2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第10章 磁場(chǎng)教案 新人教版.doc
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2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第10章 磁場(chǎng)教案 新人教版教學(xué)目標(biāo)1. 知道磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線2. 能判斷通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場(chǎng)的方向3. 了解安培力、安培力的方向,會(huì)計(jì)算勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的安培力重點(diǎn):勻強(qiáng)磁場(chǎng)中安培力的受力分析、方向判斷以及計(jì)算難點(diǎn):勻強(qiáng)磁場(chǎng)中安培力的受力分析、方向判斷以及計(jì)算知識(shí)梳理一、磁場(chǎng)1磁場(chǎng)的方向:(1)磁感線在該點(diǎn)的切線方向;(2)規(guī)定在磁場(chǎng)中任意一點(diǎn)小磁針北極的受力方向(小磁針靜止時(shí)N極的指向)為該點(diǎn)處磁場(chǎng)方向。(3)對(duì)磁體:外部(NS),內(nèi)部(SN)組成閉合曲線;這點(diǎn)與靜電場(chǎng)電場(chǎng)線(不成閉合曲線)不同。(4)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向用安培左手定則判斷2地磁場(chǎng)的磁感線分布特點(diǎn):要明確三個(gè)問題:(磁極位置? 赤道處磁場(chǎng)特點(diǎn)?南北半球磁場(chǎng)方向?)(1)地球是一個(gè)巨大的磁體、地磁的N極在地理的南極附近,地磁的S極在地理的北極附近;(2)地磁場(chǎng)的分布和條形磁體磁場(chǎng)分布近似;(3)在地球赤道平面上,地磁場(chǎng)方向都是由北向南且方向水平(平行于地面);3磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)定義:在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電直導(dǎo)線,所受的安培力F跟電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L之乘積IL的比值叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度,定義式為。(條件是勻強(qiáng)磁場(chǎng),或非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中L很小,并且LB )磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,其方向就是磁場(chǎng)方向。單位是特斯拉,符號(hào)為T,1T=1N/(Am)=1kg/(As2)(2)對(duì)定義式的理解:定義式中反映的F、B、I方向關(guān)系為:BI,F(xiàn)B,F(xiàn)I,則F垂直于B和I所構(gòu)成的平面。定義式可以用來量度磁場(chǎng)中某處磁感應(yīng)強(qiáng)度,不決定該處磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,磁場(chǎng)中某處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小由磁場(chǎng)自身性質(zhì)來決定。磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,其矢量方向是小磁針在該處的北極受力方向,與安培力方向是垂直的。如果空間某處磁場(chǎng)是由幾個(gè)磁場(chǎng)共同激發(fā)的,則該點(diǎn)處合磁場(chǎng)(實(shí)際磁場(chǎng))是幾個(gè)分磁場(chǎng)的矢量和;某處合磁場(chǎng)可以依據(jù)問題求解的需要分解為兩個(gè)分磁場(chǎng);磁場(chǎng)的分解與合成必須遵循矢量運(yùn)算法則。二、安培力1安培力的大?。海?)安培力的計(jì)算公式:FBIL,條件為磁場(chǎng)B與直導(dǎo)體L垂直。(2)導(dǎo)體與磁場(chǎng)垂直時(shí),安培力最大;當(dāng)導(dǎo)體與磁場(chǎng)平行時(shí),導(dǎo)體與磁場(chǎng)平行,安培力為零。(3)FBIL要求L上各點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度相等,故該公式一般只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)。2安培力的方向:(1)安培力方向用左手定則判定:伸開左手,使大拇指和其余四指垂直,并且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi),把手放入磁場(chǎng)中,讓磁感線垂直穿入手心,并使伸開的四指指向電流方向,那么大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力方向。(2)F、B、I三者間方向關(guān)系:已知B、I的方向(B、I不平行時(shí)),可用左手定則確定F的唯一方向:FB,F(xiàn)I,則F垂直于B和I所構(gòu)成的平面,但已知F和B的方向,不能唯一確定I的方向。由于I可在圖中平面內(nèi)與B成任意不為零的夾角。同理,已知F和I的方向也不能唯一確定B的方向。3. 安培力的綜合運(yùn)用 (1)從能的轉(zhuǎn)化看,安培力做了多少正功,就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他能量(如動(dòng)能),安培力做了多少負(fù)功,表明就有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。 (2)安培力的力矩:勻強(qiáng)磁場(chǎng)中題型講解1. 磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度有一小段通電導(dǎo)線,長(zhǎng)為1cm,電流強(qiáng)度為5A,把它置于磁場(chǎng)中某點(diǎn),受到的磁場(chǎng)力為0.1 N,則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定是AB=2 TBB2 T CB2 TD以上情況都有可能【答案】C2. 受力分析BFISSvS(1)如圖所示,條形磁鐵放在水平桌面上,在其正中央的上方固定一根長(zhǎng)直導(dǎo)線,導(dǎo)線與磁鐵垂直,給導(dǎo)線通以垂直紙面向里的電流。用N表示磁鐵對(duì)桌面的壓力,用f表示桌面對(duì)磁鐵的摩擦力,導(dǎo)線中通電后與通電前相比較(A)N減小,f = 0 (B)N減小,f0(C)N增大,f = 0 (D) N增大,f 0【解析】 如圖1畫出一條通過電流I處的磁感線,電流I處的磁場(chǎng)方向水平向左,由左手定則知電流I受安培力方向豎直向上,根據(jù)牛頓第三定律知,電流對(duì)磁鐵的作用力F方向豎直向下,所以磁鐵對(duì)桌面壓力增大,而桌面對(duì)磁鐵無摩擦力作用。故選 (C)?!敬鸢浮奎c(diǎn)評(píng):此題若直接由直線電流的磁場(chǎng)對(duì)條形磁鐵的作用來分析,將很難得出結(jié)論。而先分析我們所熟悉的磁鐵對(duì)電流的作用,再由牛頓第三定律變換研究對(duì)象,過渡到條形磁鐵受力,就較容易得出結(jié)論。ba(2)如圖所示,兩根平行放置的導(dǎo)電軌道,間距為L(zhǎng),傾角為q,軌道間接有電動(dòng)勢(shì)為E(內(nèi)阻不計(jì))的電源,現(xiàn)將一根質(zhì)量為m、電阻為R的金屬桿ab與軌道垂直放于導(dǎo)電軌道上,軌道的摩擦和電阻均不計(jì),要使ab桿靜止,所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度至少多大?什么方向?【解析】 以金屬桿為研究對(duì)象,受力情況如下圖所示,當(dāng)安培力平行于軌道向上時(shí)F安最小。則mgsinq - F安= 0,F(xiàn)安=BIL, I= 。 mgBF安解得所以要使ab桿靜止至少加一個(gè)磁感強(qiáng)度大小為、方向垂直于軌道平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。3. 安培力的運(yùn)用shSabMNCEB(1)如圖所示,金屬棒MN質(zhì)量為m=5g,放在寬度為L(zhǎng)=1m的光滑水平金屬導(dǎo)軌上,勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直向上穿過導(dǎo)軌平面,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T,電容器的電容C=200F,電源電動(dòng)勢(shì)E=16V,導(dǎo)軌距離地面的高度為h=0.8m。將單刀雙擲開關(guān)S先擲向位置a,使電容器充電到穩(wěn)定狀態(tài);然后將開關(guān)S擲向位置b,金屬棒MN被水平拋出,落到距軌道末端水平距離s=6.4cm的位置。設(shè)在金屬棒通電的極短時(shí)間內(nèi)電流不變,取g=10m/s2,求金屬棒離開導(dǎo)軌后電容器兩極間的電壓?!窘馕觥?當(dāng)將單刀雙擲開關(guān)S先擲向位置a時(shí),電容器充電電荷量為C,當(dāng)開關(guān)S擲向位置b時(shí),電容器放電,電流流經(jīng)金屬棒MN,在此極短時(shí)間內(nèi)流經(jīng)金屬棒的電荷量為,棒拋出時(shí)的速度為v0,則由結(jié)論有:;棒平拋時(shí)滿足:,;最后電容器兩極板間的電壓U2滿足:。聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)解得:V。MNB(2)根據(jù)磁場(chǎng)對(duì)電流會(huì)產(chǎn)生作用力的原理,人們研制出一種新型的發(fā)射炮彈的裝置電磁炮,它的基本原理如圖所示。把待發(fā)射的炮彈(導(dǎo)體)放置在強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩平行導(dǎo)軌上,給導(dǎo)軌通以大電流,使炮彈作為一個(gè)截流導(dǎo)體在磁場(chǎng)作用下沿導(dǎo)軌加速運(yùn)動(dòng),并以某一速度發(fā)射出去,則( )A要使炮彈沿導(dǎo)軌向右發(fā)射,必須通以自M向N的電流B要想提高炮彈的發(fā)射速度,可適當(dāng)增大電流C要想提高炮彈的發(fā)射速度,可適當(dāng)增大磁感應(yīng)強(qiáng)度D使電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向同時(shí)反向,炮彈的發(fā)射方向也隨之反向。【解析】 要使炮彈沿導(dǎo)軌向右發(fā)射,必須使其受到向右的安培力,根據(jù)左手定則,通以電流的方向應(yīng)是從M到N。若使電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向同時(shí)反向,則發(fā)射方向不變。由F=IlB可知,增大電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度都能增大安培力,從而提高發(fā)射速度。應(yīng)選ABC,【答案】ABC第26講 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用教學(xué)目標(biāo)1. 知道質(zhì)譜儀,回旋加速器工作原理;知道回旋加速器中各物理量之間的關(guān)系.2. 掌握帶電粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律,了解質(zhì)譜儀,回旋加速器等裝置的其本原理.重點(diǎn):帶電粒子在磁場(chǎng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)難點(diǎn):帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的應(yīng)用知識(shí)梳理一、洛倫茲力1洛侖茲力的大小。(1)洛侖茲力計(jì)算式為FqvB,條件為磁場(chǎng)B與帶電粒子運(yùn)動(dòng)的速度v垂直。(2)當(dāng)vB,F(xiàn)0;當(dāng)vB,F(xiàn)最大。2洛侖茲力的方向。(1)洛侖茲力的方向用左手定則判定:伸開左手,使大拇指和其余四指垂直,并且都跟手掌在同一平面內(nèi),把手放入磁場(chǎng)中,讓磁感線垂直穿入掌心,四指指向正電荷的運(yùn)動(dòng)方向,那么,大拇指所指的方向就是正電荷所受洛侖茲力的方向;如果運(yùn)動(dòng)電荷為負(fù)電荷,則四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向。(2)F、v、B三者方向間的關(guān)系。已知v、B的方向,可以由左手定則確定F的唯一方向:Fv、FB、則F垂直于v和B所構(gòu)成的平面;但已知F和B的方向,不能唯一確定v的方向,由于v可以在v和B所確定的平面內(nèi)與B成不為零的任意夾角,同理已知F和v的方向,也不能唯一確定B的方向。3洛侖茲力的特性(1)安培力是大量運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。(2)無論電荷的速度方向與磁場(chǎng)方向間的關(guān)系如何,洛侖茲力的方向永遠(yuǎn)與電荷的速度方向垂直,因此洛侖茲力只改變運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向,不對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作功,也不改變運(yùn)動(dòng)電荷的速率和動(dòng)能。所以運(yùn)動(dòng)電荷垂直磁感線進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)僅受洛侖磁力作用時(shí),一定作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。(3)洛侖茲力是一個(gè)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)的力,這與重力、電場(chǎng)力有較大的區(qū)別,在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,電荷所受的電場(chǎng)力是一個(gè)恒力,但在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,若運(yùn)動(dòng)電荷的速度大小或方向發(fā)生改變,洛侖茲力是一個(gè)變力。二、電場(chǎng)力和洛侖茲力的比較 電場(chǎng)力洛侖茲力存在條件作用于電場(chǎng)中所有電荷僅對(duì)運(yùn)動(dòng)著的且速度不跟磁場(chǎng)平行的電荷有洛侖茲力作用大小F=qE與電荷運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)F=Bqv與電荷的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)方向力的方向與電場(chǎng)方向相同或相反,但總在同一直線上力的方向始終和磁場(chǎng)方向垂直對(duì)速度的改變可改變電荷運(yùn)動(dòng)速度大小和方向 只改變電荷速度的方向,不改變速度的大小做功可以對(duì)電荷做功,改變電荷的動(dòng)能不對(duì)電荷做功、不改變電荷的動(dòng)能偏轉(zhuǎn)軌跡在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn),軌跡為拋物線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)、軌跡為圓弧三、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)可見,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)周期T與帶電粒子的質(zhì)量和電量有關(guān),與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān),而與帶電粒子的速度大小無關(guān)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),其轉(zhuǎn)過圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角越大,運(yùn)動(dòng)時(shí)間就越長(zhǎng),時(shí)間與圓心角成正比T或、的兩個(gè)特點(diǎn):T、和的大小與軌道半徑(R)和運(yùn)行速率()無關(guān),只與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度(B)和粒子的荷質(zhì)比()有關(guān)荷質(zhì)比()相同的帶電粒子,在同樣的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,、和相同3 若速度方向與磁感線成任意角度,則帶電粒子在與磁感線平行的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng),在與磁感線垂直的方向上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),它們的合運(yùn)動(dòng)是螺線運(yùn)動(dòng)與B成(角,則粒子做等距螺旋運(yùn)動(dòng)4解題思路及方法(1)圓心的確定:因?yàn)槁鍌惼澚指向圓心,根據(jù)Fv,畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡中任意兩點(diǎn)(一般是射入和射出磁場(chǎng)的兩點(diǎn))的F的方向,沿兩個(gè)洛倫茲力F畫出延長(zhǎng)線,兩延長(zhǎng)線的交點(diǎn)即為圓心或利用圓心位置必定在圓中一根弦的中垂線上,作出圓心位置(2)半徑的確定和計(jì)算:利用平面幾何關(guān)系,求出該圓的可能半徑(或圓心角)并注意以下兩個(gè)重要的幾何特點(diǎn)(如圖所示):粒子速度的偏向角等于回旋角,并等于AB線與切線的夾角(弦切角)的2倍,即:;相對(duì)的弦切角相等,與相鄰的弦切角互補(bǔ),即:(3)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定:利用回旋角(即圓心角)與弦切角的關(guān)系,或者利用四邊形內(nèi)角和等于360計(jì)算出圓心角的大小,由公式可求出粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間(4)解析帶電粒子穿過圓形區(qū)域磁場(chǎng)問題??捎玫揭韵峦普摚貉匕霃椒较蛉肷涞牧W右欢ㄑ亓硪话霃椒较蛏涑鐾N帶電粒子以相同的速率從同一點(diǎn)垂直射入圓形區(qū)域的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí),若射出方向與射入方向在同一直徑上,則軌跡的弧長(zhǎng)最長(zhǎng),偏轉(zhuǎn)角有最大值且為2arcsin2arcsin在圓形區(qū)域邊緣的某點(diǎn)向各方向以相同速率射出的某種帶電粒子,如果粒子的軌跡半徑與區(qū)域圓的半徑相同,則穿過磁場(chǎng)后粒子的射出方向均平行(反之,平行入射的粒子也將匯聚于邊緣一點(diǎn))四、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1高中階段所涉及的復(fù)合場(chǎng)有四種組合形式,即:(1)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng);(2)磁場(chǎng)與重力場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng);(3)電場(chǎng)與重力場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng);(4)電場(chǎng)、磁場(chǎng)與重力場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)2帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)取決于帶電粒子所受的合外力及初速度,因此應(yīng)把帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況結(jié)合起來進(jìn)行分析當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受的合外力為零時(shí),帶電粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)(如速度選擇器);當(dāng)帶電粒子所受的重力與電場(chǎng)力等值、反向,由洛倫茲力提供向心力時(shí),帶電粒子在垂直磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng);當(dāng)帶電粒子所受的合外力是變力,且與初速度的方向不在一條直線上時(shí),粒子做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)軌跡也隨之不規(guī)范地變化因此,要確定粒子的運(yùn)動(dòng)情況,必須明確有幾種場(chǎng),粒子受幾種力,重力是否可以忽略3帶電粒子所受三種場(chǎng)力的特征(1)洛倫茲力的大小跟速度方向與磁場(chǎng)方向的夾角有關(guān)當(dāng)帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí),f洛0;當(dāng)帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),f洛qvB當(dāng)洛倫茲力的方向垂直于速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B所決定的平面時(shí),無論帶電粒子做什么運(yùn)動(dòng),洛倫茲力都不做功(2)電場(chǎng)力的大小為qE,方向與電場(chǎng)強(qiáng)度E的方向及帶電粒子所帶電荷的性質(zhì)有關(guān)電場(chǎng)力做功與路徑無關(guān),其數(shù)值除與帶電粒子的電荷量有關(guān)外,還與其始末位置的電勢(shì)差有關(guān)(3)重力的大小為mg,方向豎直向下重力做功與路徑無關(guān),其數(shù)值除與帶電粒子的質(zhì)量有關(guān)外,還與其始末位置的高度差有關(guān)注意:微觀粒子(如電子、質(zhì)子、離子)一般都不計(jì)重力;對(duì)帶電小球、液滴、金屬塊等實(shí)際的物體沒有特殊交代時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮其重力;對(duì)未知名的、題中又未明確交代的帶電粒子,是否考慮其重力,則應(yīng)根據(jù)題給的物理過程及隱含條件具體分析后作出符合實(shí)際的決定4帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的分析方法(1)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),應(yīng)根據(jù)平衡條件列方程求解(2)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),往往應(yīng)用牛頓第二定律和平衡條件列方程聯(lián)立求解(3)當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做非勻速曲線運(yùn)動(dòng)時(shí),應(yīng)選用動(dòng)能定理或動(dòng)量守恒定律列方程求解注意:如果涉及兩個(gè)帶電粒子的碰撞問題,要根據(jù)動(dòng)量守恒定律列方程,再與其他方程聯(lián)立求解由于帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的受力情況復(fù)雜,運(yùn)動(dòng)情況多變,往往出現(xiàn)臨界問題,這時(shí)應(yīng)以題目中的“恰好”、“最大”、“最高”、“至少”等詞語為突破口,挖掘隱含條件,并根據(jù)臨界條件列出輔助方程,再與其他方程聯(lián)立求解5. 運(yùn)用實(shí)例裝置原理圖規(guī)律速度選擇器若粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)磁流體發(fā)電機(jī)等離子體射入,受洛倫茲力偏轉(zhuǎn),使兩極板帶正、負(fù)電,兩極電壓為U時(shí)穩(wěn)定。霍爾效應(yīng)電磁流量計(jì) 質(zhì)譜儀電子經(jīng)U加速,從A孔入射經(jīng)偏轉(zhuǎn)打到P點(diǎn),比荷回旋加速器D形盒內(nèi)分別接頻率為的高頻交流電源兩極,帶電粒子在窄縫間電場(chǎng)加速,在D形盒內(nèi)偏轉(zhuǎn)五、質(zhì)譜儀:+-MSNBBEUab帶電粒子在電場(chǎng)中加速: 經(jīng)過速度選擇器:qVB=Eq從S孔射出粒子的速度: 加速電壓在磁場(chǎng)B中偏轉(zhuǎn):L=2r 得比荷: 質(zhì)量:因此,質(zhì)譜儀可以測(cè)帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素。在圖中一群帶正電的同位素經(jīng)電場(chǎng)加速后從S孔射出,打在膠片上a、b處,LaLb,qa=qb,mamb六、回旋加速器:1. 電場(chǎng)作用是加速帶電粒子,磁場(chǎng)作用是使帶電粒子偏轉(zhuǎn)改變運(yùn)動(dòng)方向,金屬盒既可當(dāng)交流電源的電極,又可以屏蔽外界電場(chǎng)。2. 條件:帶電粒子在磁場(chǎng)中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期等于交變電壓周期,即T電=。3. 帶電粒子最終能量Ek n=,能量與回旋加速器的直徑有關(guān),直徑越大,粒子獲得的能量就越大。4. 帶電粒子在D形金屬盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑是不等距分布的,粒子第n次進(jìn)入D形金屬盒的半徑為rn,粒子第第n+1次進(jìn)入D形金屬盒時(shí)的軌道半徑rn+1:n=,rn+1=, ,可見帶電粒子在D形金屬盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí),軌道是不等距分布的,越靠近D形金屬盒的邊緣,相鄰兩軌道的間距越小。5. 帶電粒子在回旋加速器內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間設(shè)帶電粒子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)為n ,加速電壓為U。因每加速一次粒子獲得能量為qU,每圈有兩次加速。結(jié)合Ek n=知,2nqU=,因此n=.帶電粒子在回旋加速器內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間t =nT=.=。6. 因?yàn)榻咏馑贂r(shí),由相對(duì)論可知,m隨v增大面增大,m變化引起粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期T變化,則TT電,加速條件不滿足,所以粒子不可能獲得很高的能量。題型講解1. 洛倫茲力右圖是科學(xué)史上一張著名的實(shí)驗(yàn)照片,顯示一個(gè)帶電粒子在云室中穿過某種金屬板運(yùn)動(dòng)的徑跡。云室旋轉(zhuǎn)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直照片向里。云室中橫放的金屬板對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。分析此徑跡可知粒子 A. 帶正電,由下往上運(yùn)動(dòng)B. 帶正電,由上往下運(yùn)動(dòng)C. 帶負(fù)電,由上往下運(yùn)動(dòng)D. 帶負(fù)電,由下往上運(yùn)動(dòng)【解析】粒子穿過金屬板后,速度變小,由半徑公式可知,半徑變小,粒子運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橛上孪蛏?;又由于洛侖茲力的方向指向圓心,由左手定則,粒子帶正電?!敬鸢浮緼 點(diǎn)評(píng):帶電粒子在只受洛侖茲力的作用下做運(yùn)動(dòng)。當(dāng)VB時(shí)f=0做勻速直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)當(dāng)VB時(shí),由洛侖茲力來提供向心力。確定圓心找半徑來分析2. 帶電粒子在有界磁場(chǎng)中(只受洛倫茲力)的運(yùn)動(dòng)如圖所示,空間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)方向?yàn)閥軸正方向,磁場(chǎng)方向垂直于xy平面(紙面)向外,電場(chǎng)和磁場(chǎng)都可以隨意加上或撤除,重新加上的電場(chǎng)或磁場(chǎng)與撤除前的一樣一帶正電荷的粒子從P(0,h)點(diǎn)以一定的速度平行于x軸正向入射這時(shí)若只有磁場(chǎng),粒子將做半徑為R0的圓周運(yùn)動(dòng);若同時(shí)存在電場(chǎng)和磁場(chǎng),粒子恰好做直線運(yùn)動(dòng)現(xiàn)在只加電場(chǎng),當(dāng)粒子從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到xR0平面(圖中虛線所示)時(shí),立即撤除電場(chǎng)同時(shí)加上磁場(chǎng),粒子繼續(xù)運(yùn)動(dòng),其軌跡與x軸交于M點(diǎn),不計(jì)重力,求:(1)粒子到達(dá)xR0平面時(shí)的速度方向與x軸的夾角以及粒子到x軸的距離(2)M點(diǎn)的橫坐標(biāo)xM【解析】(1)粒子做直線運(yùn)動(dòng)時(shí),有:qEqBv0做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),有:qBv0只有電場(chǎng)時(shí),粒子做類平拋運(yùn)動(dòng),則有:qEmaR0v0tvyat解得:vyv0粒子的速度大小為:vv0速度方向與x軸的夾角為:粒子與x軸的距離為:Hhat2h(2)撤去電場(chǎng)加上磁場(chǎng)后,有:qBvm解得:RR0此時(shí)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示圓心C位于與速度v方向垂直的直線上,該直線與x軸和y軸的夾角均為由幾何關(guān)系可得C點(diǎn)的坐標(biāo)為:xC2R0yCHR0h過C點(diǎn)作x軸的垂線,在CDM中,有:lCMRR0,lCDyCh解得:lDMM點(diǎn)的橫坐標(biāo)為:xM2R0【答案】(1)h(2)2R0點(diǎn)評(píng):無論帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)還是在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)角往往是個(gè)較關(guān)鍵的量3. 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)、組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題在地面附近的真空中,存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直電場(chǎng)方向水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),如圖1所示磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化情況如圖2所示該區(qū)域中有一條水平直線MN,D是MN上的一點(diǎn)在t0時(shí)刻,有一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的小球(可看做質(zhì)點(diǎn)),從M點(diǎn)開始沿著水平直線以速度v0做勻速直線運(yùn)動(dòng),t0時(shí)刻恰好到達(dá)N點(diǎn)經(jīng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn),小球在t2t0至t3t0時(shí)間內(nèi)的某一時(shí)刻,又豎直向下經(jīng)過直線MN上的D點(diǎn),并且以后小球多次水平向右或豎直向下經(jīng)過D點(diǎn)求: 1 2 (1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小(2)小球從M點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)到第二次經(jīng)過D點(diǎn)所用的時(shí)間(3)小球運(yùn)動(dòng)的周期,并畫出運(yùn)動(dòng)軌跡(只畫一個(gè)周期)【解析】(1)小球從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)時(shí),有:qEmg解得:E(2)小球從M點(diǎn)到達(dá)N點(diǎn)所用時(shí)間t1t0小球從N點(diǎn)經(jīng)過個(gè)圓周,到達(dá)P點(diǎn),所以t2t0小球從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)的位移xR小球從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)的時(shí)間t3所以時(shí)間tt1t2t32t0或t(31),t2t0(1)(3)小球運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的軌跡如圖所示小球的運(yùn)動(dòng)周期為:T8t0(或T)【答案】(1)(2)2t0(3)T8t0運(yùn)動(dòng)軌跡如圖414丙所示點(diǎn)評(píng):帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)或組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡形成一閉合的對(duì)稱圖形的試題在高考中屢有出現(xiàn)4. 常見的、在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用 一導(dǎo)體材料的樣品的體積為abc,A、C、A、C為其四個(gè)側(cè)面,如圖所示已知導(dǎo)體樣品中載流子是自由電子,且單位體積中的自由電子數(shù)為n,電阻率為,電子的電荷量為e,沿x方向通有電流I (1)導(dǎo)體樣品A、A兩個(gè)側(cè)面之間的電壓是_,導(dǎo)體樣品中自由電子定向移動(dòng)的速率是_(2)將該導(dǎo)體樣品放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向沿z軸正方向,則導(dǎo)體側(cè)面C的電勢(shì)_(填“高于”、“低于”或“等于”)側(cè)面C的電勢(shì)(3)在(2)中,達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),沿x方向的電流仍為I,若測(cè)得C、C兩側(cè)面的電勢(shì)差為U,試計(jì)算勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小【解析】(1)由題意知,樣品的電阻R根據(jù)歐姆定律:U0IR分析t時(shí)間定向移動(dòng)通過端面的自由電子,由電流的定義式I可得v(2)由左手定則知,定向移動(dòng)的自由電子向C側(cè)面偏轉(zhuǎn),故C側(cè)的電勢(shì)高于C側(cè)面(3)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),自由電子受到電場(chǎng)力與洛倫茲力的作用而平衡,則有:qqvB解得:B【答案】(1)(2)高于(3)點(diǎn)評(píng):本例實(shí)際上為利用霍耳效應(yīng)測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方法,而電磁流量計(jì)、磁流體發(fā)電機(jī)的原理及相關(guān)問題的解析都與此例相似5. 質(zhì)譜儀圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后,進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和E。平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2。平板S下方有強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。下列表述正確的是A質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外C能通過的狹縫P的帶電粒子的速率等于E/BD粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P,粒子的荷質(zhì)比越小【解析】由加速電場(chǎng)可見粒子所受電場(chǎng)力向下,即粒子帶正電,在速度選擇器中,電場(chǎng)力水平向右,洛倫茲力水平向左,如圖所示,因此速度選擇器中磁場(chǎng)方向垂直紙面向外B正確;經(jīng)過速度選擇器時(shí)滿足,可知能通過的狹縫P的帶電粒子的速率等于E/B,帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)則有,可見當(dāng)v相同時(shí),所以可以用來區(qū)分同位素,且R越大,比荷就越大,D錯(cuò)誤?!敬鸢浮緼BC點(diǎn)評(píng):能通過速度選擇器的速度相等,在磁場(chǎng)中由由于比荷不同半徑不同。6. 回旋加速器1932年,勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出了回旋加速器?;匦铀倨鞯墓ぷ髟砣鐖D所示,置于高真空中的D形金屬盒半徑為R,兩盒間的狹縫很小,帶電粒子穿過的時(shí)間可以忽略不計(jì)。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直。A處粒子源產(chǎn)生的粒子,質(zhì)量為m、電荷量為+q ,在加速器中被加速,加速電壓為U。加速過程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力作用。(1)求粒子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比;(2)求粒子從靜止開始加速到出口處所需的時(shí)間t;(3)實(shí)際使用中,磁感應(yīng)強(qiáng)度和加速電場(chǎng)頻率都有最大值的限制。若某一加速器磁感應(yīng)強(qiáng)度和加速電場(chǎng)頻率的最大值分別為Bm、fm,試討論粒子能獲得的最大動(dòng)能E。解析:(1)設(shè)粒子第1次經(jīng)過狹縫后的半徑為r1,速度為v1qu=mv12qv1B=m解得 同理,粒子第2次經(jīng)過狹縫后的半徑 則(2)設(shè)粒子到出口處被加速了n圈解得 (3)加速電場(chǎng)的頻率應(yīng)等于粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率,即當(dāng)磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度為Bm時(shí),加速電場(chǎng)的頻率應(yīng)為粒子的動(dòng)能當(dāng)時(shí),粒子的最大動(dòng)能由Bm決定解得當(dāng)時(shí),粒子的最大動(dòng)能由fm決定解得名師指引 掌握回旋加速器特征:為電場(chǎng)加速且每次加速粒子的增加的動(dòng)能相等。磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)且粒子在磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的頻率與交流電場(chǎng)的頻率相等,一個(gè)周期內(nèi)粒子加速兩次。粒子的最大動(dòng)能與D形盒的半徑有關(guān)- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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