高考物理二輪復(fù)習(xí)簡(jiǎn)易通 專題九 帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)課件

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1、專題九帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)命題地區(qū)年份考查內(nèi)容及題號(hào)磁場(chǎng)基礎(chǔ)安培力帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)課標(biāo)全國(guó)2011T14、T18T252012T28T252013T18()、T17()山東2011T252012T232013T23命題地區(qū)年份考查內(nèi)容及題號(hào)磁場(chǎng)基礎(chǔ)安培力帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)廣東2011T352012T152013T21江蘇2011T152012T92013T15安徽20112012T19T222013T15T23命題地區(qū)年份考查內(nèi)容及題號(hào)磁場(chǎng)基礎(chǔ)安培力帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)浙江2011T20T222012T24

2、2013T20福建201120122013T22海南2011T102012T102013T9、T10T14說(shuō)明：以下物理概念、規(guī)律的敘述中，在后面的()內(nèi)正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”2磁感線：磁感線上各點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向；磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱；磁感線是閉合曲線，在磁鐵外部由N極指向S極，在磁鐵內(nèi)部由S極指向N極任意兩條磁感線都不相交()3電流的磁效應(yīng)：人們利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象()4安培力：磁場(chǎng)對(duì)電流的作用，F(xiàn)BILsin ，式中是電流方向與磁場(chǎng)方向的夾角，L為導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度閉合通電線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受的安培力的矢量和為零()5洛倫茲力：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用，F(xiàn)qvB(

3、條件vB)()6判斷電流磁場(chǎng)的安培定則：(1)對(duì)于通電直導(dǎo)線，用右手握住直導(dǎo)線，大拇指指向電流方向，彎曲的四指所指的方向就是直線電流周圍磁感線環(huán)繞的方向()(2)對(duì)于通電螺線管，用右手握住螺線管，彎曲的四指指向電流環(huán)繞方向，右手大拇指指向螺線管中心軸線上磁感線的方向(螺線管的N極)()(3)對(duì)于環(huán)形電流，讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線中心軸線上磁感線的方向()7判斷磁場(chǎng)力方向的左手定則(1)安培力：FBILsin 方向的判斷左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直，并且都跟手掌在一個(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

4、電流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向()(2)洛倫茲力：FqvB方向的判斷用左手定則判斷：四指必須指電流方向(不是速度方向)即正電荷定向移動(dòng)的方向，對(duì)負(fù)電荷，四指應(yīng)指負(fù)電荷定向移動(dòng)方向的反方向()8帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：(1)若速度vB時(shí)，則洛倫茲力F0，帶電粒子以速度v做勻速直線運(yùn)動(dòng)()答案1.2.3.(訂正：電流的周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)的現(xiàn)象叫做電流的磁效應(yīng))4.5.6.(1)(2)(3)7.(1)(2)8.(1)(2)1磁場(chǎng)的基本性質(zhì)是什么？磁現(xiàn)象的電本質(zhì)是指什么？怎樣用磁感線來(lái)描述磁場(chǎng)？提示：(1)基本性質(zhì)：磁場(chǎng)是一種物質(zhì)，存在于磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷周

5、圍，可傳遞它們之間的相互作用(2)磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：不論磁體的磁場(chǎng)還是電流的磁場(chǎng)，都是由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的(3)用磁感線描述磁場(chǎng)：磁感線的疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱；磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向磁感線不相交、不相切、不中斷，是閉合曲線誤區(qū)：誤認(rèn)為只在磁極的周圍才存在磁場(chǎng)易失分：不能熟練掌握六種典型磁場(chǎng)磁感線的分布特點(diǎn)2安培定則和左手定則有何區(qū)別？提示：安培定則：判斷直線電流和環(huán)形電流周圍磁場(chǎng)方向使用右手左手定則：判斷電流或運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中的受力方向易混：應(yīng)用時(shí)兩定則容易混淆3垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的帶電粒子只受洛倫茲力作用時(shí)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，畫出粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡是解決該類問(wèn)題的前提，其中確定軌

6、跡的圓心又是問(wèn)題的關(guān)鍵，如何確定粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心呢？提示：(1)若已知粒子軌跡上的兩點(diǎn)的速度方向，根據(jù)Fv，分別確定兩點(diǎn)處的洛倫茲力F的方向，其交點(diǎn)(或延長(zhǎng)線的交點(diǎn))，即為圓心(2)若已知粒子軌跡上的兩點(diǎn)和其中一點(diǎn)的速度方向，畫出粒子軌跡上的兩點(diǎn)連線(即過(guò)這兩點(diǎn)的圓的弦)作它的中垂線，并畫出已知點(diǎn)v的垂線，則中垂線與垂線的交點(diǎn)即為圓心(3)若已知粒子軌跡上的兩點(diǎn)并能求出半徑R，連接粒子軌跡上的兩點(diǎn)，并作連線的中垂線，從連線的端點(diǎn)到中垂線上的距離為R的點(diǎn)即為圓心(4)若已知粒子的入射方向和出射方向，且能求得粒子的軌道半徑R，但不知粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，延長(zhǎng)粒子的兩速度方向所在的直線，作兩

7、直線夾角的角平分線，在角平分線上找到距兩直線的距離為R的點(diǎn)即為圓心(5)若粒子沿圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)半徑方向垂直磁場(chǎng)射入，偏轉(zhuǎn)后離開磁場(chǎng)時(shí)速度方向的反向延長(zhǎng)線一定經(jīng)過(guò)圓心易失分：不能正確找出圓心，畫不出運(yùn)動(dòng)軌跡，使問(wèn)題的分析陷入死胡同4磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力為安培力，磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力為洛倫茲力，二者的本質(zhì)相同，都是性質(zhì)力，具有力的共性，二者的區(qū)別是什么？提示：安培力能對(duì)通電導(dǎo)體或線圈做功，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；由于洛倫茲力的方向始終與速度方向垂直，所以洛倫茲力永不做功，但洛倫茲力的分力可以對(duì)粒子做功誤區(qū)：錯(cuò)誤類比洛倫茲力與安培力，得出洛倫茲力能做功5如何求粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間？6復(fù)合場(chǎng)通常是

8、指哪幾種場(chǎng)？大體可分為哪幾種類型？帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的形式有哪幾種？提示：(1)復(fù)合場(chǎng)及其分類：復(fù)合場(chǎng)是指重力場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)并存的場(chǎng)，常有四種組合形式：電場(chǎng)與磁場(chǎng)；磁場(chǎng)與重力場(chǎng)；電場(chǎng)與重力場(chǎng)；電場(chǎng)、磁場(chǎng)與重力場(chǎng)(2)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做什么運(yùn)動(dòng)，取決于帶電粒子所受的合外力及初速度當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受的合外力為零時(shí)，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，洛倫茲力提供向心力時(shí)，帶電粒子在垂直于磁場(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，且與初速度方向不在一條直線上時(shí)，粒子做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧，也不是拋物線，由于帶電粒子可

9、能連續(xù)通過(guò)幾個(gè)情況不同的復(fù)合場(chǎng)區(qū)，因此粒子的運(yùn)動(dòng)情況也發(fā)生相應(yīng)的變化，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程可能由幾種不同的運(yùn)動(dòng)階段組成易失分：不能正確建立粒子的運(yùn)動(dòng)模型，不能與力學(xué)規(guī)律有機(jī)聯(lián)系7正常工作的回旋加速器中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)分別起什么作用？粒子的最大動(dòng)能與哪些因素有關(guān)？8什么是霍爾效應(yīng)和霍爾電壓？不同類型的霍爾元件如何判斷兩橫向側(cè)面電勢(shì)的高低？圖圖1 (2)霍爾元件：能產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的元件叫霍爾元件，有正電荷導(dǎo)電型霍爾元件(如空穴半導(dǎo)體材料)和電子導(dǎo)電型霍爾元件(如金屬霍爾元件和電子導(dǎo)電型半導(dǎo)體材料)判斷橫向兩側(cè)面電勢(shì)高低的方法是用左手定則，正電荷(空穴)聚集的側(cè)面電勢(shì)高，如上圖為正電荷導(dǎo)電型霍爾元件

10、是上側(cè)面電勢(shì)高，若為電子導(dǎo)電型元件，則情形正好相反易錯(cuò)：電子導(dǎo)電型霍爾元件橫向側(cè)面電勢(shì)高低的判斷9比較帶電粒子的“磁偏轉(zhuǎn)”和“電偏轉(zhuǎn)”的異同提示：帶電粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，受到的作用力是洛倫茲力，洛倫茲力的大小與粒子的速度大小、電荷量、磁感應(yīng)強(qiáng)度及速度與磁場(chǎng)方向的夾角都有關(guān)；而帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，受到的作用力是電場(chǎng)力，電場(chǎng)力的大小僅與粒子的電荷量及電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，而且洛倫茲力的方向要用左手定則來(lái)判斷，因此，帶電粒子的“磁偏轉(zhuǎn)”要比“電偏轉(zhuǎn)”在受力分析上更加困難在“磁偏轉(zhuǎn)”中(粒子僅受洛倫茲力作用)，由于洛倫茲力對(duì)粒子不做功，因此，粒子的動(dòng)能不會(huì)發(fā)生變化，即磁場(chǎng)不會(huì)改變粒子運(yùn)動(dòng)的快慢；易混：用相

11、同的方法和規(guī)律處理兩類偏轉(zhuǎn).猜想一對(duì)磁場(chǎng)的描述、安培力的考查命題依據(jù)：分析近三年的高考試題可以看出，該考點(diǎn)是高考的常考點(diǎn)，多以選擇題的形式考查預(yù)計(jì)2014年的高考命題該考點(diǎn)的內(nèi)容可能與多力平衡、磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加、電磁感應(yīng)等結(jié)合起來(lái)考查下面設(shè)計(jì)的考題以磁場(chǎng)對(duì)電流的作用為背景，從平衡的角度考查安培力的問(wèn)題，同時(shí)考查學(xué)生的空間想象能力試題設(shè)計(jì)1如圖2所示，質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L(zhǎng)的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于AA，并處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中當(dāng)導(dǎo)線中通過(guò)沿x軸正方向的電流，且導(dǎo)線保持靜止時(shí)，細(xì)線與豎直方向夾角為.則磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和大小可能為()當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿著y軸正方向時(shí)，安培力方向豎直向上，若mgBIL，則可使導(dǎo)線平

12、衡，B正確；當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿細(xì)線向上時(shí)，安培力垂直細(xì)線向下，不可能使導(dǎo)線平衡，D錯(cuò)誤答案BC猜想二對(duì)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的考查命題依據(jù)：從近三年的高考試題來(lái)看，該考點(diǎn)是高考的高頻考點(diǎn)在選擇題、計(jì)算題中都有出現(xiàn)，而計(jì)算題往往以綜合題(或壓軸題)的形式出現(xiàn)，難度大、分值高預(yù)計(jì)2014年可能從以下幾個(gè)角度命題：一是由于帶電粒子速度變化導(dǎo)致半徑和周期變化問(wèn)題；二是帶電粒子從一個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域到另一個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域?qū)е掳霃降淖兓?、軌跡的變化問(wèn)題；三是高科技設(shè)備中帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例分析，下面設(shè)計(jì)的兩個(gè)試題中“試題設(shè)計(jì)2”是已知運(yùn)動(dòng)軌跡，反推粒子的電性及比荷大小的關(guān)系，屬于信息給予型命題，是高考命題的一

13、個(gè)新思路，“試題設(shè)計(jì)3”是帶電粒子從一個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域到另一個(gè)反方向的磁場(chǎng)區(qū)域，屬分析判斷型命題，是預(yù)測(cè)2014年高考的一道好題解析本題考查帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)公式的應(yīng)用軌跡2對(duì)應(yīng)的粒子運(yùn)動(dòng)的半徑大，比荷相同時(shí)，軌跡2對(duì)應(yīng)的粒子速率較大，A錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)m1m2、v1v2時(shí)，又軌跡2對(duì)應(yīng)的粒子運(yùn)動(dòng)的半徑大，則q1q2，且都是負(fù)粒子流，C錯(cuò)誤，D正確答案BD3如圖4所示，空間存在兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的分界線是邊長(zhǎng)為3L的等邊三角形APC，D、E、F三點(diǎn)分別在PC、CA、AP邊上，AFPDCEL，分界線兩側(cè)的磁場(chǎng)方向相反且垂直于紙面，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同，均為B，分界線外的磁場(chǎng)區(qū)域足夠大現(xiàn)有一

14、質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電荷離子(不計(jì)重力)，從F點(diǎn)以速度v射向三角形圖圖4 (1)如果速度v的方向與PC邊平行，離子第一次到達(dá)分界線就經(jīng)過(guò)D點(diǎn)，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是多少？(2)如果改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和速度v的方向(速度v的方向均在紙平面內(nèi))，使離子第一次、第二次到達(dá)分界線時(shí)依次經(jīng)過(guò)D點(diǎn)和E點(diǎn)，求離子周期性運(yùn)動(dòng)的周期(3)再改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和速度v的方向(速度v的方向均在紙平面內(nèi))，能否仍使離子第一次、第二次到達(dá)分界線時(shí)依次經(jīng)過(guò)D點(diǎn)和E點(diǎn)？為什么？(2)連接D、E、F，可得DEF是等邊三角形，當(dāng)離子沿DFE的角平分線方向射入時(shí)，離子才能依次經(jīng)過(guò)D點(diǎn)、E點(diǎn)，其運(yùn)動(dòng)的各段軌跡依次是a

15、、b、c、d、e、f.回到F點(diǎn)，完成一個(gè)周期運(yùn)動(dòng)，如圖所示答案見解析猜想三帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的考查命題依據(jù)：高考對(duì)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的考查一直是重點(diǎn)和熱點(diǎn)，試題特點(diǎn)往往構(gòu)思新穎、綜合性強(qiáng)，突出考查考生對(duì)物理過(guò)程和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的綜合分析能力、運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力及空間想象能力考查時(shí)除了以常見的復(fù)合(組合)場(chǎng)為載體，還常以速度選擇器、質(zhì)譜儀、回旋加速器、電磁流量計(jì)等典型物理模型為核心來(lái)設(shè)置物理情境，考查考生的應(yīng)變能力以及對(duì)知識(shí)的遷移能力帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)考查的形式主要有電磁分離型：三場(chǎng)(或兩場(chǎng))分離，多過(guò)程結(jié)合，考查對(duì)直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的問(wèn)題；電磁正交型：三場(chǎng)(或兩場(chǎng))正交

16、，考查對(duì)直線運(yùn)動(dòng)和曲線運(yùn)的綜合分析預(yù)計(jì)2014年高考該考點(diǎn)內(nèi)容的命題角度可能與平衡問(wèn)題、圓周運(yùn)動(dòng)、類平拋運(yùn)動(dòng)等知識(shí)相結(jié)合從全新的角度，綜合性地考查考生的能力，如下面的“試題設(shè)計(jì)4”是以電子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多過(guò)程為背景的題目要求考生對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程有清晰的認(rèn)識(shí)，并且歸納出各個(gè)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、速度、時(shí)間、路程等物理量的比例關(guān)系，并能應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決具體的物理問(wèn)題，是預(yù)測(cè)明年高考?jí)狠S的一道好題試題設(shè)計(jì)4如圖5所示，在xOy平面內(nèi)的第四象限內(nèi)充滿著豎直向下的、電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，上下寬度為d；第一象限內(nèi)充滿垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B；x軸處有一很薄的隔離層一個(gè)電荷量為e、質(zhì)量為m、初速度為零的電子，從A點(diǎn)(0，d)開始被電場(chǎng)加速，經(jīng)隔離層從O點(diǎn)垂直進(jìn)入磁場(chǎng)，電子每次穿過(guò)隔離層，運(yùn)動(dòng)方向不變，其動(dòng)能損失是每次穿過(guò)前動(dòng)能的10%，不計(jì)電子所受重力圖圖5 (1)求電子每次通過(guò)x軸前后的速率；(2)為了使電子能通過(guò)S(L,0)點(diǎn)，試寫出L與E、e、m、B各物理量應(yīng)滿足的關(guān)系式；(3)在滿足第(2)小題的情況下，電子從O點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)到第一次經(jīng)過(guò)S點(diǎn)的過(guò)程中所用的時(shí)間；(4)電子從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)起到最終停止，電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的總路程答案見解析答案見解析