2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 有界磁場(chǎng)單元練習(xí).doc
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2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 有界磁場(chǎng)單元練習(xí) 一、明確帶電粒子在磁場(chǎng)中的受力特點(diǎn) 1. 產(chǎn)生洛倫茲力的條件: ①電荷對(duì)磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng).磁場(chǎng)對(duì)與其相對(duì)靜止的電荷不會(huì)產(chǎn)生洛倫茲力作用. ②電荷的運(yùn)動(dòng)速度方向與磁場(chǎng)方向不平行. 2. 洛倫茲力大?。? 當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí),洛倫茲力f=0; 當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),洛倫茲力最大,f=qυB; 當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向有夾角θ時(shí),洛倫茲力f= qυBsinθ 3. 洛倫茲力的方向:洛倫茲力方向用左手定則判斷 4. 洛倫茲力不做功. 二、明確帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 帶電粒子在只受洛倫茲力作用的條件下: 1. 若帶電粒子沿磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng),即粒子速度方向與磁場(chǎng)方向平行,θ=0或180時(shí),帶電粒子粒子在磁場(chǎng)中以速度υ做勻速直線運(yùn)動(dòng). 2. 若帶電粒子的速度方向與勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直,即θ=90時(shí),帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以入射速度υ做勻速圓周運(yùn)動(dòng). ①向心力由洛倫茲力提供: ②軌道半徑公式: ③周期:,可見(jiàn)T只與有關(guān),與v、R無(wú)關(guān)。 三、充分運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)(尤其是幾何中的圓知識(shí),切線、弦、相交、相切、磁場(chǎng)的圓、軌跡的圓)構(gòu)建粒子運(yùn)動(dòng)的物理學(xué)模型,歸納帶電粒子在磁場(chǎng)中的題目類型,總結(jié)得出求解此類問(wèn)題的一般方法與規(guī)律。 1. “帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)”的基本型問(wèn)題 (1)定圓心、定半徑、定轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角是解決這類問(wèn)題的前提。確定半徑和給定的幾何量之間的關(guān)系是解題的基礎(chǔ),有時(shí)需要建立運(yùn)動(dòng)時(shí)間t和轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角α之間的關(guān)系()作為輔助。圓心的確定,通常有以下兩種方法。 ① 已知入射方向和出射方向時(shí),可通過(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)作垂直于入射方向和出射方向的直線,兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心(如圖9-1中P為入射點(diǎn),M為出射點(diǎn))。 圖9-1 圖9-2 圖9-3 ② 已知入射方向和出射點(diǎn)的位置,可以通過(guò)入射點(diǎn)作入射方向的垂線,連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn),作其中垂線,這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心(如圖9-2,P為入射點(diǎn),M為出射點(diǎn))。 (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)重要的特點(diǎn): ① 粒子速度的偏向角等于回旋角α,并等于AB弦與切線的夾角(弦切角θ)的2倍,如圖9-3所示。即:。 ② 相對(duì)的弦切角θ相等,與相鄰的弦切角θ/互補(bǔ),即θ+θ/=180o。 (3)運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定 粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間為T,當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)的圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角為α?xí)r,其運(yùn)動(dòng)時(shí)間可由下式表示。 注意:帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)具有對(duì)稱性。 ① 帶電粒子如果從一直線邊界進(jìn)入又從該邊界射出,則其軌跡關(guān)于入射點(diǎn)和出射點(diǎn)線段的中垂線對(duì)稱,入射速度方向、出射速度方向與邊界的夾角相等; ② 在圓形磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi),沿徑向射入的粒子,必沿徑向射出。 應(yīng)用對(duì)稱性可以快速地確定運(yùn)動(dòng)的軌跡。 一、帶電粒子在圓形磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 例1、(xx課標(biāo)Ⅰ18)如圖7半徑為R的圓是一圓柱形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的橫截面(紙面),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于紙面向外.一電荷量為q(q>0)、質(zhì)量為m的粒子沿平行于直徑ab的方向射入磁場(chǎng)區(qū)域,射入點(diǎn)與ab的距離為,已知粒子射出磁場(chǎng)與射入磁場(chǎng)時(shí)運(yùn)動(dòng)方向間的夾角為60,則粒子的速率為(不計(jì)重力) ( ) A. B. C. D. 應(yīng)用拓展:如圖15是某離子速度選擇器的原理示意圖,在一半徑為R的絕緣圓柱形筒內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向平行于軸線向外.在圓柱形筒上某一直徑兩端開(kāi)有小孔M、N,現(xiàn)有一束速率不同、比荷均為k的正、負(fù)離子,從M孔以α角入射,一些具有特定速度的離子未與筒壁碰撞而直接從N孔射出(不考慮離子間的作用力和重力).則從N孔射出的離子 ( ) A.是正離子,速率為 B.是正離子,速率為 C.是負(fù)離子,速率為 D.是負(fù)離子,速率為 例2、如圖,半徑為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域邊界跟軸相切于坐標(biāo)原點(diǎn)O,磁感強(qiáng)度,方向垂直紙面向里.在O處有一放射源S,可向紙面各個(gè)方向射出速度為的粒子.已知粒子質(zhì)量,電量,試畫(huà)出粒子通過(guò)磁場(chǎng)空間做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心軌道,求出粒子通過(guò)磁場(chǎng)空間的最大偏角. 例3、如圖所示,在一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi),兩個(gè)方向相反且都垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)分布在以直徑A2A4為邊界的兩個(gè)半圓形區(qū)域Ⅰ、Ⅱ中,A2A4與A1A3的夾角為60.一質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的粒子以某一速度從Ⅰ區(qū)的邊緣點(diǎn)A1處沿與A1A3成30角的方向射入磁場(chǎng),隨后該粒子沿垂直于A2A4的方向經(jīng)過(guò)圓心O進(jìn)入Ⅱ區(qū),最后再?gòu)腁4處射出磁場(chǎng).已知該粒子從射入到射出磁場(chǎng)所用的時(shí)間為t,求: (1)畫(huà)出粒子在磁場(chǎng)Ⅰ和Ⅱ中的運(yùn)動(dòng)軌跡; (2)粒子在磁場(chǎng)Ⅰ和Ⅱ中的軌道半徑R1和R2的比值; (3)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)中磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小(忽略粒子重力). 例4、如圖所示,在某空間實(shí)驗(yàn)室中,有兩個(gè)靠在一起的等大的圓柱形區(qū)域,分別存在著等大反向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.10 T,磁場(chǎng)區(qū)域半徑r= m,左側(cè)區(qū)域圓心為O1,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,右側(cè)區(qū)域圓心為O2,磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,兩區(qū)域切點(diǎn)為C.今有一質(zhì)量為m=3.210-26 kg、帶電荷量為q=1.610-19 C的某種離子,從左側(cè)區(qū)域邊緣的A點(diǎn)以速度v=1106 m/s正對(duì)O1的方向垂直射入磁場(chǎng),它將穿越C點(diǎn)后再?gòu)挠覀?cè)區(qū)域穿出.求: (1)該離子通過(guò)兩磁場(chǎng)區(qū)域所用的時(shí)間; (2)離子離開(kāi)右側(cè)區(qū)域的出射點(diǎn)偏離最初入射方向的側(cè)移距離為多大?(側(cè)移距離指在垂直初速度方向上移動(dòng)的距離) 二、帶電粒子在半無(wú)界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 例5、(xx廣東理綜21)如圖,兩個(gè)初速度大小相同的同種離子a和b,從O點(diǎn)沿垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng),最后打到屏P上,不計(jì)重力,下列說(shuō)法正確的有( ) A.a(chǎn)、b均帶正電 B.a(chǎn)在磁場(chǎng)中飛行的時(shí)間比b的短 C.a(chǎn)在磁場(chǎng)中飛行的路程比b的短 D.a(chǎn)在P上的落點(diǎn)與O點(diǎn)的距離比b的近 例6、如圖所示,在真空中坐標(biāo)平面的區(qū)域內(nèi),有磁感強(qiáng)度的勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向與平面垂直,在軸上的點(diǎn),有一放射源,在平面內(nèi)向各個(gè)方向發(fā)射速率的帶正電的粒子,粒子的質(zhì)量為,電量為,求帶電粒子能打到軸上的范圍. 三、帶電粒子在長(zhǎng)方形磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 例7、如圖5,長(zhǎng)為間距為的水平兩極板間,有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感強(qiáng)度為,兩板不帶電,現(xiàn)有質(zhì)量為,電量為的帶正電粒子(重力不計(jì)),從左側(cè)兩極板的中心處以不同速率水平射入,欲使粒子不打在板上,求粒子速率應(yīng)滿足什么條件. 圖5 例8、長(zhǎng)為L(zhǎng)的水平極板間,有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng),如圖所示,磁感強(qiáng)度為B,板間距離也為L(zhǎng),板不帶電,現(xiàn)有質(zhì)量為m,電量為q的帶正電粒子(不計(jì)重力),從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁感線以速度V水平射入磁場(chǎng),欲使粒子不打在極板上,可采用的辦法是:( ) l l r1 O V +q V A.使粒子的速度V- 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(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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