教科版高中物理选择性必修第二册第一章素养培优课(一)带电粒子在有界磁场中的运动课件

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素养培优课(一)　带电粒子在有界磁场中的运动第一章　磁场对电流的作用1．掌握几种常见有界磁场的分布特点。2．会分析直线边界、圆形边界磁场中带电粒子的运动轨迹。3．能利用几何知识求解粒子在磁场中做圆周运动的半径。4．会分析粒子在有界磁场中运动的临界、极值问题。关键能力·情境探究达成考点1　带电粒子在直线边界匀强磁场中的运动1．单平面边界的磁场问题从单平面边界垂直磁场射入的正、负粒子重新回到边界时的速度大小、速度方向和边界的夹角与射入磁场时相同。2．双平行平面边界的磁场问题 带电粒子由边界上P点以如图所示方向进入磁场。(1)当磁场宽度d与轨迹圆半径r满足r≤d 时(如图中的r1)，粒子在磁场中做半圆周运动后从进入磁场时的边界上的Q1点飞出磁场。(2)当磁场宽度d 与轨迹圆半径r 满足r>d 时(如图中的r2)，粒子将从另一边界上的Q2点飞出磁场。 思路点拨：(1)根据速度方向和粒子的电性画出运动轨迹，利用几何关系求出轨道半径。(2)粒子的运动具有对称性，即进、出磁场时的速度方向和边界的夹角相等。   规律方法　(1)要按照“画轨迹，找圆心，求半径(利用几何关系)”的基本思路进行。(2)解题过程中注意对称性的应用。    考点2　带电粒子在圆形边界匀强磁场中的运动1．在圆形匀强磁场区域内，沿径向对准磁场圆心射入的粒子一定沿径向射出。如图所示，磁场圆半径为R，粒子轨迹圆半径为r，带电粒子从P点对准磁场圆心O射入，由几何知识容易证明粒子从Q点飞出的速度方向的反向延长线必过磁场圆心O点。 甲　　　　乙 思路点拨：(1)粒子沿半径方向进入磁场后，仍会沿着半径方向射出磁场。(2)画出运动轨迹并求出轨道半径是解答本题的关键。    √ 考点3　带电粒子在有界磁场中的临界问题带电粒子在有界匀强磁场中做匀速圆周运动时，带电粒子速度大小的变化，引起带电粒子做圆周运动的半径发生变化。或者随着带电粒子速度方向的变化使带电粒子的运动状态在某一时刻发生变化。找到临界点对应的条件是解决此类问题的突破口。解决此类问题应注意以下结论：(1)刚好穿出或刚好不能穿出磁场的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切。(2)当以一定的速率垂直射入磁场时，运动的弧长越长、圆心角越大，则带电粒子在有界磁场中运动时间越长。(3)当比荷相同，速率v变化时，在匀强磁场中运动的圆心角越大的带电粒子，运动时间越长。   [答案]　(1)5×104 m/s　(2)1.6×10-6 s　(3)4.3×104 m/s规律方法　(1)带电粒子在有界匀强磁场中做匀速圆周运动的临界问题往往对应着一些特殊的词语，如“恰好”“刚好”“最大”“最小”“最高”“至少”等等，解题时应予以特别关注。(2)画出粒子运动的轨迹并根据几何知识求得此时带电粒子运动的轨道半径往往是求解此类问题的关键。 √ 题号素养培优练(一)　带电粒子在有界磁场中的运动1352468791011√  题号1352468791011题号2134568791011√ √题号2134568791011 题号3245687910111√ 题号3245687910111 题号4235687910111√ √题号4235687910111 题号2453687910111√5．(多选)(2023·全国甲卷)粒子物理研究中使用的一种球状探测装置横截面的简化模型如图所示。内圆区域有垂直纸面向里的匀强磁场，外圆是探测器。两个粒子先后从P点沿径向射入磁场，粒子1沿直线通过磁场区域后打在探测器上的M点。粒子2经磁场偏转后打在探测器上的N点。装置内部为真空状态，忽略粒子重力及粒子间相互作用力。下列说法正确的是(　　)A．粒子1可能为中子B．粒子2可能为电子C．若增大磁感应强度，粒子1可能打在探测器上的Q点D．若增大粒子入射速度，粒子2可能打在探测器上的Q点√题号2453687910111 题号2453687910111√ 题号2453687910111 题号2453768910111√ √题号2453768910111 题号2453867910111√8．(多选)(2023·全国甲卷)光滑刚性绝缘圆筒内存在着平行于轴的匀强磁场，筒上P点开有一个小孔，过P的横截面是以O为圆心的圆，如图所示。一带电粒子从P点沿PO射入，然后与筒壁发生碰撞。假设粒子在每次碰撞前、后瞬间，速度沿圆上碰撞点的切线方向的分量大小不变，沿法线方向的分量大小不变、方向相反；电荷量不变。不计重力。下列说法正确的是(　　)A．粒子的运动轨迹可能通过圆心OB．最少经2次碰撞，粒子就可能从小孔射出C．射入小孔时粒子的速度越大，在圆内运动时间越短D．每次碰撞后瞬间，粒子速度方向一定平行于碰撞点与圆心O的连线√题号2453867910111BD　[带电粒子从P点沿圆筒的半径进入磁场区域，若以O1为圆心做圆周运动，在A点与筒壁发生碰撞，则运动轨迹如图所示，由几何关系可知∠OAO1＝90°，所以粒子一定会沿圆筒的半径方向离开磁场，与筒壁碰撞后依然沿圆筒的半径方向，所以粒子不可能通过圆心O，且每次碰撞后瞬间，粒子的速度方向一定平行于碰撞点与圆心O的连线，故A错误，D正确；由对称性可知，粒子至少需要碰撞2次才能从P点离开，B正确；若粒子运动一周不能从P点离开，则运动时间无法确定，故C错误。]题号9245386710111 题号9245386710111 题号9245386710111  题号924538671011110．“质子疗法”可以进行某些肿瘤治疗，质子先被加速至较高的能量，然后经磁场引向轰击肿瘤，杀死其中的恶性细胞。若质子由静止被长度为l＝4 m的匀强电场加速至v＝1.0×107 m/s，然后被圆形磁场引向后轰击恶性细胞。已知质子的质量为m＝1.67×10-27 kg，电荷量为e＝1.60×10-19 C。(1)求匀强电场电场强度大小；(2)若质子正对直径d＝1.0×10-2 m的圆形磁场圆心射入，被引向后的偏角为60°，求该磁场的磁感应强度大小；(3)若质子被引向后偏角为90°，且圆形磁场磁感应强度为10.44 T，求该圆形磁场的最小直径为多大。题号9245386710111 题号9245386710111 [答案]　(1)1.3×105 N/C　(2)12.1 T　(3)1.4×10-2 m题号924538671011111．如图所示，在屏蔽装置底部中心位置O点放一医用放射源，可通过细缝沿扇形区域向外辐射速率为v＝3.2×106 m/s的α粒子(带正电)。已知屏蔽装置宽和长满足AD＝2AB，α粒子的质量m＝6.64×10-27 kg，电荷量q＝3.2×10-19 C。若在屏蔽装置右侧条形区域内加一匀强磁场来隔离辐射，磁感应强度B＝0.332 T，方向垂直于纸面向里，整个装置放于真空环境中。试求：(以下运算结果可保留根号和π)题号9245386710111(1)若水平向右进入磁场的α粒子不从条形磁场隔离区的右侧穿出，试计算该粒子在磁场中运动的时间；(2)若所有的α粒子均不能从条形磁场隔离区的右侧穿出，则磁场的宽度d至少是多少；(3)若条形磁场的宽度d＝20 cm，则射出屏蔽装置的α粒子在磁场中运动的最短时间和最长时间分别是多少？题号9245386710111 题号9245386710111 题号9245386710111 题号9245386710111