2019-2020年新課標(biāo)教科版3-1選修三3.4《磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用-落倫茲》WORD教案1.doc
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2019-2020年新課標(biāo)教科版3-1選修三3.4《磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用-落倫茲》WORD教案1 A B C P 圖2-34 1.A、B、C是三個(gè)不同規(guī)格的燈泡,按圖2-34所示方式連接恰好能正常發(fā)光,已知電源的電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)電阻為r,將滑動(dòng)變阻器的滑片P向左移動(dòng),則三個(gè)燈亮度變化是( ) A.都比原來(lái)亮 B.都比原來(lái)暗 C.A、B燈比原來(lái)亮,C燈變暗 R1 R3 M O P N r E r R2 圖2-35 D.A、B燈比原來(lái)暗,C燈變亮 2.如圖2-35所示電路中,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r,電路中O點(diǎn)接地,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向右滑動(dòng)時(shí),M、N兩點(diǎn)電勢(shì)變化情況是( ) A.都升高 B.都降低 C.M點(diǎn)電勢(shì)升高,N點(diǎn)電勢(shì)降低 圖2-36 D.M點(diǎn)電勢(shì)降低,N點(diǎn)電勢(shì)升高 E.M點(diǎn)電勢(shì)的改變量大于N點(diǎn)電勢(shì)的改變量 3.如圖2-36所示的電路中,電鍵S1、S2、S3、S4均閉合,C是極板水平放置的平行板電容器,極板間懸浮著一油滴P,欲使P向下運(yùn)動(dòng),應(yīng)斷開(kāi)電鍵( ) A.S1 B.S2 C.S3 D.S4 4.兩只額定電壓均為110V的燈泡A和B,額定功率分別為100W和40W,為了使它們接到220V電源上能正常發(fā)光,同時(shí)電路消耗的電功率最小,如圖2-24所示電路中最合理的是圖( ). 圖2-24 圖2-40 5.如圖2-40所示,電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻分別為E、r,在滑動(dòng)變阻器的滑片P由a向b移動(dòng)的過(guò)程中,電流表、電壓表的示數(shù)變化情況為 A.電流表先減小后增大,電壓表先增大后減小 B.電流表先增大后減小,電壓表先減小后增大 C.電流表一直減小,電壓表一直增大 D.電流表一直增大,電壓表一直減小 6.(xx年高考天津理綜卷)要測(cè)量電壓表V1的內(nèi)阻RV,其量程為2 V,內(nèi)阻約2 kΩ.實(shí)驗(yàn)室提供的器材有: 電流表A,量程0.6 A,內(nèi)阻約0.1 Ω; 電壓表V2,量程5 V,內(nèi)阻約5 kΩ; 定值電阻R1,阻值30 Ω; 定值電阻R2,阻值3 kΩ; 滑動(dòng)變阻器R3,阻值100 Ω,額定電流1.5 A; 電源E,電動(dòng)勢(shì)6 V,內(nèi)阻約0.5 Ω; 開(kāi)關(guān)S一個(gè),導(dǎo)線若干. 圖7-3-16 (1)有人擬將待測(cè)電壓表V1和電流表A串聯(lián)接入電壓合適的測(cè)量電路中,測(cè)出V1的電壓和電流,再計(jì)算出RV.該方案實(shí)際上不可行,其最主要的原因是________; (2)請(qǐng)從上述器材中選擇必要的器材,設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量電壓表V1內(nèi)阻RV的實(shí)驗(yàn)電路.要求測(cè)量盡量準(zhǔn)確,實(shí)驗(yàn)須在同一電路中,且在不增減元件的條件下完成.試畫(huà)出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路圖(圖7-3-16中電源與開(kāi)關(guān)已連好),并標(biāo)出所選元件的相應(yīng)字母代號(hào); (3)由上問(wèn)寫(xiě)出V1內(nèi)阻RV的表達(dá)式,說(shuō)明式中各測(cè)量量的物理意義. 答案:(1)電流表A不能準(zhǔn)確測(cè)量出流過(guò)電壓表V1的電流 (2)測(cè)量電壓表V1內(nèi)阻RV的實(shí)驗(yàn)電路如圖所示 (3)RV= U1表示V1的電壓 U2表示V1和R2串聯(lián)的總電壓 7.(xx年安徽六校聯(lián)考)在“測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中,使用的小燈泡標(biāo)有“6 V 3 W”,其他可供選擇的器材有: A.電壓表V1(量程6 V,內(nèi)阻20 kΩ) B.電壓表V2(量程20 V,內(nèi)阻60 kΩ) C.電流表A1(量程3 A,內(nèi)阻0.2 Ω) D.電流表A2(量程0.6 A,內(nèi)阻1 Ω) E.滑動(dòng)變阻器R1(0~1000 Ω,0.5 A) F.滑動(dòng)變阻器R2(0~20 Ω,2 A) G.學(xué)生電源E(6 V~8 V) H.開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干 圖7-4-13 某同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得小燈泡兩端的電壓U和通過(guò)它的電流I,繪成U-I關(guān)系曲線如圖7-4-13甲所示. (1)實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)選用________,電流表應(yīng)選用________,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________; (2)在虛線框乙中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)所用的電路圖; (3)若將該小燈泡接在電動(dòng)勢(shì)為6 V,內(nèi)阻為4 Ω的電源兩端,則燈泡實(shí)際消耗的功率為_(kāi)_______W. 解析:(1)小燈泡的額定電壓為6 V,所以電壓表選A;算得小燈泡的額定電流為0.5 A,所以電流表選D;根據(jù)調(diào)節(jié)方便的原則可知滑動(dòng)變阻器選F;(3)在小燈泡的U-I關(guān)系曲線中,作出電源的U-I圖線,兩圖線的交點(diǎn)即為小燈泡的實(shí)際工 作狀態(tài),坐標(biāo)的乘積即為小燈泡的實(shí)際功率. 答案:(1)A D F (2)電路圖如圖所示(滑動(dòng)變阻器分壓法、電流表外接) (3)1.9(1.90.2均對(duì)) 圖7-5-14 8.(xx年高考安徽卷)用如圖7-5-14所示電路,測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.電池的內(nèi)阻較小,為了防止在調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)造成短路,電路中用一個(gè)定值電阻R0起保護(hù)作用.除電池、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線外,可供使用的實(shí)驗(yàn)器材還有: a.電流表(量程0.6 A、3 A); b.電壓表(量程3 V、15 V); c.定值電阻(阻值1 Ω、額定功率5 W); d.定值電阻(阻值10 Ω、額定功率10 W); e.滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0~10 Ω、額定電流2 A); f.滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0~100 Ω、額定電流1 A),那么 (1)要正確完成實(shí)驗(yàn),電壓表的量程應(yīng)選擇________ V,電流表的量程應(yīng)選擇________A;R0應(yīng)選擇________ Ω的定值電阻,R應(yīng)選擇阻值范圍是________ Ω的滑動(dòng)變阻器. (2)引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要原因是________________________________________. 答案:(1)3 0.6 1 0~10 (2)電壓表的分流 9.(xx年高考廣東理綜卷)某同學(xué)利用電壓表和電阻箱測(cè)定干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,使用的器材還包括定值電阻(R0=5 Ω)一個(gè),開(kāi)關(guān)兩個(gè),導(dǎo)線若干,實(shí)驗(yàn)原理圖如圖7-5-16甲. (1)在圖乙的實(shí)物圖中,已正確連接了部分電路,請(qǐng)完成余下電路的連接. (2)請(qǐng)完成下列主要實(shí)驗(yàn)步驟 A.檢查并調(diào)節(jié)電壓表指針指零,調(diào)節(jié)電阻箱,示數(shù)如圖丙所示,讀得電阻值是________; B.將開(kāi)關(guān)S1閉合,開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi),電壓表的示數(shù)是1.49 V; C.將開(kāi)關(guān)S2________,電壓表的示數(shù)是1.16 V;斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1. (3)使用測(cè)得的數(shù)據(jù),計(jì)算出干電池的內(nèi)阻是________(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字). (4)由于所用電壓表不是理想電壓表,所以測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)比實(shí)際值偏________(填“大”或“小”). 圖7-5-16 解析:(1)見(jiàn)答案圖. (2)由題圖丙讀得電阻箱阻值為R=20 Ω;將S1閉合S2斷開(kāi),電壓表示數(shù)為電源電動(dòng)勢(shì)E=1.49 V,再將S2閉合,電壓表示數(shù)為R兩端電壓.將電壓表視為理想電表,則干路電流I== A=0.058 A. (3)因?yàn)镮=,所以r=-R0-R=(-5-20) Ω=0.69 Ω. (4)若考慮電壓表的內(nèi)阻,則S1閉合S2斷開(kāi)時(shí),電壓表示數(shù)為該表兩端電壓,小于電源電動(dòng)勢(shì). 答案:(1)如圖所示 (2)A.20 Ω C.閉合 (3)0.69 Ω (4)小 7-5-18 10.(xx年高考北京理綜卷)某同學(xué)通過(guò)查找資料自己動(dòng)手制作了一個(gè)電池.該同學(xué)想測(cè)量一下這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r,但是從實(shí)驗(yàn)室只借到一個(gè)開(kāi)關(guān)、一個(gè)電阻箱(最大阻值為999.9 Ω,可當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電阻用)、一只電流表(量程Ig=0.6 A,內(nèi)阻rg=0.1 Ω)和若干導(dǎo)線. (1)請(qǐng)根據(jù)測(cè)定電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r的要求,設(shè)計(jì)圖7-5-17甲中器件的連接方式,畫(huà)線把它們連接起來(lái). (2)接通開(kāi)關(guān),逐次改變電阻箱的阻值R,讀出與R對(duì)應(yīng)的電流表的示數(shù)I,并作記錄.當(dāng)電阻箱的阻值R=2.6 Ω時(shí),其對(duì)應(yīng)的電流表的示數(shù)如圖乙所示.處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),首先計(jì)算出每個(gè)電流值I的倒數(shù);再制作R-坐標(biāo)圖,如圖7-5-18所示,圖中已標(biāo)注出了(R,)的幾個(gè)與測(cè)量對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn).請(qǐng)你將與圖乙實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)也標(biāo)注在圖7-5-18上. (3)在圖7-5-18上把描繪出的坐標(biāo)點(diǎn)連成圖線. (4)根據(jù)圖7-5-18描繪出的圖線可得出這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)E=________V,內(nèi)電阻r=________Ω. 解析:(1)本實(shí)驗(yàn)是采用電流表和電阻箱組合測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,只需將它們串聯(lián)起來(lái)即可,實(shí)物連接如圖. (2)如圖 (3)圖中坐標(biāo)為(1.2,2.8)的點(diǎn)不合理舍去,過(guò)其他的點(diǎn)作直線,如(2)中圖. (4)由E=IR+I(xiàn)r得R=-r, 圖線的斜率等于電源電動(dòng)勢(shì),在縱軸上的截距等于電源內(nèi)阻的負(fù)值, 由圖可知E=1.5 V,r=0.3 Ω. 答案:(1)、(2)、(3)見(jiàn)解析 (4)1.5(1.46~1.54) 0.3(0.25~0.35) 11.(xx年高考安徽卷)用多用電表進(jìn)行了幾次測(cè)量,指針?lè)謩e處于a和b的位置,如圖7-6-8所示.若多用電表的選擇開(kāi)關(guān)處于下面表格中所指的擋位,a和b的相應(yīng)讀數(shù)是多少?請(qǐng)?zhí)钤诒砀裰校? 圖7-6-8 指針位置 選擇開(kāi)關(guān)所處擋位 讀數(shù) a 直流電流100 mA ________ mA 直流電壓2.5 V ________ V b 電阻100 ________ Ω 解析:在讀電壓和電流時(shí),要注意估讀,而在讀電阻擋時(shí)不用估讀. 答案:23.0 0.57 320 12.(xx年高考山東理綜卷)在測(cè)定金屬電阻率的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)連接電路如圖7-6-12所示.閉合電鍵后,發(fā)現(xiàn)電路有故障(已知電源、電表和導(dǎo)線均完好,電源電動(dòng)勢(shì)為E): 7-6-12 (1)若電流表示數(shù)為零、電壓表示數(shù)為E,則發(fā)生故障的是________(填“待測(cè)金屬絲”“滑動(dòng)變阻器”或“電鍵”). (2)若電流表、電壓表示數(shù)均為零,該同學(xué)利用多用電表檢查故障.先將選擇開(kāi)關(guān)旋至________擋(填“歐姆100”“直流電壓10 V”或“直流電流2.5 mA”),再將________(填“紅”或“黑”)表筆固定在a接線柱,把另一支表筆依次接b、c、d接線柱.若只有滑動(dòng)變阻器斷路,則多用電表的示數(shù)依次是________、________、________. 解析:(1)電流表示數(shù)為零,說(shuō)明電路斷路,由于電壓表示數(shù)為E,說(shuō)明電壓表兩端與電源相連,因而待測(cè)金屬絲斷路. (2)判斷電路故障問(wèn)題,應(yīng)利用多用電表的直流電壓擋,電流應(yīng)從多用電表的紅表筆流入多用電表,因而紅表筆應(yīng)與a接線柱相連,當(dāng)只有滑動(dòng)變阻器斷路時(shí),黑表筆接b時(shí),多用電表不能與電源形成閉合回路,示數(shù)為零,黑表筆接c、d時(shí),多用電表與電源兩極相連,示數(shù)為電源電動(dòng)勢(shì). 答案:(1)待測(cè)金屬絲 (2)直流電壓10 V 紅 0 E E 7-6-9 13.(xx年高考全國(guó)卷Ⅰ)如圖7-6-9所示的電路中,1、2、3、4、5、6為連接點(diǎn)的標(biāo)號(hào).在開(kāi)關(guān)閉合后,發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮.現(xiàn)用多用電表檢查電路故障,需要檢測(cè)的有:電源、開(kāi)關(guān)、小燈泡、3根導(dǎo)線以及電路中的各連接點(diǎn). (1)為了檢測(cè)小燈泡以及3根導(dǎo)線,在連接點(diǎn)1、2已接好的情況下,應(yīng)當(dāng)選用多用電表的________擋.在連接點(diǎn)1、2同時(shí)斷開(kāi)的情況下,應(yīng)當(dāng)選用多用電表的________擋. (2)在開(kāi)關(guān)閉合情況下,若測(cè)得5、6兩點(diǎn)間的電壓接近電源的電動(dòng)勢(shì),則表明__________________________________可能有故障. (3)將小燈泡拆離電路,寫(xiě)出用多用電表檢測(cè)該小燈泡是否有故障的具體步驟.________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 解析:(1)小燈泡不亮,即發(fā)生了斷路故障.在1、2兩點(diǎn)接好的情況下,應(yīng)當(dāng)選用多用電表的電壓擋,在1、2同時(shí)斷開(kāi),即與電源斷開(kāi)的情況下,應(yīng)當(dāng)選用歐姆擋. (2)由“外電路斷開(kāi)時(shí),路端電壓等于電動(dòng)勢(shì)”可知,5、6兩點(diǎn)可能有故障. 答案:(1)電壓 歐姆 (2)開(kāi)關(guān)或連接點(diǎn)5、6 (3)①將多用電表?yè)跷徽{(diào)至歐姆擋;②將紅、黑表筆相接,檢查歐姆擋能否正常工作;③測(cè)量小燈泡的電阻,若電阻為無(wú)窮大,表明小燈泡有故障. 圖2-25 14.如圖2-25所示,有一提升重物用的直流電動(dòng)機(jī),內(nèi)阻r=0.6 Ω, R=10 Ω,U=160 V,電壓表的讀數(shù)為110 V,求: (1)通過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流是多少? (2)輸入到電動(dòng)機(jī)的電功率是多少? (3)在電動(dòng)機(jī)中發(fā)熱的功率是多少? (4)電動(dòng)機(jī)工作1 h所產(chǎn)生的熱量是多少? 二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1.若v∥B,帶電粒子不受洛倫茲力,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做 運(yùn)動(dòng). 2.若v⊥B,帶電粒子僅受洛倫茲力作用,在垂直于磁感 線的平面內(nèi)以入射速度v做 運(yùn)動(dòng). 1.圓心的確定 (1)基本思路:過(guò)軌跡上某點(diǎn)作與速度方向垂直的直線和 弦的中垂線一定過(guò)圓心. (2)兩種情形 ①已知入射點(diǎn)、出射點(diǎn)、入射方向和出射方向時(shí),可通過(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別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11-2-7甲所示,圖中P為入射點(diǎn),M為出射點(diǎn)). ②已知入射方向、入射點(diǎn)和出射點(diǎn)的位置時(shí),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)就是圓弧軌跡的圓心(如圖11-2-7乙所示,P為入射點(diǎn),M為出射點(diǎn)). 2.帶電粒子在不同邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) (1)直線邊界(進(jìn)出磁場(chǎng)具有對(duì)稱性,如圖11-2-8所示) (2)平行邊界(存在臨界條件,如圖11-2-9所示) (3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出,如圖11-2-10所示) 3.半徑的確定 用幾何知識(shí)(勾股定理、三角函數(shù)等)求出半徑大?。? 4.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(mén),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)間由下式表示: t=T(或t=T). 5.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的程序解題法 ——三步法 [關(guān)鍵一點(diǎn)] (1)剛好穿出磁場(chǎng)邊界的條件是帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡和邊界相切. (2)當(dāng)速度一定時(shí),弧長(zhǎng)越長(zhǎng),圓心角越大,則帶電粒子在磁 場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng),可由t=T或t=(s為弧長(zhǎng))來(lái)計(jì)算t. (3)在同一磁場(chǎng)中,同一帶電粒子的速率v變化時(shí),T不變,其運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角越大,運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng). 1.如圖11-2-18所示,在第一象限有一勻強(qiáng) 電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)大小為E,方向與y軸平行;在x軸下方有一勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向與紙面垂 直.一質(zhì)量為m、電荷量為-q(q>0)的粒子 以平行于x軸的速度從y軸上的P點(diǎn)處射入電場(chǎng),在x軸 上的Q點(diǎn)處進(jìn)入磁場(chǎng),并從坐標(biāo)原點(diǎn)O離開(kāi)磁場(chǎng).粒子在 磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡與y軸交于M點(diǎn).已知OP=l,OQ=2l.不計(jì)重力.求: (1)M點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)O間的距離; (2)粒子從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn)所用的時(shí)間. 解析:(1)帶電粒子在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),在y軸負(fù)方向上做初速度為零的 勻加速運(yùn)動(dòng),設(shè)加速度的大小為a;在x軸正方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)速度為v0;粒子從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)所用的時(shí)間為t1,進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度方向與x軸正方向的夾角為θ,則 a= ① t1= ② v0= ③ 其中x0=2l,y0=l,又有tanθ= ④ 聯(lián)立②③④式,得θ=30 ⑤ 因?yàn)镸、O、Q點(diǎn)在圓周上,∠MOQ=90,所以MQ為 直徑.從圖中的幾何關(guān)系可知, R=2l ⑥ MO=6l ⑦ (2)設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度為v,從Q到M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的 時(shí)間為t2,則有 v= ⑧ t2= ⑨ 帶電粒子自P點(diǎn)出發(fā)到M點(diǎn)所用的時(shí)間t為 t=t1+t2 ⑩ 聯(lián)立①②③⑤⑥⑧⑨⑩式,并代入數(shù)據(jù)得 11-2-26 t=(π+1) . 2.(xx寧波模擬)如圖11-2-26所示, 一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子, 從A點(diǎn)正對(duì)著圓心O以一定的速度射 入半徑為R的絕緣圓筒中.圓筒中存 在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感 應(yīng)強(qiáng)度的大小為B.若離子與圓筒內(nèi)壁碰撞2次后仍從A點(diǎn)射出.設(shè)粒子與圓筒內(nèi)壁碰撞時(shí)無(wú)能量和電荷量損失,不計(jì)粒子的重力.求: (1)離子速度需要滿足的條件. (2)離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間. 解析:(1)由于離子與圓筒內(nèi)壁碰撞時(shí)無(wú)能量損失和電荷量損失,每次碰撞后離子的速度方向都沿半徑方向指向圓心,并且軌跡是對(duì)稱的,如圖所示.離子與圓筒內(nèi)壁碰撞2次,則磁場(chǎng)邊界圓弧所對(duì)的圓心角為,軌跡圓弧所對(duì)的圓心角為θ= r=Rcot=R 由Bqv=m,得 v=. (2)離子運(yùn)動(dòng)的周期為 T= 離子每次偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的圓心角為θ=, 則離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為 t==. 3、(xx全國(guó)卷)如圖11-2-11,在0≤x≤a區(qū)域內(nèi)存在與xy平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B.在 t=0時(shí)刻,一位于坐標(biāo)原點(diǎn)的粒子源在xy平面內(nèi)發(fā)射出大量同種帶電粒子,所有粒子的初速度大小相同,方向與y軸正方向的夾角分布在0~180范圍內(nèi).已知沿y軸正方向發(fā)射的粒子在t=t0時(shí)刻剛好從磁場(chǎng)邊界上P(a,a)點(diǎn)離開(kāi)磁場(chǎng).求:(1)粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R及粒子的比荷q/m; (2)此時(shí)刻仍在磁場(chǎng)中的粒子的初速度方向與y軸正方向夾角的取值范圍; (3)從粒子發(fā)射到全部粒子離開(kāi)磁場(chǎng)所用的時(shí)間. [思路點(diǎn)撥] 解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn): (1)所有粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑相同. (2)粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與圓孤的長(zhǎng)度成正比. (3)把粒子運(yùn)動(dòng)的各種情形畫(huà)出來(lái)進(jìn)行比較分析. [解析] (1)初速度與y軸正方向平行 的粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 軌跡如圖中的弧所示,其圓心為C. 由題給條件可以得出 ∠OCP= ① 此粒子飛出磁場(chǎng)所用的時(shí)間為 t0= ② 式中T為粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期. 設(shè)粒子運(yùn)動(dòng)速度的大小為v,半徑為R,由幾何關(guān)系可得 R=a ③ 由洛倫茲力公式和牛頓第二定律有 qvB=m ④T= ⑤ 聯(lián)立②③④⑤式,得= ⑥ (2)依題意,同一時(shí)刻仍在磁場(chǎng)內(nèi)的粒子到O點(diǎn)距離相同.在 t0時(shí)刻仍在磁場(chǎng)中的粒子應(yīng)位于以O(shè)點(diǎn)為圓心、OP為半徑的 弧上,如圖所示. 設(shè)此時(shí)位于P、M、N三點(diǎn)的粒子的初速度分別為vP、vM、 vN.由對(duì)稱性可知vP與OP、vM與OM、vN與ON的夾角均為 π/3.設(shè)vM、vN與y軸正向的夾角分別為θM、θN,由幾何關(guān)系有 θM= ⑦ θN= ⑧ 對(duì)于所有此時(shí)仍在磁場(chǎng)中的粒子,其初速度與y軸正方向所成 的夾角θ應(yīng)滿足≤θ≤ ⑨ (3)在磁場(chǎng)中飛行時(shí)間最長(zhǎng)的粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)與磁場(chǎng)右邊界 相切,其軌跡如圖所示.由幾何關(guān)系可知, = ⑩ 由對(duì)稱性可知, = ? 從粒子發(fā)射到全部粒子飛出 磁場(chǎng)所用的時(shí)間 tm=2t0. ? [答案] (1) a (2)≤θ≤ (3)2t0 4、在如圖11-2-17所示寬度范圍 11-2-17 內(nèi),用場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)可使初速度是 v0的某種正粒子偏轉(zhuǎn)θ角.在同樣寬度范 圍內(nèi),若改用方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng) 磁場(chǎng),使該粒子穿過(guò)該區(qū)域,并使偏轉(zhuǎn)角 也為θ(不計(jì)粒子的重力),問(wèn): (1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大? (2)粒子穿過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的時(shí)間之比是多大? [審題指導(dǎo)] 解答本題應(yīng)注意把握以下三點(diǎn): (1)帶電粒子在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解求解. (2)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),應(yīng)用圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析. (3)兩段運(yùn)動(dòng)的連接點(diǎn)處的速度是求解問(wèn)題的關(guān)鍵. [解析] (1)設(shè)寬度為L(zhǎng).當(dāng)只有電場(chǎng)存在時(shí),帶電粒子做類(lèi)平拋 運(yùn)動(dòng) 水平方向上:L=v0t 豎直方向上:vy=at= tanθ== 當(dāng)只有磁場(chǎng)存在時(shí),帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),如圖所示,由 幾何關(guān)系可知sinθ=,R= 聯(lián)立解得B=. (2)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t1== 在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t2=T== 所以==. 解決這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵是:確定出帶電粒子運(yùn)動(dòng)到邊界處的速度大小和方向.- 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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