资源描述
,基础诊断,考点突破,随堂演练,基础课时,23,磁场对运动电荷的作用,知识梳理,知识点一、洛伦兹力、洛伦兹力的方向和洛伦兹力的公式,1.,洛伦兹力：磁场对,_,的作用力叫洛伦兹力。,2.,洛伦兹力的方向,(1),判定方法：左手定则：,掌心,磁感线,_,穿入掌心；,四指,指向正电荷运动的方向或负电荷运动的,_,；,拇指,指向,_,的方向。,(2),方向特点：,F,B,F,v,即,F,垂直于,B,和,v,决定的,_,。,运动电荷,垂直,反方向,洛伦兹力,平面,3.,洛伦兹力的大小,(1),v,B,时,洛伦兹力,F,_,。,(,0,或,180),(2),v,B,时,洛伦兹力,F,_,。,(,90),(3),v,0,时,洛伦兹力,F,_,。,知识点二、带电粒子在匀强磁场中的运动,1.,若,v,B,带电粒子不受洛伦兹力,在匀强磁场中做,_,运动。,2.,若,v,B,带电粒子仅受洛伦兹力作用,在垂直于磁感线的平面内以入射速度,v,做,_,运动。,3.,半径和周期公式：,(,v,B,),0,0,q,v,B,匀速直线,匀速圆周,思考,(1),洛伦兹力对运动电荷做功吗？它是否改变运动电荷速度的方向？,(2),电荷在电场中一定受到电场力作用吗？电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用吗？,(3),试画出图,1,中几种情况下带电粒子的运动轨迹。,图,1,诊断自测,1.,下列各图中,运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是,(,),解析根据左手定则,A,中,F,方向应向上,B,中,F,方向应向下,故,A,错误、,B,正确；,C,、,D,中都是,v,B,F,0,故,C,、,D,都错。,参考答案,B,2.,一螺线管中通有从左向右看逆时针方向的电流,一带正电粒子沿螺线管的中心轴线从左向右运动,粒子重力不计,如图,2,所示,则下列说法中正确的是,(,),图,2,A.,粒子逆着磁感线进入螺线管内,洛伦兹力做负功,粒子做减速直线运动,B.,粒子顺着磁感线进入螺线管内,洛伦兹力做正功,粒子做加速直线运动,C.,粒子可能在螺线管中心轴线上做往复直线运动,D.,粒子不受洛伦兹力作用,做匀速直线运动,解析因通电螺线管的磁场等同于条形磁铁的磁场,管内部磁感线与中心轴线平行,粒子沿磁感线运动不受洛伦兹力作用,粒子沿螺线管中心轴线做匀速直线运动；另外,无论带电粒子沿什么方向射入磁场,洛伦兹力永不做功,所以只有选项,D,正确。,参考答案,D,3.,如图,3,所示,重力不计、初速度为,v,的正电荷,从,a,点沿水平方向射入有明显左边界的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,若边界右侧的磁场范围足够大,该电荷进入磁场后,(,),图,3,A.,动能发生改变,B.,运动轨迹是一个完整的圆,正电荷始终在磁场中运动,C.,运动轨迹是一个半圆,并从,a,点上方某处穿出边界向左射出,D.,运动轨迹是一个半圆,并从,a,点下方某处穿出边界向左射出,C,4.,(2015,山西长治一模,),如图,4,所示,半径为,r,的圆形空间内,存在着垂直于纸面向外的匀强磁场,一个带电粒子,(,不计重力,),从,A,点沿半径方向以速度,v,0,垂直于磁场方向射入磁场中,并由,B,点射出,且,AOB,120,则该粒子在磁场中运动的时间为,(,),图,4,参考答案,D,5.(,多选,),如图,5,所示,ABC,为竖直平面内的光滑绝缘轨道,其中,AB,为倾斜直轨道,BC,为与,AB,相切的圆形轨道,并且圆形轨道处在匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里。质量相同的甲、乙、丙三个小球中,甲球带正电、乙球带负电、丙球不带电。现将三个小球在轨道,AB,上分别从不同高度处由静止释放,都恰好通过圆形轨道的最高点,则,(,),图,5,A.,经过最高点时,三个小球的速度相等,B.,经过最高点时,甲球的速度最小,C.,甲球的释放位置比乙球的高,D.,运动过程中三个小球的机械能均保持不变,参考答案,CD,考点一洛伦兹力的特点与应用,1.,洛伦兹力的特点,(1),洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面。,(2),当电荷运动方向发生变化时,洛伦兹力的方向也随之变化。,(3),运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用。,(4),根据左手定则判断洛伦兹力方向,但一定分正、负电荷。,(5),洛伦兹力一定不做功。,2.,洛伦兹力与安培力的联系及区别,(1),安培力是洛伦兹力的宏观表现,二者是相同性质的力,都是磁场力。,(2),安培力可以做功,而洛伦兹力对运动电荷不做功。,【例,1,】,(,多选,),(2015,新课标全国卷,19),有两个匀强磁场区域,和,中的磁感应强度是,中的,k,倍。两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动。与,中运动的电子相比,中的电子,(,),A.,运动轨迹的半径是,中的,k,倍,B.,加速度的大小是,中的,k,倍,C.,做圆周运动的周期是,中的,k,倍,D.,做圆周运动的角速度与,中的相等,参考答案,AC,反思总结,1.,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析方法,2.,洛伦兹力对带电粒子不做功,因洛伦兹力始终与带电粒子的运动方向垂直,所以洛伦兹力对粒子不做功。如果没有其他外力对带电粒子做功,在粒子的运动过程中就不会有能量之间的转化。,【变式训练】,1.,(2016,江苏淮安模拟,),两个质量相同、所带电荷量相等的带电粒子,a,、,b,以不同的速率对准圆心,O,沿着,AO,方向射入圆形匀强磁场区域,其运动轨迹如图,6,所示。若不计粒子的重力,则下列说法正确的是,(,),图,6,A.,a,粒子带正电,b,粒子带负电,B.,a,粒子在磁场中所受洛伦兹力较大,C.,b,粒子的动能较大,D.,b,粒子在磁场中运动时间较长,参考答案,C,考点二带电粒子在有界匀强磁场中的运动,情形一,直线边界,(,进出磁场具有对称性,如图所示,),【例,2,】,(,多选,),(2015,湖北名校联考,),如图,7,所示,直线,MN,上方存在范围足够大的磁感应强度为,B,的匀强磁场,一质子,(,质量为,m,、电荷量为,e,),以速度,v,从,O,点沿与,MN,成,30,角的方向射入磁场中,若不计质子重力,则,(,),图,7,参考答案,AD,【变式训练】,2.(,多选,),如图,8,两个初速度大小相同的同种离子,a,和,b,从,O,点沿垂直磁场方向进入匀强磁场,最后打到屏,P,上。不计重力。下列说法正确的有,(,),图,8,A.,a,、,b,均带正电,B.,a,在磁场中飞行的时间比,b,的短,C.,a,在磁场中飞行的路程比,b,的短,D.,a,在,P,上的落点与,O,点的距离比,b,的近,参考答案,AD,情形二,平行边界,(,存在临界条件,如图所示,),图,9,参考答案,AC,【变式训练】,3.,(2016,湖南长沙模拟,),如图,10,所示,一个理想边界为,PQ,、,MN,的匀强磁场区域,磁场宽度为,d,方向垂直纸面向里。一电子从,O,点沿纸面垂直,PQ,以速度,v,0,进入磁场。若电子在磁场中运动的轨道半径为,2,d,。,O,在,MN,上,且,OO,与,MN,垂直。下列判断正确的是,(,),图,10,参考答案,D,情形三,圆形边界,(,沿径向射入必沿径向射出,如图所示,),【例,4,】如图,11,所示,半径为,R,的圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场,C,、,D,是水平线与圆周的交点,且,CD,R,AO,是水平半径。甲、乙两粒子从,A,点以不同速度沿,AO,方向同时垂直射入匀强磁场中,甲、乙两粒子恰好同时分别击中,C,、,D,两点,不计粒子重力和粒子间的相互作用,则甲、乙两粒子的速度之比为,(,),图,11,参考答案,D,图,12,参考答案,B,方法提炼,1.,圆心的确定方法,方法一若已知粒子轨迹上的两点的速度方向,则可根据洛伦兹力,F,v,分别确定两点处洛伦兹力,F,的方向,其交点即为圆心,如图,(a),；,方法二若已知粒子运动轨迹上的两点和其中某一点的速度方向,则可作出此两点的连线,(,即过这两点的圆弧的弦,),的中垂线,中垂线与垂线的交点即为圆心,如图,(b),。,1.,(2015,海南单科,1),如图,13,所示,a,是竖直平面,P,上的一点,P,前有一条形磁铁垂直于,P,且,S,极朝向,a,点,P,后一电子在偏转线圈和条形磁铁的磁场的配合作用下,在水平面内向右弯曲经过,a,点。在电子经过,a,点的瞬间,条形磁铁的磁场对该电子的作用力的方向,(,),图,13,A.,向上,B.,向下,C.,向左,D.,向右,解析条形磁铁的磁感线在,a,点垂直,P,向外,电子在条形磁铁的磁场中向右运动,由左手定则可得电子所受洛伦兹力的方向向上,A,正确。,参考答案,A,2.,(2015,新课标全国卷,14),两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平行。一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子,(,不计重力,),从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后,粒子的,(,),A.,轨道半径减小,角速度增大,B.,轨道半径减小,角速度减小,C.,轨道半径增大,角速度增大,D.,轨道半径增大,角速度减小,参考答案,D,3.,(2015,陕西渭南一模,),在真空室中,有垂直于纸面向里的匀强磁场,三个质子,1,、,2,和,3,分别以大小相等、方向如图,14,所示的初速度,v,1,、,v,2,和,v,3,经过平板,MN,上的小孔,O,射入匀强磁场,这三个质子打到平板,MN,上的位置到小孔,O,的距离分别是,s,1,、,s,2,和,s,3,不计质子重力,则有,(,),图,14,A.,s,1,s,2,s,3,B.,s,1,s,2,s,3,C.,s,1,s,3,s,2,D.,s,1,s,3,s,2,解析由已知条件可知三个质子运动轨迹的半径相等。由于初速度,v,1,和,v,3,的方向与,MN,的夹角相等,所以这两个质子的运动轨迹正好能组合成一个完整的圆,则这两个质子打到平板,MN,上的位置到小孔的距离是相等的,且小于轨迹圆的直径；而初速度为,v,2,的质子方向与,MN,垂直,则它的运动轨迹正好是半圆,所以质子打到平板,MN,上的位置到小孔的距离恰好是圆的直径,即,s,1,s,3,s,2,D,正确。,参考答案,D,图,15,A.,无论磁感应强度大小如何,获得初速度后的瞬间,小球在最低点一定受到管壁的弹力作用,B.,无论磁感应强度大小如何,小球一定能到达环形细圆管的最高点,且小球在最高点一定受到管壁的弹力作用,C.,无论磁感应强度大小如何,小球一定能到达环形细圆管的最高点,且小球到达最高点时的速度大小都相同,D.,小球在从环形细圆管的最低点运动到所能到达的最高点的过程中,水平方向分速度的大小一直减小,参考答案,BC,图,16,(1),当磁感应强度为多大时,粒子恰好从,A,点射出？,(2),对应于粒子可能射出的各段磁场边界,磁感应强度应满足什么条件？,小结巧记,
展开阅读全文