高考物理一轮复习方案 （高频考点+热点导练+历年高考题）第8章 第3节 磁场对运动电荷的作用课件 新人教版

第第3节节磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用考点考点1：洛伦兹力的特点：洛伦兹力的特点【例1】带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用下列表述正确的是()A洛伦兹力对带电粒子做功B洛伦兹力不改变带电粒子的动能C洛伦兹力的大小与速度无关D洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向切入点：洛伦兹力的方向总是与运动方向垂直【解析】洛伦兹力的方向与运动方向垂直，只改变速度的方向，不改变速度的大小，不对带电粒子做功，不改变带电粒子的动能，A错，B对，D错洛伦兹力的大小F=qvB，与速度有关，C错答案：B点评：本题从洛伦兹力的方向、及做功的角度考查洛伦兹力的特点考点考点2：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的问题：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的问题833002.090(2010)2xaayxyBOmqxyyaa 如图所示，在、范围内有垂直于平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为 坐标原点 处有一个粒子源，在某时刻发射大量质量为 、电荷量为 的带正电粒子，它们的速度大小相同，速度方向均在平面内，与 轴正方向的夹角分布在 范围内已知粒子在磁场中做圆【例2】周运动的半径介于到 之间，从发新课标卷射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一，求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的：(1)速度大小；(2)速度方向与y轴正方向夹角的正弦图8332vRmvmvqvBRRqB设粒子的发射速度为 ，粒子做圆周运动的轨道半径为 ，由牛顿第二定律和洛伦兹力公式，得，解得：【解析】2.42sinsincos2aRaCtTtOCAyaRRRaR 当 时，在磁场中运动时间最长的粒子，其轨迹是圆心为 的圆弧，圆弧与磁场的上边界相切，如图所示，设该粒子在磁场中运动的时间为 ，依题意，时，设最后离开磁场的粒子的发射方向与 轴正方向的夹角为 ，由几何关系可得：，点评：带电粒子在磁场中的做圆周运动的问题，涉及的物理知识比较单一，核心就是洛伦兹力提供带电粒子做圆周运动的向心力解决这类问题的关键是正确分析运动过程，作出运动轨迹图，找出物理量之间的几何关系22sincos16666(2)(2)sin.2210aqBRavm又：，解得：，题型一：洛伦兹力与力学、电学的综合问题题型一：洛伦兹力与力学、电学的综合问题【例3】(2011四川)如图834所示：正方形绝缘光滑水平台面WXYZ边长l=1.8m，距地面h=0.8m.平行板电容器的极板CD间距d=0.1m且垂直放置于台面，C板位于边界WX上，D板与边界WZ相交处有一小孔电容器外的台面区域内有磁感应强度B=1T、方向竖直向上的匀强磁场电荷量q=51013C的微粒静止于W处，在CD间加上恒定电压U=2.5V，板间微粒经电场加速后由D板所开小孔进入磁场(微粒始终不与极板接触)，然后由XY边界离开台面在微粒离开台面瞬时，静止于X正下方水平地面上A点的滑块获得一水平速度，在微粒落地时恰好与之相遇假定微粒在真空中运动、极板间电场视为匀强电场，滑块视为质点，滑块与地面间的动摩擦因数=0.2，取g=10m/s2.图834(1)求微粒在极板间所受电场力的大小，并说明两板的极性；(2)求由XY边界离开台面的微粒的质量范围；(3)若微粒质量m0=11013kg，求滑块开始运动时所获得的速度 1111.25 10N qUFdFCD微粒在极板间所受电场力大小为 代入数据 由微粒在磁场中的运动可判断微粒带正电荷，微粒由极板间电场加速，故 板为正极， 板【解析】为负极 22212mvUqmvRvqvBmR若微粒的质量为 ，刚进入磁场时的速度大小为 ，由动能定理 微粒在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，若圆周运动半径为 ，有 微粒要从XY边界离开台面，则圆周运动的边缘轨迹如图所示，半径的极小值与极大值分别为12141328 1 10kg2.89 10kglRRldm 联立，代入数据，有 (3)如图，微粒在台面以速度v做以O点为圆心，R为半径的圆周运动，从台面边缘P点沿与XY边界成角飞出做平抛运动，落地点Q，水平位移s，下落时间t.设滑块质量为M，滑动获得速度v0后在t内沿与平台前侧面成角方向，以加速度a做匀减速直线运动到Q，经过位移为k.由几何关系，可得20cos212lRRhtgsvtMgMakv tat 根据平抛运动， 对于滑块，由牛顿定律及运动学方程，有 2220(sin )2 (sin )cossinsin4.15m/s arcsin0.8(53 )ksdRs dRskv再由余弦定理，及正弦定理， 联立、和，并代入数据，解得：或点评：对于多过程、多对象的力电磁综合问题要运用程序法对各个对象依次分别进行分析分析清楚各对象的受力、运动情况是成功解答的前提与关键题型二：质谱仪与回旋加速器题型二：质谱仪与回旋加速器【例4】(2010江苏卷)1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器回旋加速器的工作原理如图835所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量为+q，在加速器中被加速，加速电压为U.加速过程中不考虑相对论效应和重力作用图835 (1)求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比； (2)求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t； (3)实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为Bm、fm，试讨论粒子能获得的最大动能Ekm. 1121211112211112121422 1rvqUmvvqv BmrmUrBqmUrBqrr设粒子第【解析】次经过狭缝后的半径为 ，速度为解得同理，粒子第 次经过狭缝后的半径则 22221 2222nnqUmvvqvBmRmTqBtnTBRtU设粒子到出口处被加速了 圈解得 mm2kmmm2mm32212mBBmqBfmBqBfmEmvffBvqv BmR加速电场的频率应等于粒子在磁场中做圆周运动的频率，即 当磁感应强度为时，加速电场的频率应为 粒子的动能 当时，粒子的最大动能由决定 222kmmmmmm222km222.mBmq B REmfffvf REmf R解得当时，粒子的最大动能由 决定解得点评：分析回旋加速器的问题，核心是要理解回旋加速器的工作条件，即：加速电场的频率与粒子做圆周运动的频率相等1.(2011海南)空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，图836中的正方形为其边界一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从O点入射这两种粒子带同种电荷，它们的电荷量、质量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子不计重力下列说法正确的是( )图836A入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同B入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同C在磁场中运动时间相同的粒子，其运动轨迹一定相同D在磁场中运动时间越长的粒子，其轨迹所对的圆心角一定越大答案：BD()BD180ACmvmrtqBqBO在磁场中半径，运动时间为转过圆心角，故正确，当粒子从 点所在的边上射出时，轨迹可以不同，【解析】但圆心角相同为，因而错2.(2011浙江)利用如图837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，具有不同速度的粒子从宽度为2d的缝垂直于板MN进入磁场，对于能够从宽度d的缝射出的粒子，下列说法正确的是( ) 图837答案：BCA(3)B2CDqBdLmdLBdBL粒子带正电射出粒子的最大速度为保持 和 不变，增大 ，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大保持 和 不变，增大 ，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大22minmaxmin3A2B2322CDdLRmvlqvBRRmvqBLqBdqvBvvvvRmmvL 根据带电粒子偏转方向和左手定则可知粒子带负电，故 错；速度最大粒子偏转半径为，由可得 正确；速度最小粒子半径为，由得，故正确；与 无关，【析】故解错误图8384.(2011淄博模拟)如图839所示，在x轴上方存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.在xOy平面内，从原点O处沿与x轴正方向成角(0)以速率v发射一个带正电的粒子(重力不计)则下列说法正确的是( )图839A若一定，v越大，则粒子在磁场中运动的时间越短B若一定，v越大，则粒子在磁场中运动的角速度越大C若v一定，越大，则粒子在磁场中运动的时间越短D若v一定，越大，则粒子在离开磁场的位置距O点越远答案： C2222.2ABC022DmTBqtTTtTvvmvrrBqOO粒子运动周期，当 一定时，粒子在磁场中运动时间，由于 、均与 无关，故 、 项错误， 项正确当 一定时，由知， 一定；当 从 变至的过程中， 越大，粒子离开磁场的位置距 点越远；当 大于时， 越大，粒子离开磁场的位置距 点越近【解】，故析项错误5.(2011惠州模拟)如图8310所示，圆形区域内有垂直于纸面方向的匀强磁场，一束质量和电荷量都相同的带电粒子以不同的速率沿着相同的方向对准圆心O射入匀强磁场，又都从该磁场中射出，这些粒子在磁场中的运动时间有的较长，有的较短若带电粒子在磁场中只受磁场力的作用，则在磁场中运动时间越长的带电粒子( )A速率一定越小B速率一定越大C在磁场中通过的路程越长D在磁场中的周期一定越大图8310A22A.mmvTrqBqBvtT由，可知粒子周期不变，又，可知线速度越大，半径越大，偏转角 越小，圆心角等于偏转角 ，因此在磁场中运动时间越长的带电粒子速率一定越小，【】所以选解析6.如图8311所示，相距为R的两块平行金属板M、N正对着放置，S1、S2分别为M、N板上的小孔，S1、S2、O三点共线，它们的连线垂直M、N，且S2O=R.以O为圆心、R为半径的圆形区域内存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场D为收集板，板上各点到O点的距离以及板两端点的距离都为2R，板两端点的连线垂直M、N板质量为m、带电量为+q的粒子经S1进入M、N间的电场后，通过S2进入磁场粒子在S1处的速度和粒子所受的重力均不计(1)当M、N间的电压为U时，求粒子进入磁场时速度的大小v；(2)若粒子恰好打在收集板D的中点上，求M、N间的电压值U0；(3)当M、N间的电压不同时，粒子从S1到打在D上经历的时间t会不同，求t的最小值图8311 1221122SSqUmvqUvm【解析粒子从 到达 的过程中，根据动能定理得解得粒子进入磁场时速度的大小】 2220220222vqvBmrUrqB rUmDrRqB RUm粒子进入磁场后在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，有 由得，加速电压 与轨迹半径 的关系为 当粒子打在收集板 的中点时，粒子在磁场中运动的半径对应电压 333MNDtrRqBrqBRvmm、 间的电压越大，粒子进入磁场时的速度越大，粒子在极板间经历的时间越短，同时在磁场中运动轨迹的半径越大，在磁场中运动的时间也会越短，出磁场后匀速运动的时间也越短，所以当粒子打在收集板 的右端时，对应时间 最短 根据几何关系可以求得，对应粒子在磁场中运动的半径 由得粒子进入磁场时速度的大小12311232 33233333(3 3)3RmtvqBRmtvqBRmtvqBSDmttttqB粒子在电场中经历的时间粒子在磁场中经历的时间粒子出磁场后做匀速直线运动经历的时间粒子从 到打在收集板 上经历的最短时间为