,如果满足某种条件,应用“磁聚焦和磁发散”模型来分析问题,会达到事半功倍的效果。为了考查学生分析问题解决问题的能力,命题人常常将某种模型镶嵌在题目中。
案例探究典例4.(磁发散模型)(多选)如图所示,一圆形区域圆心为O,半径为R,P为边界上的一点,区域内有垂直于纸面的匀强磁场(图中未画出),磁感应强度大小为B。电荷量为q、 质量为m的相同带电粒子a、b(不计重力)从P点先后以大小相等的速度v=射入磁场,粒子a正对圆心射入,粒子b射入磁场时的速度方向与粒子a射入时的速度方向成θ角,已知粒子a与粒子b在磁场中运动的时间之比为3∶4,下列说法正确的是(　　)A.粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径r=RB.θ=60°C.θ=30°D.a、b粒子离开磁场时的速度方向也成θ角答案 AC
典例5.(磁聚焦模型)(2021湖南卷)带电粒子流的磁聚焦和磁控束是薄膜材料制备的关键技术之一。带电粒子流(每个粒子的质量为m、电荷量为+q)以初速度v垂直进入磁场,不计重力及带电粒子之间的相互作用。对处在xOy平面内的粒子,求解以下问题。
(1)如图甲所示,宽度为2r1的带电粒子流沿x轴正方向射入圆心为A(0,r1)、半径为r1的圆形匀强磁场中,若带电粒子流经过磁场后都汇聚到坐标原点O,求该磁场磁感应强度B1的大小。(2)如图甲所示,虚线框为边长等于2r2的正方形,其几何中心位于C(0,-r2)。在虚线框内设计一个区域面积最小的匀强磁场,使汇聚到O点的带电粒子流经过该区域后宽度变为2r2,并沿x轴正方向射出。求该磁场磁感应强度B2的大小和方向,以及该磁场区域的面积(无需写出面积最小的证明过程)。
(3)如图乙所示,虚线框Ⅰ和Ⅱ均为边长等于r3的正方形,虚线框Ⅲ和Ⅳ均为边长等于r4的正方形。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ中分别设计一个区域面积最小的匀强磁场,使宽度为2r3的带电粒子流沿x轴正方向射入Ⅰ和Ⅱ后汇聚到坐标原点O,再经过Ⅲ和Ⅳ后宽度变为2r4,并沿x轴正方向射出,从而实现带电粒子流的同轴控束。求Ⅰ和Ⅲ中磁场磁感应强度的大小,以及Ⅱ和Ⅳ中匀强磁场区域的面积(无需写出面积最小的证明过程)。