高考物理二轮复习课件专题10磁场.ppt
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- 高考 物理 二轮 复习 课件 专题 10 磁场
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1、专题十专题十 磁场磁场2022-9-281场力比较项目电场力洛伦兹力重力力的大小FEq 与 电 荷的 运 动 情况 无 关,在 匀 强 电场 中 为 恒力与速度大小和方向有关,电荷静止或速度方向平行于磁场方向时不受洛伦兹力电荷运动方向与磁场方向垂直时洛伦兹力最大,fqBvGmg与物体的运动状态无关,在地球表面附近可以看成一个恒力主干知识整合主干知识整合专题十专题十 主干知识整合主干知识整合一、三种场力的综合比较一、三种场力的综合比较2022-9-282专题十专题十 主干知识整合主干知识整合场力比较项目电场力洛伦兹力重力力的方向正电荷受到电场力方向与E方向相同负电荷受到电场力方向与E方向相反F与
2、E方向互相平行洛伦兹力方向垂直于磁场方向和速度方向所确定的平面用左手定则确定洛伦兹力的方向,应注意电荷的正负 方 向 总 是竖直向下 与 重 力 加速度方向相同2022-9-283专题十专题十 主干知识整合主干知识整合场力比较项目电场力洛伦兹力重力作用效果可以改变速度的大小和方向只能改变速度的方向,而不能改变速度的大小可以改变速度的大小和方向做功特点做多少功与路径无关,而与初末位置之 间 的 电 势 差 有关电场力做正功,电势能减少;电场力做负功,电势能增加洛伦兹力对电荷不做功,因为洛伦兹力方向总是和速度方向垂直做多少功与路径无关,而与初末位置之间的高度差有关重力做正功,重力势能减少;重力做负
3、功,重力势能增加2022-9-284专题十专题十 主干知识整合主干知识整合场力比较项目电场力洛伦兹力重力冲量特点都会对受力的带电粒子产生冲量:对匀强电场,则电场力为恒力,其冲量与电场力方向相同,可用IFt计算洛伦兹力往往是一个变力,其冲量一般不用IFt计算重力为恒力,其冲量与重力方向相同,可用IFt计算2022-9-285专题十专题十 主干知识整合主干知识整合二、带电粒子在电场和磁场中运动的比较二、带电粒子在电场和磁场中运动的比较运动形式比较项目带电粒子在匀强电场中加速(v0与电场线平行或为零)带电粒子在匀强电场中偏转(v0E)带电粒子在匀强磁场中匀速运动(v0与磁感线平行)带电粒子在匀强磁场
4、中偏转(v0与磁感线垂直)受力特点受到恒定的电场力;电场力做功不受磁场力作用受磁场力作用;但磁场力不做功运动特征匀变速直线运动类平抛运动匀速直线运动匀速圆周运动2022-9-286专题十专题十 主干知识整合主干知识整合运动形式比较项目带电粒子在匀强电场中加速(v0与电场线平行或为零)带电粒子在匀强电场中偏转(v0E)带电粒子在匀强磁场中匀速运动(v0与磁感线平行)带电粒子在匀强磁场中偏转(v0与磁感线垂直)研究方法牛顿运动定律匀变速运动规律牛顿运动定律匀变速运动公式正交分解法匀速直线运动公式牛顿运动定律向心力公式圆的几何知识2022-9-287专题十专题十 主干知识整合主干知识整合表 达方式如
5、何求运动时间、速度和位移如何求飞行时间、偏移量和偏转角如何求时间和偏转角用 匀 变 速直线运动的基本公式、导出公式和推论求解时间:飞出电场t打在极板上t偏移量:yat2偏转角:tan 时间tT(是圆心角,T是周期)偏转角sin(l是磁场宽度,R是粒子轨道半径)2022-9-288专题十专题十 主干知识整合主干知识整合运 动 形式比 较 项目带电粒子在匀强电场中加速(v0与电场线平行或为零)带电粒子在匀强电场中偏转(v0E)带 电 粒 子在 匀 强 磁 场中 匀 速 运 动(v0与磁感线平行)带电粒子在匀强磁场中偏转(v0与磁感线垂直)运 动 情景2022-9-289专题十专题十 主干知识整合主
6、干知识整合三、带电粒子三、带电粒子(质点质点)在复合场中的运动在复合场中的运动1带电质点带电质点(考虑重力考虑重力)在复合场中的运动在复合场中的运动(1)带点质点在复合场中的运动有两种情况:一是带点质点在复合场中的运动有两种情况:一是“叠加式叠加式”复合场,即重力场、电场和磁场三者或其中任意两者共存于同一复合场,即重力场、电场和磁场三者或其中任意两者共存于同一区域的场;一是区域的场;一是“组合式组合式”复合场,指电场与磁场同时存在,但复合场,指电场与磁场同时存在,但不重叠出现在同一区域的情况带电质点在复合场中的运动不重叠出现在同一区域的情况带电质点在复合场中的运动(包包括平衡括平衡),说到底仍
7、然是一个力学问题,只要掌握好不同的场对,说到底仍然是一个力学问题,只要掌握好不同的场对带电体作用力的特点,从分析带电体的受力情况和运动情况着手,带电体作用力的特点,从分析带电体的受力情况和运动情况着手,充分发掘隐含条件,建立清晰的物理情景,最终把物理模型转化充分发掘隐含条件,建立清晰的物理情景,最终把物理模型转化成数学表达式,即可求解成数学表达式,即可求解(2)解决复合场中带电质点运动的问解决复合场中带电质点运动的问题可从以下三个方面入手:动力学观点题可从以下三个方面入手:动力学观点(牛顿运动定律结合运牛顿运动定律结合运动学方程动学方程);2022-9-2810专题十专题十 主干知识整合主干知
8、识整合能量观点能量观点(动能定理和机械能守恒定律或能量守恒定律动能定理和机械能守恒定律或能量守恒定律);动量观点动量观点(动量定理和动量守恒定律动量定理和动量守恒定律)2带电粒子带电粒子(不计重力不计重力)在复合场中的运动在复合场中的运动(1)带电粒子在复合场中只受电场力和洛伦兹力的作用,电场带电粒子在复合场中只受电场力和洛伦兹力的作用,电场力的方向由电性和电场方向共同决定,洛伦兹力方向要用左手定力的方向由电性和电场方向共同决定,洛伦兹力方向要用左手定则准确判断则准确判断(2)对于对于“组合式组合式”的复合场中带电粒子的运动问的复合场中带电粒子的运动问题,往往是由粒子在电场和磁场中的两个运动题
9、,往往是由粒子在电场和磁场中的两个运动“连接连接”而成,因而成,因此对粒子经过连接点的速度大小和方向的分析是衔接两个运动的此对粒子经过连接点的速度大小和方向的分析是衔接两个运动的关键,一般是解题的突破口关键,一般是解题的突破口(3)“对称性对称性”是带电粒子在复合场是带电粒子在复合场中运动问题经常呈现的一个特点,成为解题的另一突破口中运动问题经常呈现的一个特点,成为解题的另一突破口2022-9-2811要点热点探究要点热点探究专题十专题十 要点热点探究要点热点探究 探究点一带电体在磁场中的运动探究点一带电体在磁场中的运动解带电粒子在磁场中运动的题,除了运用常规的解题思路解带电粒子在磁场中运动的
10、题,除了运用常规的解题思路(画画示意图、找示意图、找“圆心圆心”、定、定“半径半径”)之外,往往更侧重于运用数之外,往往更侧重于运用数学知识学知识(尤其是几何和三角知识尤其是几何和三角知识)进行分析一般情况下,在题目进行分析一般情况下,在题目涉及的众多的物理量和数学量中,涉及的众多的物理量和数学量中,“角度角度”是最最关键的一个量,是最最关键的一个量,它可以帮助我们找圆心、定方向、求时间,所以角度既是建立几它可以帮助我们找圆心、定方向、求时间,所以角度既是建立几何量与物理量之间关系式的一个纽带,又是沟通几何图形与物理何量与物理量之间关系式的一个纽带,又是沟通几何图形与物理模型的桥梁;其次是半径
11、,在审题过程中首先计算出带电粒子的模型的桥梁;其次是半径,在审题过程中首先计算出带电粒子的运动半径,有利于进一步发现题中隐含的几何关系,同时,半径运动半径,有利于进一步发现题中隐含的几何关系,同时,半径也是关联速度的重要物理量也是关联速度的重要物理量2022-9-2812专题十专题十 要点热点探究要点热点探究例例1 1可控热核聚变反应堆产生能量的方式和太阳类似,可控热核聚变反应堆产生能量的方式和太阳类似,因此,它被俗称为因此,它被俗称为“人造太阳人造太阳”热核反应的发生,需要几千热核反应的发生,需要几千万度以上的高温,因而反应中的大量带电粒子没有通常意义上万度以上的高温,因而反应中的大量带电粒
12、子没有通常意义上的容器可装人类正在积极探索各种约束装置,磁约束托卡马的容器可装人类正在积极探索各种约束装置,磁约束托卡马克装置就是其中一种如图克装置就是其中一种如图3 310101 1所示为该装置的简化模所示为该装置的简化模型有一个圆环形区域,区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,型有一个圆环形区域,区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,已知其截面内半径为已知其截面内半径为R1R11.0 m1.0 m,磁感应强度为,磁感应强度为B B1.0 T1.0 T,被,被约束粒子的比荷为约束粒子的比荷为4.04.0107 C/kg107 C/kg,该带电粒子从中空,该带电粒子从中空域与磁场交界面的域与磁场交界面的P
13、 P点以速度点以速度v0v04.04.0107 m/s107 m/s,沿环的半径,沿环的半径方向射入磁场方向射入磁场(不计带电粒子在运动过程中的相互作用,不计不计带电粒子在运动过程中的相互作用,不计带电粒子的重力带电粒子的重力)2022-9-2813专题十专题十 要点热点探究要点热点探究(1)为约束该粒子不穿越磁场外边界,求磁场区域的最小为约束该粒子不穿越磁场外边界,求磁场区域的最小外半径外半径R2.(2)若改变该粒子的入射速度若改变该粒子的入射速度v,使,使vv0,求该粒子从,求该粒子从P点点进入磁场开始到第一次回到进入磁场开始到第一次回到P点所需要的时间点所需要的时间t.2022-9-28
14、14专题十专题十 要点热点探究要点热点探究【点拨点拨】(1)粒子射出内圆的方向如何?进入磁场后做什粒子射出内圆的方向如何?进入磁场后做什么性质的运动?运动过程中能离开内圆圆心的最大距离是多么性质的运动?运动过程中能离开内圆圆心的最大距离是多少?少?(2)改变粒子速度后的运动情况如何?到再一次回到改变粒子速度后的运动情况如何?到再一次回到P点点需要经历什么过程?为解决这一问题你需要进行哪些定量计需要经历什么过程?为解决这一问题你需要进行哪些定量计算呢?算呢?2022-9-2815专题十专题十 要点热点探究要点热点探究例例1(1)2.41 m(2)5.74107【解析解析】(1)设粒设粒子在磁场中
15、做圆周运动的半径为子在磁场中做圆周运动的半径为R,则则qv0BR1.0 m如图所示,由几何关系得如图所示,由几何关系得R2RR2(1)m2.41 m2022-9-2816专题十专题十 要点热点探究要点热点探究(2)设粒子此时在磁场中做圆运动的半径为设粒子此时在磁场中做圆运动的半径为r,则则如图所示,由几何关系得如图所示,由几何关系得R2RR2(1)m2.41 m设粒子此时在磁场中做圆周运动的半径为设粒子此时在磁场中做圆周运动的半径为r,则则如图所示,由几何关系得如图所示,由几何关系得arctan30,POP602022-9-2817专题十专题十 要点热点探究要点热点探究故带电粒子进入磁场绕圆心
16、故带电粒子进入磁场绕圆心O转过转过360(18060)240又回到中空部分,粒子的运动轨迹如图所示,又回到中空部分,粒子的运动轨迹如图所示,故粒子从故粒子从P点进入磁场到第一次回到点进入磁场到第一次回到P点时,粒子在磁场中运点时,粒子在磁场中运动时间为动时间为t132TT粒子在中空部分运动时间为粒子在中空部分运动时间为t2,粒子运动总时间为粒子运动总时间为tt1t25.74107s2022-9-2818专题十专题十 要点热点探究要点热点探究【点评点评】为准确分析带电粒子在匀强磁场中的运动问为准确分析带电粒子在匀强磁场中的运动问题,通常必须通过定量运算才能深入审题,结合画几何图示题,通常必须通过
17、定量运算才能深入审题,结合画几何图示找出空间定量关系和隐含条件同时要特别注意理解并熟练找出空间定量关系和隐含条件同时要特别注意理解并熟练应用以下结论:应用以下结论:1一个方程:洛伦兹力提供向心力,即一个方程:洛伦兹力提供向心力,即qvB2两个角度:两个角度:(1)带电粒子与匀强磁场规则边界带电粒子与匀强磁场规则边界(直线边直线边界或圆周边界界或圆周边界)以多大夹角射入,就将以多大夹角射出;以多大夹角射入,就将以多大夹角射出;(2)带电粒子在匀强磁场中完成一段圆弧所引起的偏向角带电粒子在匀强磁场中完成一段圆弧所引起的偏向角(速度方向偏转的角度速度方向偏转的角度)等于这段圆弧所对应的圆心角等于这段
18、圆弧所对应的圆心角2022-9-2819专题十专题十 要点热点探究要点热点探究3三个确定:三个确定:(1)定圆心定圆心O粒子在其圆周轨迹上不同粒子在其圆周轨迹上不同位置的两点位置的两点A、B处所受洛伦兹力处所受洛伦兹力f洛作用线的交点为圆心,或洛作用线的交点为圆心,或弦弦AB的中垂线的中垂线OO与任一洛伦兹力与任一洛伦兹力f洛作用线的交点即为圆心;洛作用线的交点即为圆心;(2)定半径定半径由由r计算,或借助轨迹图示由几何关系、计算,或借助轨迹图示由几何关系、三角关系求解;三角关系求解;(3)定时间定时间由由tT(为圆弧对应的圆为圆弧对应的圆心,心,T为圆周运动的周期为圆周运动的周期)来求,或由
19、来求,或由t(s为圆弧弧长,为圆弧弧长,v为圆周运动的线速度为圆周运动的线速度)来求来求2022-9-2820专题十专题十 要点热点探究要点热点探究 广东卷广东卷 如图如图3 310102 2甲所示,在以甲所示,在以O O为圆心,内为圆心,内外半径分别为外半径分别为R1R1和和R2R2的圆环区域内,存在辐射状电场和垂直纸面的圆环区域内,存在辐射状电场和垂直纸面的匀强磁场,内外圆间的电势差的匀强磁场,内外圆间的电势差U U为常量,为常量,R1R1R0R0,R2R23R03R0,一,一电荷量为电荷量为q q、质量为、质量为m m的粒子从内圆上的的粒子从内圆上的A A点进入该区域,不计点进入该区域,
20、不计重力重力(1)(1)已知粒子从外圆上以速度已知粒子从外圆上以速度v1v1射出,求粒子在射出,求粒子在A A点的初速度点的初速度v0v0的大小的大小(2)(2)若撤去电场,如图乙所示,已知粒子从若撤去电场,如图乙所示,已知粒子从OAOA延长线与外圆延长线与外圆的交点的交点C C以速度以速度v2v2射出,方向与射出,方向与OAOA延长线成延长线成4545角,求磁感应强角,求磁感应强度的大小及粒子在磁场中运动的时间度的大小及粒子在磁场中运动的时间(3)(3)在图乙中,若粒子从在图乙中,若粒子从A A点进入磁场,速度大小为点进入磁场,速度大小为v3v3,方,方向不确定,要使粒子一定能够从外圆射出,
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