《高二物理学案：第三章 磁场 章末总结 学案（人教版选修3-1）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理学案：第三章 磁场 章末总结 学案（人教版选修3-1）（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章第三章 磁场磁场 章末总结章末总结 学案（人教版选修学案（人教版选修 3-1）来源:W一、 “磁偏转”与“电偏转”的区别 所谓“电偏转”与“磁偏转”是分别利用电场和磁场对运动电荷施加作用，从而控制其 运动方向，但电场和磁场对电荷的作用特点不同，因此这两种偏转有明显的差别. 磁偏转电偏转受力特征及 运动规律若 vB，则洛伦兹力 FBqvB，使粒子做匀速圆 周运动，v 的方向变化，又 导致 FB的方向变化，其运动规律可由 r和 TmvqB进行描述2mqB电场力 FEqE 为恒力，粒 子做匀变速曲线运动类 平抛运动，其运动规律可由vxv0，xv0t，vyt，yqEmt2进行描述12qEm偏转
2、情况粒子的运动方向能够偏转的 角度不受限制，Bt tt，且相等时vrqBm 间内偏转的角度相等粒子运动方向所能偏转的角度 E ，且相等时间内偏2 转的角度不同动能的 变化由于 FB始终不做功，所以 其动能保持不变由于 FE与粒子速度的夹角 越来越小，所以其动能不断 增大，并且增大得越来越快例 1 如图 1 所示，在空间存在一个变化的匀强电场和另一个变化的匀强磁场从 t1 s 开始，在 A 点每隔 2 s 有一个相同的带电粒子(重力不计)沿 AB 方向(垂直于 BC)以速度 v0射出，恰好能击中 C 点ABBCl，且粒子在点 A、C 间的运动时间小于 1 s电场 的方向水平向右，场强变化规律如图
3、 2 甲所示；磁感应强度变化规律如图乙所示，方向 垂直于纸面求：图 1图 2 (1)磁场方向； (2)E0和 B0的比值； (3)t1 s 射出的粒子和 t3 s 射出的粒子由 A 点运动到 C 点所经历的时间 t1和 t2之比变式训练 1 图 3 所示，在 y0 的空间中存在匀强电场，场强沿 y 轴负方向；在 y0 的空间中，存在匀强磁场，磁场方向垂直 xOy 平面向外一电荷量为 q、质量为 m 的带 正电的运动粒子，经过 y 轴上 yh 处的点 P1时速率为 v0，方向沿 x 轴正方向；然后， 经过 x 轴上 x2h 处的 P2点进入磁场，并经过 y 轴上 y2h 处的 P3点，不计粒子重
4、 力求：图 3 (1)电场强度的大小； (2)粒子到达 P2时速度的大小和方向； (3)磁感应强度的大小二、有界匀强磁场问题 1有界磁场及边界类型 (1)有界匀强磁场是指在局部空间存在着匀强磁场，带电粒子从磁场区域外垂直磁场方向 射入磁场区域，经历一段匀速圆周运动后，又离开磁场区域 (2)边界的类型，如图 4图 4 2解决带电粒子在有界磁场中运动问题的方法 解决此类问题时，先画出运动轨迹草图，找到粒子在磁场中做匀速圆周运动的圆心位置、 半径大小以及与半径相关的几何关系是解题的关键解决此类问题时应注意下列结论： (1)刚好穿出或刚好不能穿出磁场的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切 (2)
5、当以一定的速率垂直射入磁场时，运动的弧长越长，圆心角越大，则带电粒子在有界 磁场中运动时间越长 (3)当比荷相同，速率 v 不同时，在匀强磁场中运动的圆心角越大，运动时间越长例 2 半径为 r 的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子(不计重 力)从 A 点以速度 v0垂直磁场方向射入磁场中，并从 B 点射出AOB120，如图 5 所示，则该带电粒子在磁场中运动的时间为( )图 5A. B. C. D. 2r3v02 3r3v0r3v03r3v0 听课记录： 变式训练 2 图 6 是某离子速度选择器的原理示意图，在一半径 R10 cm 的圆柱形筒内 有 B1104 T 的匀强
6、磁场，方向平行于圆筒的轴线在圆柱形筒上某一直径两端开有小孔 a、b，分别作为入射孔和出射孔现有一束比荷 21011 C/kg 的正离子，以qm 不同角度 入射，最后有不同速度的离子束射出其中入射角 30，且不经碰撞而直 接从出射孔射出的离子的速度 v 的大小是( )图 6 A4105 m/s B2105 m/s C4106 m/s D2106 m/s 三、洛伦兹力作用下形成多解的问题 带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，由于某些条件不确定，使问题出现多解 1带电粒子电性不确定形成多解 带电粒子由于电性不确定，在初速度相同的条件下，正、负带电粒子在磁场中运动轨迹 不同 2磁场方向不确定形成多
7、解 对于某一带电粒子在磁场中运动，若只知道磁感应强度的大小，而不能确定方向，带电 粒子的运动轨迹也会不同 3临界状态不惟一形成多解 带电粒子在洛伦兹力作用下飞入有界磁场时，由于粒子运动轨迹呈圆弧状，因此，它可 能穿过去了，也可能转过大于 180的角度从入射界面这边反向飞出，于是形成了多解 4运动的重复性形成多解 带电粒子在部分是电场、部分是磁场的空间运动时，往往运动具有往复性，因而形成多 解 例 3 如图 7 所示，长为 L 的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为 B，板间距离为 L，极板不带电现有质量为 m、电荷量为 q 的带正电粒子(重力不计)， 从左边极板间中点处垂直磁场以
8、速度 v 水平入射欲使粒子不打在极板上，可采用的办 法是( )图 7A使粒子速度 vBqL4mB使粒子速度 v5BqL4mC使粒子速度 vBqL4mD使粒子速度vBqL4m5BqL4m听课记录： 变式训练 3 如图 8 所示，左右边界分别为 PP、QQ的匀强磁场的宽度为 d，磁感应 强度大小为 B，方向垂直纸面向里一个质量为 m、电荷量为 q 的微观粒子，沿图示方 向以速度 v0垂直射入磁场欲使粒子不能从边界 QQ射出，粒子入射速度 v0的最大值 可能是( )图 8A. B.Bqdm2 2BqdmC. D.2 2Bqdm2Bqd2m 【即学即练】 1. 三个完全相同的小球 a、b、c 带有相同
9、电量的正电荷，从同一高度由静止开始下落， 当落下 h1高度后 a 球进入水平向左的匀强电场，b 球进入垂直纸面向里的匀强磁场，如 图 9 所示，它们到达水平面上的速度大小分别用 va、vb、vc表示，它们的关系是( )图 9 Avavbvc Bvavbvc Cvavbvc Dvavbvc 2设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如图 10 所示，已知一 离子在电场力和洛伦兹力的作用下，从静止开始自 A 点沿曲线 ACB 运动，到达 B 点时 速度为零，C 点是运动的最低点，忽略重力，以下说法正确的是( )图 10 A离子必带正电荷 BA 点和 B 点位于同一高度 C离子在 C
10、点时速度最大 D离子到达 B 点时，将沿原曲线返回 A 点 3如图 11 所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电 场一带电粒子 a(不计重力)以一定的初速度由左边界的 O 点射入磁场、电场区域，恰 好沿直线由区域右边界的 O点(图中未标出)穿出若撤去该区域内的磁场而保留电场 不变，另一个同样的粒子 b(不计重力)仍以相同初速度由 O 点射入，从区域右边界穿出， 则粒子 b( )图 11 A穿出位置一定在 O点下方 B穿出位置一定在 O点上方 C运动时，在电场中的电势能一定减小 D在电场中运动时，动能一定减小 4如图 12 是质谱仪的工作原理示意图带电粒子被加速电场加速
11、后，进入速度选择 器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为 B 和 E.平板 S 上有可让 粒子通过的狭缝 P 和记录粒子位置的胶片 A1、A2.平板 S 下方有磁感应强度为 B0的匀强 磁场下列表述正确的是( )图 12 A质谱仪是分析同位素的重要工具 B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝 P 的带电粒子的速率等于EB D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P，粒子的荷质比越小 题号1 234 答案 5为了研究物质的微观结构，科学家必须用各种各样的加速器产生出速度很大的高能 粒子欧洲核子研究中心的粒子加速器周长达 27 km(图 13 中的大圆)，为什么加速器需 要那么
12、大的周长呢？图 136匀强磁场方向垂直于 xOy 平面，在 xOy 平面内，磁场分布在以 O 为中心的一个圆形 区域内一个质量为 m、电荷量为 q 的带电粒子由原点 O 开始运动，初速度为 v，方向 沿 x 正方向后来，粒子经过 y 轴上的 P 点，此时速度方向与 y 轴的夹角为 30，P 到 O 的距离为 L，如图 14 所示不计重力的影响求磁场的磁感应强度 B 的大小和 xOy平面上磁场区域的半径 R.图 14参考答案参考答案 知识体系构建运动 N BS 右 B I 左 B v FILmvqB2mqB 解题方法探究 例 1 (1)垂直纸面向外 (2)2v01 (3)2 解析 (1)由题图可
13、知，电场与磁场是交替存在的，即同一时刻不可能同时既有电场，又有磁场根据题意，对于同一粒子，从点 A 到点 C，它只受电场力或磁场力中的一种粒子能在电场力作用下从点 A 运动到点 C，说明受向右的电场力，又因场强方向也向右，故粒子带正电因为粒子能在磁场力作用下由点 A 运动到点C，说明它受到向右的磁场力，又因其带正电，根据左手定则可判断出磁场方向垂直于纸面向外(2)粒子只在磁场中运动时，它在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动因为 ABBCl，则运动半径 Rl.由牛顿第二定律知：qv0B0，则 B0.mv2 0Rmv0ql粒子只在电场中运动时，它做类平抛运动，从点 A 到点 B 方向上，有 lv0t.从
14、点 B 到点 C 方向上，有 a，l at2.解得 E0，则.qE0m122mv2 0qlE0B02v01(3)t1 s 射出的粒子仅受到电场力作用，则粒子由 A 点运动到 C 点所经历的时间t1，因 E0，则 t1.lv02mv2 0ql2mv0qE0t3 s 射出的粒子仅受到磁场力作用，则粒子由 A 点运动到 C 点所经历的时间 t2 T，14因为 T，所以 t2.故 t1t22.2mqB0m2qB0变式训练 1 (1) (2) v0 方向与 x 轴正向成 45角(第四象限内) (3)mv2 02qh2mv0qh解析 粒子运动的轨迹如图所示(1)设粒子从 P1运动到 P2的时间为 t，电场
15、强度的大小为 E，粒子在电场中的加速度为a，由牛顿第二定律及运动学公式有： qEmav0t2hat2h12由式解得 Emv2 02qh(2)粒子到达 P2时速度沿 x 方向的分量仍为 v0，以 v1表示速度沿 y 方向分量的大小，v表示速度大小， 表示速度和 x 轴的夹角，则有v 2ah2 1v v2 1v2 0tan v1v0由式解得 v1v0由式解得 v v0245(3)设磁场的磁感应强度为 B，在洛伦兹力作用下粒子做匀速圆周运动，设 r 为圆周运动的半径，由牛顿第二定律得qvBm.v2r此圆周与 x 轴和 y 轴的交点分别为 P2、P3，因为 OP2OP32h，45，由几何关系可知，连线 P2P3为圆轨道的直径，由此可求得r h.2由式解得 B.mv0qh例 2 D 从弧所对圆心角 60，知 t
