第1章 磁场对电流的作用 章末素养提升 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第二册（教科版2019）

DIYIZHANG 第一章 章末素养提升 物理观念 安培力 (1)方向 判定方法：__________ 安培力方向垂直于B与I构成的平面 (2)大小 F＝ (θ为B与I的夹角) 洛伦兹力 (1)方向 判定方法：__________ (2)大小 F洛＝qvBsin θ(θ为B与v的夹角) 再现素养 知识 左手定则 BILsin θ 左手定则 物理观念 洛伦兹力与现代科技 (1)质谱仪 加速电场： 偏转磁场： (2)回旋加速器 最大速度vm＝______ 最大动能：Ek＝_______ 加速次数：n＝ 磁场中运动时间： 科学思维 1.微元法：判断通电导线在磁场中所受安培力的方向 2.等效法：利用等效长度求通电导线所受安培力的大小 科学探究 1.能分析物理现象，提出针对性问题 2.能调研电磁技术中关于安培力与洛伦兹力的应用 科学态度 与责任 1.认识回旋加速器和质谱仪对人类探究未知领域的重要性 2.认识磁技术应用对人类生活的影响 提能综合 训练 (多选)(2023·四川凉山高二统考期末)在粒子物理的研究中使用的一种球状探测装置的横截面的简化模型如图所示。内圆区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，外圆是探测器。AB和PM分别为内圆的两条相互垂直的直径，两个粒子先后从P点沿径向射入磁场。粒子1经磁场偏转后打在探测器上的Q点，粒子2经磁场偏转后打在探测器上 的N点。装置内部为真空状态，忽略粒子所受重 力及粒子间相互作用力。下列说法正确的是 例1 A.粒子2可能为电子 B.若两粒子的比荷相等，则粒子1的入射速度小于粒子 2的入射速度 C.若两粒子的比荷相等，则粒子1在磁场中运动的时 间小于粒子2在磁场中运动的时间 D.若减小粒子2的入射速度，则粒子2可能沿OA方向离开磁场 √ √ 根据题意，由题图中粒子的运动轨迹可知，粒子2受向上的洛伦兹力，由左手定则可知，粒子2带正电，则不可能为电子，故A错误； 由题图可知粒子1运动的半径小于粒子2运动的半径，若两粒子的比荷相等，则粒子1的入射速度小于粒子2的入射速度，故B正确； 由题图可知粒子1在磁场中的偏转角大于粒子2在 磁场中的偏转角，若两粒子的比荷相等，则粒子1在磁场中运动的时间大于粒子2在磁场中运动的时间，故C错误； 由B分析可知，若减小粒子2的入射速度，其运动半径减小，粒子2可能沿OA方向离开磁场，故D正确。 　(2023·江苏卷)如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B。L形导线通以恒定电流I，放置在磁场中。已知ab边长为2l，与磁场方向垂直，bc边长为l，与磁场方向平行。该导线受到的安培力为 例2 √ 因bc段与磁场方向平行，则不受安培力；ab段与磁场方向垂直，则所受安培力为Fab＝BI·2l＝2BIl，则该导线受到的安培力为2BIl，故选C。 　(2023·全国乙卷)如图，一磁感应强度大小为B的匀强磁场，方向垂直于纸面(xOy平面)向里，磁场右边界与x轴垂直。一带电粒子由O点沿x正向入射到磁场中，在磁场另一侧的S点射出，粒子离开磁场后，沿直线运动打在垂直于x轴的接收屏上的P点；SP＝l，S与屏的距离为 ，与x轴的距离为a。如果保持所有条件不变，在磁场区域再加上电场强度大小为E的匀强电场，该粒子入射后则会沿x轴到达接收屏。该粒子的比荷为 例3 √ 　回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示。它的核心部分是两个D形金属盒，两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速。两盒放在匀强磁场中，磁场方垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做圆周运动，通过 例4 两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出。如果用同一回旋加速器分别加速质子(　 )和α粒子( 　)，(α粒子质量是质子的四倍，电荷量是质子的两倍)，则 A.加速质子的交流电源的周期较小，质子获得的最大动能也较小 B.加速质子的交流电源的周期较小，质子获得的最大动能一样大 C.加速质子的交流电源的周期较小，质子获得的最大动能较大 D.加速质子的交流电源的周期较大，质子获得的最大动能较小 √ 　(2023·孝感市高二统考期末)如图所示，平面直角坐标系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第Ⅳ象限存在垂直于纸面向外的匀强磁场，质量为m、电荷量为q(q>0)的带电粒子以初速度v0从y轴上A(0，h)点沿x轴正方向射入匀强电场，经过电场后从x轴上的点B(B点未画出)(2h,0)进入磁场，粒子经磁场偏转后垂直经过y轴负半轴上的P点(P点未画出)射出，带电粒子的重力忽略不计。 (1)求匀强电场的电场强度E和匀强磁场的磁感应 强度B的大小； 例5 粒子在电场中做类平抛运动，x轴方向 2h＝v0t1 (2)如果仅仅将磁场反向，粒子的电荷量、质量、入射位置、入射速度、电场强度和磁感应强度的大小均不变，求粒子从A点出发到第三次经过x轴所用的时间。 磁场反向后粒子从A点出发到第三次经过x轴运动轨迹如图所示 设粒子从A到B、B到C、C到D分别用时t1、t2、t3。 t＝T qU＝mv2 qvB＝m 根据题意，由洛伦兹力提供粒子在磁场中做圆周运动所需的向心力，有qvB＝m，可得r＝， 根据题意，设粒子的偏转角为θ，由公式T＝可得，粒子在磁场中的运动时间为t＝·T＝， A.0 B.BIl C.2BIl D.BIl A. B. C. D. 由题知，一带电粒子由O点沿x轴正方向入射 到磁场中，在磁场另一侧的S点射出，则根据 几何关系可知粒子做圆周运动的半径r＝2a，则 粒子做圆周运动有qvB＝m，则＝，如果 保持所有条件不变，在磁场区域再加上电场强度大小为E的匀强电场，该粒子入射后则会沿x轴到达接收屏，则有Eq＝qvB，联立有＝，故选A。 H He 加速质子的交流电源的周期较小，而在回旋加速器工作时，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由qvB＝m得v＝，带电粒子射出时的动能Ek＝mv2＝，可知α粒子和质子获得的最大动能一样大，故选B。 只有回旋加速器所加交流电源的周期与粒子在磁场中运动的周期相同时，粒子才能一直被加速，根据周期公式T＝，结合质子(H)和α粒子(He)，可知， 答案　　 y轴方向h＝at12 粒子在电场中根据牛顿第二定律有a＝ 联立解得E＝ 粒子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律有qvB＝ 由类平抛末速度反向延长与初速度方向的延长线交于水平位移的中点可知，进磁场时粒子速度v与x轴成α＝45°，故粒子射入磁场时的速度v＝v0 由几何关系可知＝2h，即r＝2h 得B＝ 答案　 在电场中A到B的水平方向有t1＝，B到C粒子做匀速圆周运动的圆心角θ＝，半径r＝2h，速 度v＝v0，所以从B到C所用的时间t2＝＝，由对称性知，从C到D所用的时间t3＝2t1＝，所以粒子从A点出发到第三次经过x轴所用的总时间t＝t1＋t2＋t3＝。 $$