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文档简介
1、考 纲 要 求三 年 考 情热 点 考 向考点要求2007年2008年2009年磁场对运动电荷的作用,洛伦兹力,带电粒子在匀强磁场中的运动(T19选择)(T25计算)宁夏理综(T24选择)四川理综(T21选择)(T4选择)(T25计算)天津理综(T23计算)宁夏理综(T24计算)(T21计算)(T25计算)(T25计算)北京卷(T19选择)福建卷(T21计算)天津卷(T11计算)(T14计算).1.从近年来的高考题可看出,高考对本章知识考查的频率很高,特别是带电粒子在复合场中的运动是当前高考的热点(见专题)带电粒子在匀强磁场中的圆周运动,也是高考的热点之一2本章高考题的题型有选择、有计算且多为
2、计算题,难度较大,常作为压轴题出现在试卷中3预计在2011年的高考中,本章仍是高考考查的重点特别是带电粒子在复合场中的运动考查的概率最大质谱仪,回旋加速器说明:洛伦兹力的计算限于v跟B平行或垂直两种情况第2课时 磁场对运动电荷的作用1洛伦兹力的大小(1)vB时,洛伦兹力F .(0或180)(2)vB时,洛伦兹力F .(90)(3)v0时,洛伦兹力F .0qvB02洛伦兹力的方向(1)判定方法:应用左手定则,注意四指应指向电流的方向即正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向(2)方向特点:FB,Fv,即F垂直于 决定的平面(注意B和v可以有任意夹角)B和v1洛伦兹力与安培力相比较安培力是洛伦兹力的宏
3、观表现,但各自的表现形式不同,洛伦兹力对运动电荷永远不做功,而安培力对通电导线可做正功,可做负功,也可不做功2洛伦兹力与电场力相比较1(2010深圳调研)如图1121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:由右手螺旋定则,电子束所处位置的磁场方向垂直纸面向外,由左手定则知,电子束将向上偏转,A项正确答案:A1若vB,带电粒子不受洛伦兹力,在匀强磁场中做 运动2若vB,带电粒子仅受洛伦兹力作用,在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做 运动匀速直线匀速圆周(1)向心力由洛伦兹力提供:qv
4、B ;(2)轨道半径公式:R ;(3)周期:T ;(周期T与速度v、轨道半径R无关)(4)频率:f ;(5)角速度: .2在同一匀强磁场中,质子和电子各自在垂直于磁场的平面内做半径相同的匀速圆周运动,质子的质量为mp,电子的质量为me,则()A质子与电子的速率之比等于me/mp B质子与电子的动量大小之比等于me/mpC质子与电子的动能之比等于me/mp D质子与电子的圆周运动周期之比等于me/mp答案:AC1电视显像管的工作原理电视显像管是应用电子束 (电偏转、磁偏转)的原理来工作的,使电子束偏转的 (电场、磁场)是由两对偏转线圈产生的显像管工作时,由阴极发射电子束,利用磁场来使电子束偏转,
5、实现电视技术中的 ,使整个荧光屏都在发光磁偏转磁场扫描2质谱仪(1)构造:如图1122所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成(2)原理:粒子由静止被加速电场加速,根据动能定理可得关系式 mv2 .粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转,做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律得关系式qvB .由两式可得出需要研究的物理量如粒子轨道半径、粒子质量、比荷r ,m , .qU3回旋加速器 (1)构造:如图1123所示,D1、D2是半圆金属盒,D形盒的缝隙处接 电源D形盒处于匀强磁场中 (2)原理:交流电的周期和粒子做圆周运动的周期 ,粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙,两盒间的电势差一次一
6、次地反向,粒子就会被一次一次地加速由qvB ,得Ekm ,可见粒子获得的最大动能由 和D形盒半径决定,与加速电压 交流相等磁感应强度无关3一回旋加速器,当电场的频率一定时,加速粒子的磁感应强度和加速质子的磁感应强度之比为()A11 B12 C21 D14解析:回旋加速器对粒子的加速过程必须保证电场频率等于圆周运动的频率,对质子f电 ;对粒子f电 ,可得B BH2BH.答案:C【例1】 (15分)如图1124所示,在磁感应强度为B的水平匀强磁场中,有一足够长的绝缘细棒OO在竖直面内垂直于磁场方向放置,细棒与水平面夹角为.一质量为m、带电荷量为q的圆环A套在OO棒上,圆环与棒间的动摩擦因数为,且t
7、an.现让圆环A由静止开始下滑,试问圆环在下滑过程中:(1)圆环A的最大加速度为多大?获得最大加速度时的速度为多大?(2)圆环A能够达到的最大速度为多大?解析:(1)由于tan ,所以环将由静止开始沿棒下滑环A沿棒运动的速度为v1时,受到重力mg、洛伦兹力qv1B、杆的弹力FN1和摩擦力Ff1FN1.根据牛顿第二定律,对圆环A沿棒的方向:mgsin Ff1ma(2分)垂直棒的方向:FN1qv1Bmgcos (2分)所以当Ff10(即FN10)时,a有最大值am,且amgsin (2分)此时qv1Bmgcos (2分)解得:v1 .(2分)(2)设当环A的速度达到最大值vm时,环受杆的弹力为FN
8、2,摩擦力为Ff2FN2.此时应有a0,即mgsin Ff2(1分)在垂直杆方向上:FN2mgcos qvmB(2分)解得:vm .(2分)对带电体在洛伦兹力作用下运动问题的分析思路1确定研究对象,并对其进行受力分析2根据物体受力情况和运动情况确定每一个运动过程所适用的规律(力学规律均适用) 总之解决这类问题的方法与纯力学问题一样,无非多了一个洛伦兹力要特别注意:(1)洛伦兹力不做功,在应用动能定理、机械能守恒定律时要特别注意这一点(2)注意洛伦兹力可能是恒力也可能是变力11如图1125所示,下端封闭、上端开口,高h5 m、内壁光滑的细玻璃管竖直放置,管底有一质量m10 g、电荷量q0.2 C
9、的小球整个装置以v5 m/s的速度沿垂直于磁场方向进入B0.2 T、方向垂直纸面向里的匀强磁场,由于外力的作用,玻璃管在磁场中的速度保持不变,最终小球从上端管口飞出取g10 m/s2.求:(1)小球的带电性(2)小球在管中运动的时间(3)小球在管内运动过程中增加的机械能解析:(1)小球受洛伦兹力方向向上,故小球带正电(2)小球的实际运动速度可分解为水平方向的速度v和竖直方向的速度vy.与两个分速度对应的洛伦兹力的分力分别是竖直方向的Fy和水平方向的Fx.其中,竖直方向的洛伦兹力FyqvB不变,在竖直方向上由牛顿第二定律得:qvBmgma.又有h at2,解得t1 s.(3)小球飞出管口时,竖直
10、方向的速度为:vyat.则小球飞出管口的合速度为:v合 动能增量Ek 重力势能的增量Epmgh.解上述各式得机械能增加量为EkEp1 J.答案:(1)带正电(2)1 s(3)1 J【例2】如图1126所示,直角三角形ABC中存在一匀强磁场,比荷相同的两个粒子沿AB方向射入磁场,分别从AC边上的P、Q两点射出,则()A从P射出的粒子速度大B从Q射出的粒子速度大C从P射出的粒子,在磁场中运动的时间长D两粒子在磁场中运动的时间一样长解析:作出各自的轨迹如图所示,根据圆周运动特点知,分别从P、Q点射出时,与AC边夹角相同,故可判定从P、Q点射出时,半径R1RN,由R ,知vMvN,所以选项C、D均正确
11、答案:ACD【例3】如图1128所示,在某空间实验室中,有两个靠在一起的等大的圆柱形区域,分别存在着等大反向的匀强磁场,磁感应强度B0.10 T,磁场区域半径r m,左侧区圆心为O1,磁场向里,右侧区圆心为O2,磁场向外两区域切点为C.今有质量m3.21026 kg.带电荷量q1.61019 C的某种离子,从左侧区边缘的A点以速度v106 m/s正对O1的方向垂直磁场射入,它将穿越C点后再从右侧区穿出求:图1128(1)该离子通过两磁场区域所用的时间(2)离子离开右侧区域的出射点偏离最初入射方向的侧移距离为多大?(侧移距离指垂直初速度方向上移动的距离)解析:(1)离子在磁场中做匀速圆周运动,在
12、左右两区域的运动轨迹是对称的,如下图,设轨迹半径为R,圆周运动的周期为T.由牛顿第二定律qvB 又:T 联立得:R T 将已知代入得R2 m由轨迹图知:tan ,则30则全段轨迹运动时间:t 联立并代入已知得:t s4.19106 s(2)在图中过O2向AO1作垂线,联立轨迹对称关系侧移总距离d2rsin 22 m.答案:(1)4.19106 s(2)2 m带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法三步法:1画轨迹:即确定圆心,几何方法求半径并画出轨迹2找联系:轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系,偏转角度与圆心角、运动时间相联系,在磁场中运动的时间与周期相联系3用规律:即牛顿第二定律和圆
13、周运动的规律,特别是周期公式,半径公式31如图1129所示,在半径为R的圆形区域内,有匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直于圆平面(未画出)一群比荷为 的负离子体以相同速率v0(较大),由P点在纸平面内向不同方向射入磁场中发生偏转后,又飞出磁场,则下列说法正确的是(不计重力)()A离子飞出磁场时的动能一定相等B离子在磁场中运动半径一定相等C由Q点飞出的离子在磁场中运动的时间最长D沿PQ方向射入的离子飞出时偏转角最大解析:射入磁场的粒子比荷相等,但质量不一定相等,故射入时初动能可能不等,又因为磁场对电荷的洛伦兹力不做功,故这些粒子从射入到射出动能不变,但不同粒子的动能可能不等,A项错误粒子在磁场中
14、偏转的半径为r ,由于比荷和速度都相等,磁感应强度B为定值,故所有粒子的偏转半径都相等,B正确同时各粒子在磁场中做圆周运动的周期T ,也相等,根据几何规律:圆内,较长的弦对应较大的圆心角,所以从Q点射出的粒子偏转角最大,在磁场内运动的时间最长,C对沿PQ方向射入的粒子不可能从Q点射出,故偏角不最大,D项错,选B、C两项答案:BC如图11210所示,长方形区域abcd,长ad0.6 m,宽ab0.3 m,O、e分别是ad、bc的中点,以ad为直径的半圆内有垂直纸面向里的匀强磁场(边界上无磁场),磁感应强度B0.25 T一群不计重力、质量m3107 kg、电荷量q2103 C的带电粒子以速度v51
15、02 m/s沿垂直ad的方向垂直于磁场射入磁场区域()图11210A从Od段射入的粒子,出射点全部分布在Oa段B从Oa段射入的粒子,出射点全部分布在ab边C从Od段射入的粒子,出射点分布在Oa段和ab边D从Oa段射入的粒子,出射点分布在ab边和bc边【错解】本题容易错选B,错误的主要原因是把粒子在磁场外的运动也当作匀速圆周运动,受思维定势的影响,不注意认真分析是导致错误的根本原因错解如下:从O点发出的粒子打到b点,从Oa间发出的粒子则均打在ab边解析:粒子在磁场中做匀速圆周运动,在磁场外做匀速直线运动,粒子在磁场中有qvB ,r 0.3 m从Od段射入的粒子,如果abcd区域均分布磁场,从O点射入的粒子刚好从b点射出,现半圆外区域没有磁场,粒子做直线运动,出射点在bc边上(如右图所示);从Oa段射入的粒子,出射点分布在ab边和
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