高中物理二轮总复习磁场对运动电荷的作用教案.doc

第二十三讲磁场对运动电荷的作用
2010年命题特点
1.命题多以计算题形式出现，分值较高，难度较大.
2.综合共点力平衡，牛顿运动定律，能量守恒动能定理，圆周运动知识进行考查
3.联系实际考查学生分析问题能力，综合能力和利用数学方法解决问题能力
预计：2010年高考题目更趋于结合新技术或与生产实践相联系的综合题.
应试高分瓶颈
这部分内容的综合题对学生阅读理解空间想象及物理过程认识和物理规律的综合分析能力的要求非常高.学生应用数学知识，几何推理分析是突破的有效手段.
命题点1 洛伦兹力、带电粒子的圆周运动
命题点2 带电粒子依次在电场磁场中的运动
命题点3 带电粒子在复合场中的运动
命题点1 洛伦兹力、带电粒子的圆周运动
本类考题解答锦囊
带电粒子垂直进入磁场，磁场对运动电荷的作用力f洛=qvB，方向总跟带电粒子运动方向垂直，带电柱子做圆周运动，洛伦兹力始终不做功，运0动过程分析中画运动轨迹，最重要是确定圆心与半径.利用轨道半径公式和周期公式T=求解0有关问题.
Ⅰ 高考最新热门题
1 (典型例题)如图23—1—1(甲)真空室内存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度的大小B=0.60T，磁场内有一块平面感光板ab，板面与磁场方向平行，在距ab的距离l=16cm处，有一个点状的a放射源S，它向各个方向发射a粒子，a粒子的速度都是v=3.0×12010m／s，已知a粒子的电荷与质量之比= 5.0×107C／kg，现只考虑在图纸平面中运动的a粒子，求ab上被a粒子打中的区域的长度．
命题目的与解题技巧：通过在磁场空间某点向各个方向发射的带电粒子，受洛伦兹力作用做匀速圆周运动的情况考查考生的空间思维能力，运用几何关系作图，经过分析、综合建立正确的运动情景的能力．
[解析] 如图23—1—1(乙)a粒子带正电，故在磁场中沿逆时针方向做匀速圆周运动，用及表示轨道半径，有 qvB= ①
由此得R=，代入数值得R=10cm，可见2R>l>R
因朝不同方向发射的a粒子的圆轨道都过S，由此可知，某一圆轨迹在图中N左侧与ab相切，则此切点P1就是a粒子能打中的左侧最远点，为定出P1点的位置，可作平行于ab的直线cd，cd到dA的距离为R，以S为圆心，及为半径，作弧交cd于Q点，过Q点作oA的垂线，它与ab的交点即为P1，由图中几何关系得NP1= ②
再考虑N的右侧，任何a粒子在运动过程中离S的距离不可能超过2R，以2R为半径，S为圆心作圃，交于N右侧的P2点，此即右侧能打到的最远点．
由图中几何关系得NP2= ③
所求长度为P1P2=NP1+NP2 ④
代入数值P1P2=20cm
[答案] ab上被a粒子打中的区域的长度P1P2=20cm
2 (典型例题)如图23—1-2所示，正方形区域abcd中充满匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，一个氢核从ad边的中点m沿着既垂直于ad边又垂直于磁场的方向，以一定速度射入磁场，正好从ab边中点n射出磁场．若将磁场的磁感应强度变为原来的2倍，其他条件不变，则这个氢核射出磁场的位置是
A.在b、n之间某点 B．在n、a之间某点
C a点 D．在a、m之间某点
答案: C 指导：考查考生能否应用磁场对运动电荷作用的洛伦兹力，计算带电粒子在匀强磁场中圆周运动的半径，并描绘出运动轨迹的能力．根据r1=mv/Bq，r2=mv／2Bq=r1／2所以氢核射出磁场的位置是a点．
3 (典型例题)如图23—1-3为云室中某粒子穿过铅板P前后的轨迹室中匀强磁场的方向与轨迹所在平面垂直(图中垂直于纸面向里)，由此可知此粒子
A.一定正电
B.一定带负电
C.不带电
D.可能带正电，也可能带负电
答案: A 指导：从图中看出粒子在铝板上方运动轨迹的轨道半径较小，由R=知，粒子在铝板上方运动速度较小．由于粒子穿铝板过程中有能量损失，所以可以断定粒子一定是从铝板的下方穿过铝板到上方去的，再用左手定则可判断粒子一定带正电，故A项对．
4 (典型例题)如图23—1-4K-介子衰变的方程为K-→，其中 K-介子和介子带负的基元电荷，介子不带电，一个K-介子沿垂直磁场的方向射人匀强磁场中，其轨迹为圆弧 ■，衰变后产生的介子的轨迹为圆弧 ■,轨迹在P点相切，它们的半径Rk-与R之比为2：1. 介子的轨迹未画出，由此可知的动量大小与的动量大小之比为
A．1：1 B．1：2 C．1：3 D．1：6
答案: C 指导：由图示可知π-介子与K-介子的速度方向相反，又 K-介子衰变前后动量守恒，则介子的速度方向与π0介子的速度方向相反，PK-=Pπ- Pπ0 ①
根据粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，则evB= ，
∴=，又RK-:Rπ-=2：1
∴Pk-=2：1 ②
由①②两式得Pπ0=3Pπ- 即
Ⅱ 题点经典典类型题
1 (典型例题)从太阳和其他星体上放出的宇宙放射线中含有高能带电粒子，它们高速射向地球，这些粒子进入大气层，会使空气大量电离，也有的直接射到动植物上面伤害地球上的生命．地磁场可以对地球起到保护作用，避免了这些“天外来客”的伤害，如图23—1—5所示，则下列说法中正确的是
A.带电粒子进入地磁场后，速度减慢，最终停下来，根本不会到地球
B．带电粒子进入地磁场后，受到地磁场的作用发生偏转，从而避开了地球
C.地磁场对南北两极直射来的宇宙射线的阻挡作用强于赤道处
D．地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用赤道处强于两极处
命题目的与解题技巧：考查学生对地磁场的认识，用左手定则判断带电粒子受洛伦兹力的情况．
[解析] 带电粒子在地磁场中受洛伦兹力作用而偏转，但洛伦兹力不做功，A项错，B项对．由于直射地球的宇宙射线的运动方向在两极处与磁感线夹角较赤道处小得多，所以洛伦兹力较赤道处小，故C项错，D项对．
[答案] BD
2 (典型例题)如图23—1—6所示，一个质子和一个a粒子垂直于磁场方向从同一点射入一有界匀强磁场区域，若它们在磁场中运动轨迹是重合的，则它们在磁场中运动的过程中
A.两种粒子运动的时间相同
B．两种粒子的加速度大小相同
C.两种粒子的动能相同
D．两种粒子的动量变化量大小相同
答案: C 指导：若质子和α粒子在磁场中的运动轨迹重合，由 R= 可知.，mH=m,qH=e,mα=4m,qα=2e,,由可知A错，由可知B错，由 可知C正确，由△p=m△v可知D错误．
3 (典型例题)如图23—1-7所示，B为垂直于纸面向里的匀强磁场，小球带有不多的正电荷．让小球从水平、光滑、绝缘的桌面上的A点开始以初速度vo向右运动，并落在水平地面上，历时t1，落地点距A点的水平距离为s1；然后撤去磁场，让小球仍从A点出发向右做初速为vo的运动，落在水平地面上，历时t2，落地点距A点的水平距离为s2，则
A．s1>s2 B．t1>t2
C.两次落地速度相同
D.两次落地动能相同
答案: A，B，D 指导：有磁场时，在小球下落过程中有水平向右的分力和垂直向上的分力，故在水平方向为加速运动，s1>s2，如图D23-1所示，在竖直方向的加速度要比无磁场时小． 知有磁场时下落时间要大一些．(注：a1的加速度是变化的，但总比g要小．)由动能定理，因磁场力对小球不做功，所以两种情况下都只有重力做功，两次落地时小球的动能相同，因落地瞬间速度的方向不一样，故落地大小虽一样，但速度还是不同．
4 (典型例题)如图23—1-8所示，在一个半径为R的圆形区域内存着匀强磁场，磁场方向垂直于圆面向里．一个带电粒子从磁场边界的A点以指向圆心O的方向进入磁场区域内，粒子将做圆周运动到达磁场边界的C点，但在粒子经过D点时，恰好与一个原来静止在该的不带电的粒子碰撞，之后结合在一起形成新粒子，关于这个新粒子的运动情况；以下判断正确的是
A.新粒子的运动半径将减小，可能到达F点
B．新粒子的运动半径将增大，可能到达C点
C.新粒子的运动半径将不变，仍然到达C点
D．新粒子在磁场中的运动时间将变长
答案: CD 指导：设带电粒子的质量为m，电量为q，速度为v，不带电粒子的质量为"，两粒子碰后动量守恒，设速度为v则 mv=(M+m)v′．原带电粒子在磁场运动中的半径r=，现碰完后的运动半径R=显见R=r，所以新粒子的运动半径将不变，仍然到达C点．原粒子的周期t=，新粒子的周期 T=，新粒子的周O期T大于原粒子的周期 t，运动时间将变长．
Ⅲ 新高考命题方向预测
1 在匀强磁场中有一带电粒子做匀速圆周运动，当它运动到M点，突然与一不带电的静止粒子碰撞合为一体，碰撞后的运动轨迹应是(图23—1-9)中的哪一个?(实线为原轨 迹，虚线为碰后轨迹，且不计粒子的重力)
A.(a)图 B．(b)图 C.(c)图 D.(d)图
答案: A指导：由R=可知，决定转动 半径的因素是粒子的动量、电荷量和磁感应强度．
2 如图23—1—10所示，一束电子以大小不同的速度沿图示方向飞人横截面是一正方形的匀强磁场，下列判断正确的是
A.电子在磁场中运动的时间越长，其轨迹越长
B．电子在磁场中运动的时间越长，其轨迹线所对应的圆心角越长
C.在磁场中运动时间相同的电子，其轨迹线一定重合
D.电子的速率不同，它们在磁场中运动的时间一定不相同
答案: B 指导：由于R=，而电子束以不同速率进入同一磁场，m、B、q相同，大者偏转半径大．D23-2中表示几种不同速率的电子在磁场中的运动轨迹．由3、4、5可知，三者运动时间相同，但轨迹长短不同，所以A选项和C选项肯定错．又由3、4、5可知，电子的速率不同，但在磁场中运动时间可能相同，故D选项错．
另由公式t=与速率无关．所以，电子在磁场中的运动时间t仅与轨迹所对应的圆心角θ有关，圆心角越大，时间t越长．
3 如图23—1—11所示，ab是一弯管，其中心线是半径为R的一段圆弧，将弯管置于给定的匀强磁场中，磁场方向垂直于圆弧所在的平面(即纸面)，并且指向纸外，有一束粒子对准a端射入管，若粒子有不同的质量，不同的速度，但都是一价的正离子，则能沿中心线通过弯管的粒子必须
A.速度大小一定 B．质量大小一定
C.动量大小一定 D．动能大小一定
答案: C 指导：能通过弯管的粒子运动的半径相同．由R= 知，必须有相同的动量
4 在图23—1—12中，水平导线中有电流I通过，导线正下方的电子初速度的方向与电流I的方向相同，则电子将
A.沿路径a运动，轨迹是圆
B.沿路径a运动，轨迹半径越来越大
C.沿路径a运动，轨迹半径越来越小
D．沿路径b运动，轨迹半径越来越小
答案: B 指导：根据右手安培定则，可判断出直线电流在正下方的磁场方向垂直纸面向外，且离导线越远B越小，由左手定则，可判断出电子受洛伦兹力在该时刻竖直向下．由此断定电子沿路径a运动．由R=知，R逐渐增大．
5 如图23—1—13所示，在一个水平胶木圆盘上有一个带负电荷的金属块P随圆盘一起绕过O点的竖直轴匀速运动，圆盘转动的最大角速度为w.若在竖直方向加一向下的匀强磁场，仍然保持户随圆盘一起转动，圆盘依图示方向匀速转动的最大角速度w'，则下面判断正确的是
A.金属块受到的磁场力方向指向圆心O
B．金属块受到的磁场力方向背离圆心O
C．w<w'
D．w>w'
B,D指导:由图利用左手定则可判知,金属块受到的磁场力方向背离圆心O.无磁场时,当盘以最大角速度w转动时
fm=mw2·r ①
有磁场场时，当盘以最大角速度w′转动时，
fm-Bqarw′=mw′2·r ②
6 长为l的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图23—1—14所示，磁感应强度为B，板间距离也为l，板不带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子(不计重力)，从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是
A.使粒子的速度v<
B．使粒子的速度v>
C使粒子的速度v>
D.使粒子的速度<v<
答案: AB 指导：带电粒子不打在极板上的临界状态图如D 23-3所示，图(a)中，半径R=，图(b)中，半径R=
由
得v=
欲使粒子不打在极板上，半径R应小于或大于即
或