高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專題八 第2講 磁場對運動電荷的作用課件 新人教版

第2講磁場對運動電荷的作用,一、洛倫茲力 1.定義：_電荷在磁場中受到的力，叫洛倫茲力.,2.大小,運動,qvB,0,(1)當(dāng)運動電荷的速度方向與磁感應(yīng)強度方向垂直時，電荷 所受洛倫茲力 f_. (2)當(dāng)運動電荷的速度方向與磁感應(yīng)強度方向平行時，電荷 所受洛倫茲力 f_.,3.方向,B 和 v,(1)判定方法：應(yīng)用左手定則，注意四指應(yīng)指向電流的方向， 即正電荷運動的方向或負(fù)電荷運動的反方向. (2)特點：fB，fv，即 f 垂直于_決定的平面.,【基礎(chǔ)檢測】 1.(2015 年海南卷)如圖 8-2-1 所示，a 是豎直平面 P 上的一 點，P 前有一條形磁鐵垂直于 P，且 S 極朝向 a 點，P 后一電子 在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場的共同作用下，在水平面內(nèi)向右 彎曲經(jīng)過 a 點.在電子經(jīng)過 a 點的瞬間，條形磁鐵的磁場對該電,子的作用力的方向(,),圖 8-2-1,A.向上,B.向下,C.向左,D.向右,答案：A,二、帶電粒子在勻強磁場中的運動,勻速直線,1.速度與磁場平行時：帶電粒子不受洛倫茲力，在勻強磁,場中做_運動.,勻速圓周,qvB,2.速度與磁場垂直時：帶電粒子受洛倫茲力作用，在垂直 于磁感線的平面內(nèi)以入射速度 v 做_運動.,(2)軌道半徑公式：R_.,【基礎(chǔ)檢測】 2.(2016 年黑龍江牡丹江期中)三個速度大小不同的同種帶 電粒子(重力不計)，沿同一方向從圖中長方形區(qū)域的勻強磁場 上邊緣射入，當(dāng)它們從下邊緣飛出時對入 射方向的偏角分別為 90、60、30， 如圖 8-2-2 所示，則它們在磁場中運動的,時間之比為(,),圖 8-2-2,A.111 C.321,B.123,答案：C,考點1,對洛倫茲力的理解,重點歸納 1.分析洛倫茲力要注意以下幾點 (1)判斷洛倫茲力的方向要注意區(qū)分正、負(fù)電荷. (2)洛倫茲力的方向隨電荷運動方向而變化. (3)運動電荷在磁場中不一定受洛倫茲力作用. (4)洛倫茲力一定不做功.,2.洛倫茲力與安培力的聯(lián)系及區(qū)別,(1)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，二者是相同性質(zhì)的力，,都是磁場力.,(2)安培力可以做功，而洛倫茲力對運動電荷不做功. 3.洛倫茲力與電場力的比較,典例剖析 例 1：(2014 年北京海淀區(qū)期末)如圖 8-2-3 所示，在赤道處， 將一小球向東水平拋出，落地點為 a；給小球帶上電荷后，仍以原,),來的速度拋出，考慮地磁場的影響，下列說法正確的是( A.無論小球帶何種電荷，小球仍會落 在 a 點 B.無論小球帶何種電荷，小球下落時 間都會延長,圖 8-2-3,C.若小球帶負(fù)電荷，小球會落在更遠(yuǎn)的 b 點 D.若小球帶正電荷，小球會落在更遠(yuǎn)的 b 點,解析：地磁場在赤道上空水平由南向北，從南向北觀察， 如果小球帶正電荷，則洛倫茲力斜向右上方，該洛倫茲力在豎 直向上和水平向右方向均有分力，因此，小球落地時間會變長， 水平位移會變大；同理，若小球帶負(fù)電，則小球落地時間會變 短，水平位移會變小.故 D 正確.,答案：D,備考策略：對于洛倫茲力，應(yīng)該理解以下幾點：(1)洛倫茲 力與電荷的運動狀態(tài)有關(guān).(2)洛倫茲力與電荷運動的速度方向 垂直，因此洛倫茲力只改變電荷運動的速度方向，而不改變速 度大小，即洛倫茲力對電荷是不做功的.(3)洛倫茲力與安培力的 關(guān)系：洛倫茲力是安培力的微觀原因，安培力是洛倫茲力的宏 觀表現(xiàn).,【考點練透】 1.(2015 年重慶卷改編)如圖 8-2-4 所示，曲線 a、b、c、d,),向里.以下判斷可能正確的是( A.a、b 為粒子的徑跡 B.a、b 為粒子的徑跡 C.c、d 為粒子的徑跡 D.c、d 為粒子的徑跡,圖 8-2-4,解析：是中性粒子，在磁場中不偏轉(zhuǎn)，故選項 B 錯誤； 粒子為氫核，帶正電，由左手定則知受向上的洛倫茲力，向 上偏轉(zhuǎn)，故選項 A、C 錯誤；粒子是帶負(fù)電的電子，應(yīng)向下 偏轉(zhuǎn)，選項 D 正確.,答案：D,2.(多選)如圖 8-2-5 所示，空間的某一區(qū)域存在著相互垂直 的勻強電場和勻強磁場，一個帶電粒子以某一初速度由 A 點進 入這個區(qū)域沿直線運動，從 C 點離開區(qū)域；如果將磁場撤去， 其他條件不變，則粒子從 B 點離開場區(qū)；如果將電場撤去，其 他條件不變，則這個粒子從 D 點離開場區(qū).已知 BCCD，設(shè)粒子在上述三種情況下，從 A 到 B、 從 A 到 C 和從 A 到 D 所用的時間分別是 t1、t2和 t3，離開三點時的動能分別是Ek1、Ek2、Ek3，粒,子重力忽略不計，以下關(guān)系正確的是(,),圖 8-2-5,A.t1t2t3 B.t1t2t3 C.Ek1Ek2Ek3 D.Ek1Ek2Ek3 解析：當(dāng)電場、磁場同時存在時，粒子做勻速直線運動，此時qEqvB；當(dāng)只有電場時，粒子從B點射出，做類平拋運動，由運動的合成與分解可知，水平方向為勻速直線運動，所以t1t2；當(dāng)只有磁場時，粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，速度大小不變，但路程變長，則t2t3，因此A選項正確.粒子從B點射出時，電場力做正功，動能變大，故C選項正確.,答案：AC,考點2,帶電粒子在勻強磁場中的運動問題,重點歸納 1.圓心的確定 (1)基本思路：與速度方向垂直的直線和圖中弦的中垂線一 定過圓心. (2)兩種情形 已知入射方向和出射方向時，可通過入射點和出射點分 別作垂直于入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點就是 圓弧軌道的圓心(如圖 8-2-6 甲所示，圖中 P 為入射點，M 為出 射點).,已知入射點和出射點的位置時，可以通過入射點作入射 方向的垂線，連接入射點和出射點，作其中垂線，這兩條垂線 的交點就是圓弧軌道的圓心(如圖乙，P 為入射點，M 為出射點).,圖 8-2-6,2.帶電粒子在不同邊界磁場中的運動,a.直線邊界(進出磁場具有對稱性，如圖 8-2-7 所示).,圖 8-2-7,圖 8-2-8,b.平行邊界(存在臨界條件，如圖 8-2-8 所示).,c.圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖 8-2-9 所示).,圖 8-2-9,3.運動軌跡與磁場邊界的關(guān)系,(1)剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運動的,軌跡與邊界相切.,(2)當(dāng)速率 v 一定時，弧長越長，軌跡對應(yīng)的圓心角越大，,則帶電粒子在有界磁場中運動的時間越長.,(3)圓周運動中相關(guān)的對稱規(guī)律.,從同一直線邊界射入的粒子，再從這一邊界射出時，速,度與邊界的夾角相等.,在圓形磁場區(qū)域內(nèi)，沿徑向射入的粒子，必沿徑向射出.,4.半徑的確定 用幾何知識(勾股定理、三角函數(shù)等)求出半徑大小. 5.運動時間的確定 粒子在磁場中運動一周的時間為 T，當(dāng)粒子運動的圓弧所,6. 帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的程序解題法,三步法,(1)畫軌跡：即確定圓心，用幾何方法求半徑并畫出軌跡. (2)找聯(lián)系：軌道半徑與磁感應(yīng)強度、運動速度相聯(lián)系，偏 轉(zhuǎn)角度與圓心角、運動時間相聯(lián)系，在磁場中運動的時間與周 期相聯(lián)系.,(3)用規(guī)律：即利用牛頓第二定律和圓周運動的規(guī)律，特別,是周期公式、半徑公式.,典例剖析 例 2：如圖 8-2-10 所示，在某空間實驗室中，有兩個靠在 一起的等大的圓柱形區(qū)域，分別存在著等大、反向的勻強磁場，,心為O1，磁場垂直紙面向里；右側(cè)區(qū)的圓心為O2，磁場垂直紙面向外，兩區(qū)域的切點為C.現(xiàn)有質(zhì)量m3.21026 kg、帶電荷量q1.61019 C的某種離子，從左側(cè)區(qū)邊緣的A點以速度v1106 m/s正對O1的方向垂直磁場射入，它將穿越C點后再從右側(cè)區(qū)穿出.求：,(1)該離子通過兩磁場區(qū)域所用的時間.,(2)離子離開右側(cè)區(qū)域的出射點偏離最初入射方向的側(cè)移,距離.(側(cè)移距離指垂直初速度方向上移動的距離),圖 8-2-10,思維點撥：分析帶電粒子的運動情況是解決問題的前提.本 題要結(jié)合運動分析畫出運動過程圖，運用公式及平面幾何知識 進行分析討論.,解：(1)離子在磁場中做勻速圓周運動，在左右兩區(qū)域的運 動是對稱的，如圖 8-2-11 所示，設(shè)軌跡半徑為R，圓周運動的 周期為 T，由牛頓第二定律有：,圖 8-2-11,將已知量代入得：R2 m,(2)在圖中過O2向AO1作垂線，聯(lián)系軌跡對稱關(guān)系知，總 側(cè)移距離 d2rsin 22 m. 備考策略：帶電粒子在磁場中運動的問題實質(zhì)上就是利用 磁場控制帶電粒子的運動方向的問題，解決這類問題的關(guān)鍵是 找到帶電粒子運動軌跡的圓心.掌握通過洛倫茲力等于向心力 求圓周運動的半徑的方法，以及運動時間與周期的關(guān)系，即時 間與周期之比等于圓心角與2之比.在解題過程中，作圖和找 出幾何關(guān)系是難點.,【考點練透】 3.(2015 年云南一模)如圖 8-2-12 所示，直線 MN 上方有垂 直紙面向里的勻強磁場，電子 1 從磁場邊界上的 a 點垂直 MN 和磁場方向射入磁場，經(jīng) t1 時間從 b 點離開磁場.之后，電子 2 也由 a 點沿圖示方向以相同速率垂直磁 場方向射入磁場，經(jīng) t2 時間從 a、b 連線,圖 8-2-12,圖 D43,答案：D,4.(2013 年新課標(biāo)卷)如圖 8-2-13，半徑為 R 的圓是一圓 柱形勻強磁場區(qū)域的橫截面(紙面)，磁感應(yīng)強度大小為 B，方向 垂直于紙面向外.一電荷量為q(q0)，質(zhì)量為 m 的粒子沿平行于 直徑 ab 的方向射入磁場區(qū)域，射入點與 ab 的距 向間的夾角為 60，則粒子的速率為(不計重力),(,),圖 8-2-13,圖 D44,答案：B,考點3 帶電粒子在有界磁場中的臨界極值問題 重點歸納,帶電粒子在有界磁場中運動時，常常遇到穿出不穿出磁場、 速度大小、時間長短等問題，這就是臨界極值問題.解決這類問 題的關(guān)鍵是：尋找臨界點.,1.尋找臨界點的方法,(1)剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運動的,軌跡與邊界相切.,(2)當(dāng)速度 v 大小一定時，弧長(或弦長)越長，圓心角越大，,則帶電粒子在有界磁場中運動的時間越長(旋轉(zhuǎn)圓).,(3)當(dāng)速度 v 大小變化時，圓心角越大的，運動時間越長(縮,放圓).,2.解題方法,(1)確定臨界狀態(tài)：以題目中“恰好”“最大”“最高” “至少”等關(guān)鍵性詞語為突破口，確定臨界狀態(tài). (2)定圓心、畫軌跡、求半徑，尋找臨界極值的出現(xiàn)條件. (3)利用合適的物理規(guī)律和數(shù)學(xué)方法求解.,典例剖析 例3：(2016 年黑龍江牡丹江期中)如圖 8-2-14 所示，在半 徑為 a 的圓柱空間中(圖中圓為其橫截面)充滿磁感應(yīng)強度大小 為 B 的均勻磁場，其方向平行于軸線垂直紙面向里.在圓柱空間 中垂直軸線平面內(nèi)固定放置一絕緣材料制成的邊長為 L1.6a 的剛性等邊三角形框架DEF，其中心 O 位于圓柱的軸線上.DE,皆在圖中截面內(nèi)且垂直于 DE 邊向下.發(fā)射粒子的電量皆為 q(q,0)，質(zhì)量皆為 m，但速度 v 有各種不同的數(shù)值.若這些粒子與 三角形框架的碰撞無能量損失(不能與圓柱壁相碰)，電量也無 變化，且每一次碰撞時速度方向均垂直于被碰的邊.試問： (1)帶電粒子經(jīng)多長時間第一次與 DE 邊相碰？ (2)帶電粒子速度 v 的大小取哪些數(shù)值 時可使 S 點發(fā)出的粒子最終又回到 S 點？ (3)這些粒子中，回到 S 點所用的最短,時間是多少？,圖 8-2-14,思維點撥：本題考查了帶電粒子在磁場中的運動問題；解 題的難點在于先挖掘出粒子能回到 S 點需要滿足的隱含條件以 及考慮到粒子最終又回到 S 點時的多解性，解題時要畫出軌跡 草圖，并能運用勻速圓周運動的基本公式進行解答；此題有一 定的難度.,解：(1)帶電粒子(以下簡稱粒子)從 S 點垂直于 DE 邊以速,而粒子要能繞過頂點與DEF 的邊相碰，則粒子作圓周運 動的半徑 R 不能太大，如圖 8-2-15 所示，必須有 圖 8-2-15,由圖中的幾何關(guān)系計算可知,【考點練透】 5.(多選，2015 年貴州六校聯(lián)考)如圖 8-2-16 所示，一束電 子以大小不同的速率沿圖示方向飛入橫截面為一正方形的勻強,),磁場區(qū)，在從ab邊離開磁場的電子中，下列判斷正確的是( A.從 b 點離開的電子速度最大 B.從 b 點離開的電子在磁場中運動時間最長 C.從 b 點離開的電子速度偏轉(zhuǎn)角最大 D.在磁場中運動時間相同的電子，其軌跡線,一定重合,圖 8-2-16,動半徑越大，速度越大，由此可知，從 b 點離開的電子速度最 大，A 正確；轉(zhuǎn)過的角度越大，時間越長，B 錯誤；從 a 點射 出的電子偏轉(zhuǎn)角最大，C 錯誤；在磁場中運動時間相同的電子， 由于周期相同，其偏轉(zhuǎn)角也相同，因此半徑也相同，所以其軌 跡線一定重合，D 正確. 答案：AD,6.(2015年四川卷)如圖8217所示，S處有一電子源，可向紙面內(nèi)任意方向發(fā)射電子，平板MN垂直于紙面，在紙面內(nèi)的長度L9.1 cm，中點O與S間的距離d4.55 cm，MN與SO直線的夾角為，板所在平面有電子源的一側(cè)區(qū)域有方向垂直于紙面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B2.0104 T，電子質(zhì)量m9.11031 kg，電荷量e1.61019 C，不計電子重力.電子源發(fā)射速度v1.6106 m/s的一個電子，該電子打在板上可能位置的區(qū)域的長度為l，則(),圖 8-2-17,A.90時，l9.1 cm B.60時，l9.1 cm C.45時，l4.55 cm D.30時，l4.55 cm,圖 D45,圖 D46,答案：AD,易錯點,混淆運動半徑與圓形磁場半徑,例4：如圖8218所示，帶負(fù)電的粒子垂直磁場方向進入圓形勻強磁場區(qū)域，出磁場時速度偏離原方向60角，已知帶電粒子質(zhì)量m31020 kg，電量q11013 C，速度v01105 m/s，磁場區(qū)域的半徑R3101 m，不計重力，求磁場的磁感應(yīng)強度.,圖 8-2-18,錯解分析：帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動,以上沒有依據(jù)題意畫出帶電粒子的運動軌跡圖，誤將圓形 磁場的半徑當(dāng)做粒子運動軌跡的半徑，對公式中有關(guān)物理量的 物理意義不明白.,正解分析：畫進、出磁場速度的垂線交點O，O點即 為粒子做圓周運動的圓心，據(jù)此作出運動軌跡AB，如圖8-2-19 所示.圓半徑記為 r. 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，洛,倫茲力提供向心力，,圖 8-2-19,【觸類旁通】 (2016 年山東臨邑一中月考)如圖 8-2-20 所示，圓形區(qū)域內(nèi) 有垂直于紙面向里的勻強磁場，一個帶電粒子以速度 v 從 A 點 沿直徑 AOB 方向射入磁場，經(jīng)過t 時間從 C 點射出磁場，OC 與 OB 成 60角.現(xiàn)將帶電粒子的速度變?yōu)?，仍從 A 點沿原方向射入磁場，不計重,力，則粒子在磁場中的運動時間變?yōu)?,),圖 8-2-20,粒子將從 D 點射出，根據(jù)圖D47 中幾何關(guān)系得圓弧AD 所對應(yīng),正確.,圖 D47,答案：B,