优化探究高考物理一轮复习 9.2磁场对运动电荷的作用课件.ppt

想一想 如图所示是电子射线管示意图 接通电源后 电子射线由阴极沿x轴正方向射出 在荧光屏上会看到一条亮线 第2单元磁场对运动电荷的作用 基础探究 洛伦兹力 1 若将某一磁铁靠近射线管 会发生什么现象 2 影响亮线的偏转方向的因素有哪些 提示 1 亮线发生弯曲 2 运动电荷的电性运动方向 磁场方向 填一填 1 洛伦兹力定义 电荷在磁场中所受的力 2 洛伦兹力大小 1 v b时 f 0 2 v b时 f 3 v与b夹角为 时 f 3 洛伦兹力方向 1 判定方法 应用左手定则 注意四指应指向正电荷运动方向或负电荷运动的反方向 qvb qvbsin 运动 2 方向特点 f b f v 即f垂直于决定的平面 注意b和v可以有任意夹角 由于f始终v的方向 故洛伦兹力永不做功 b v 垂直于 想一想 1 下图中的几种情况 带电粒子做什么运动 2 试画出图中几种情况下带电粒子的运动轨迹 带电粒子在磁场中的运动 填一填 1 v b时的运动状态若v b 带电粒子不受洛伦兹力 在匀强磁场中做运动 2 v b时的运动状态若v b 带电粒子仅受作用 在垂直于磁感线的平面内以入射速度v的大小做运动 匀速直线 洛伦兹力 匀速圆周 基础自测1 下列说法正确的是 a 运动电荷在磁感应强度不为零的地方 一定受到洛伦兹力的作用b 运动电荷在某处不受洛伦兹力作用 则该处的磁感应强度一定为零c 洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能 也不能改变带电粒子的速度d 洛伦兹力对带电粒子不做功解析 运动电荷在磁感应强度不为零的地方 若运动方向与磁场方向平行 就不受洛伦兹力 a错 运动电荷在某处不受洛伦兹力 该处磁感应强度不一定为零 b错 洛伦兹力不能改变带电粒子的动能 但能改变带电粒子的速度方向 c错 洛伦兹力永不做功 d对 答案 d 2 如图所示 电子枪射出的电子束进入示波管 在示波管正下方有竖直放置的通电环形导线 则示波管中的电子束将 a 向上偏转b 向下偏转c 向纸外偏转d 向纸里偏转解析 由安培定则可判断通过示波管的磁场方向垂直纸面向外 由左手定则可知电子束在洛伦兹力作用下向上偏转 选项a正确 答案 a 3 两个电荷量相等的带电粒子 在同一匀强磁场中只受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动 下列说法中正确的是 a 若它们的运动周期相等 则它们的质量相等b 若它们的运动周期相等 则它们的速度大小相等c 若它们的轨迹半径相等 则它们的质量相等d 若它们的轨迹半径相等 则它们的速度大小相等答案 a 答案 c 互动探究 1 洛伦兹力和安培力从宏观上和微观上看有什么关系 2 洛伦兹力的方向与电荷运动的方向和磁场方向有什么样的关系 3 电荷在电场中和磁场中受力和运动特点有哪些区别 核心突破 1 洛伦兹力和安培力的关系洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力 而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现 2 洛伦兹力的特点 对洛伦兹力的理解 核心突破 1 洛伦兹力和安培力的关系洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力 而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现 2 洛伦兹力的特点 1 洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面 所以洛伦兹力只改变速度的方向 不改变速度的大小 即洛伦兹力永不做功 2 当电荷运动方向发生变化时 洛伦兹力的方向也随之变化 3 用左手定则判断负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时 要注意将四指指向电荷运动的反方向 3 洛伦兹力与静电力的比较 特别提醒 洛伦兹力对运动电荷永不做功 而安培力对通电导线可做正功 可做负功 也可不做功 典例1 在如图所示宽度范围内 用场强为e的匀强电场可使初速度是v0的某种正粒子偏转 角 在同样宽度范围内 若改用方向垂直于纸面向外的匀强磁场 使该粒子穿过该区域 并使偏转角也为 不计粒子的重力 问 1 匀强磁场的磁感应强度是多大 2 粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大 思路探究 1 带电粒子在匀强电场中做 运动 水平方向做 运动 竖直方向做 运动 运动时间 2 带电粒子在匀强磁场中做 运动 在磁场中运动的轨道半径 角和圆心角的关系 在磁场中的运动时间 答案 c 互动探究 1 你熟悉的常见有界磁场有哪些 带电粒子在有界磁场中运动的特点有哪些 2 带电粒子在有界磁场中运动时 如何确定圆心 半径 运动时间 核心突破 1 圆心的确定 1 基本思路 与速度方向垂直的直线和图中弦的中垂线一定过圆心 2 两种常见情形 已知入射方向和出射方向时 可通过入射点和出射点分别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a所示 图中p为入射点 m为出射点 带电粒子在有界匀强磁场中的运动 已知入射点和出射点的位置时 可以先通过入射点作入射方向的垂线 再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 如图甲b所示 图中p为入射点 m为出射点 2 带电粒子在不同边界磁场中的运动 1 直线边界 进出磁场具有对称性 如图乙 2 平行边界 存在临界条件 如图丙 3 圆形边界 沿径向射入必沿径向射出 如图丁 3 半径的确定和计算利用平面几何关系 求出该圆的可能半径 或圆心角 并注意以下两个重要的几何特点 3 半径的确定和计算利用平面几何关系 求出该圆的可能半径 或圆心角 并注意以下两个重要的几何特点 1 粒子速度的偏向角 等于圆心角 并等于ab弦与切线的夹角 弦切角 的2倍 如图所示 即 2 t 2 相对的弦切角 相等 与相邻的弦切角 互补 即 180 思路点拨 答案 b 2 2014年淮南模拟 如图所示 在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上 有两个质量和电荷量均相同的正负离子 不计重力 从点o以相同的速率先后射入磁场中 入射方向与边界成 角 则下列关于正负离子在磁场中的说法不正确的是 a 运动时间相同b 运动轨道的半径相同c 重新回到边界时速度的大小和方向相同d 重新回到边界的位置与o点距离相等 答案 a 带电粒子在匀强磁场中运动的临界 极值问题处理方法 方法概述 带电粒子在有界磁场中的运动问题一直是高考命题热点 因为有界磁场的存在打破带电粒子完整的圆周运动 由于存在 恰好 至少 最大 最小 等现象而出现了临界或极值问题 问题类型 1 临界问题的分析对象是临界状态 临界状态就是指物理现象从一种状态变化成另一种状态的中间过程 这时存在着一个过渡的转折点 此转折点即为临界状态点 与临界状态相关的物理条件则称为临界条件 临界条件是解决临界问题的突破点 2 所谓极值问题就是对题中所求的某个物理量最大值或最小值的分析或计算 解题思路 以题目中的 恰好 最大 最高 至少 等词语为突破口 借助半径r和速度v 或磁场b 之间的约束关系进行动态运动轨迹分析 确定轨迹圆和边界的关系 找出临界点 然后利用数学方法求解极值 1 临界问题的一般解题模式为 1 找出临界状态及临界条件 2 总结临界点的规律 3 解出临界量 4 分析临界量列出公式 2 极值问题的求解思路一般有以下两种 一是根据题给条件列出函数关系式进行分析 讨论 二是借助于几何图形进行直观分析 典例 2014年阜阳调研 14分 如图所示 中轴线pq将矩形区域mndc分成上下两部分 上部分充满垂直纸面向