高考物理一轮复习 第8章第2单元随堂课件

一、洛伦兹力一、洛伦兹力1定义：定义： 电荷在磁场中所受的力电荷在磁场中所受的力2大小大小(1)vB时，时，F (2)vB时，时，F (3)v与与B夹角为夹角为时，时，F3方向：方向：F、v、B三者的关系满足三者的关系满足 定则定则4特点：特点：由于由于F始终始终 v的方向，故洛伦兹力永不做功的方向，故洛伦兹力永不做功运动运动0qvBqvBsin 左手左手垂直于垂直于温馨提示温馨提示洛伦兹力是安培力的微观实质，安培力是洛伦兹力的洛伦兹力是安培力的微观实质，安培力是洛伦兹力的宏观表现宏观表现二、带电粒子在磁场中的运动二、带电粒子在磁场中的运动1若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向平行，带电粒子以入射速度若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向平行，带电粒子以入射速度v做做 运动运动2若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向垂直，带电粒子在垂直于磁若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向垂直，带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速率感线的平面内，以入射速率v做做 运动运动(1)基本公式基本公式匀速直线匀速直线 匀速圆周匀速圆周 洛伦兹力与安培力、电场力的比较洛伦兹力与安培力、电场力的比较1洛伦兹力和安培力的关系洛伦兹力和安培力的关系洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现2洛伦兹力方向的特点洛伦兹力方向的特点(1)洛伦兹力的方向与电荷运动的方向和磁场方向都垂直，即洛伦兹洛伦兹力的方向与电荷运动的方向和磁场方向都垂直，即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洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力与电场力的比较重点提示重点提示洛伦兹力对电荷不做功；安培力对通电导线可做正功，洛伦兹力对电荷不做功；安培力对通电导线可做正功，可做负功，也可不做功；电场力对电荷可做正功，可做负功，也可不可做负功，也可不做功；电场力对电荷可做正功，可做负功，也可不做功做功 在如图所示宽度范围内，在如图所示宽度范围内，用场强为用场强为E的匀强电场可使初速度的匀强电场可使初速度是是v0的某种正粒子偏转的某种正粒子偏转角在同样宽度范围内，若改用方向垂直纸面角在同样宽度范围内，若改用方向垂直纸面向外的匀强磁场，使该粒子穿过该区域，并使偏转角也为向外的匀强磁场，使该粒子穿过该区域，并使偏转角也为(不计粒子的不计粒子的重力重力)，问：，问：(1)匀强磁场的磁感应强度是多大？匀强磁场的磁感应强度是多大？(2)粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大？粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大？思路点拨思路点拨求解此题应把握以下两点：求解此题应把握以下两点：(1)明确粒子在电场和磁场中的运动特点明确粒子在电场和磁场中的运动特点(2)正确分析两种运动中各物理量之间的关系正确分析两种运动中各物理量之间的关系1.(2011年漳州模拟年漳州模拟)带电粒子以初速度带电粒子以初速度v0从从a点进入匀强磁场，如图运点进入匀强磁场，如图运动中经过动中经过b点，点，OaOb，若撤去磁场加一个与，若撤去磁场加一个与y轴平行的匀强电场，仍轴平行的匀强电场，仍以以v0从从a点进入电场，粒子仍能通过点进入电场，粒子仍能通过b点，那么电场强度点，那么电场强度E与磁感应强度与磁感应强度B之比为之比为()答案：答案：C带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题1圆心的确定圆心的确定(1)基本思路：与速度方向垂直的直线和图中弦的中垂线一定过圆心基本思路：与速度方向垂直的直线和图中弦的中垂线一定过圆心(2)两种情形两种情形已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图如图所示，图中所示，图中P为入射点，为入射点，M为出射点为出射点)已知入射点和出射点的位置时，已知入射点和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心圆心(如图，如图，P为入射点，为入射点，M为出射为出射点点)带电粒子在不同边界磁场中的带电粒子在不同边界磁场中的运动运动a直线边界直线边界(进出磁场具有对称性，如图进出磁场具有对称性，如图)b平行边界平行边界(存在临界条件，如图存在临界条件，如图)c圆形边界圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图沿径向射入必沿径向射出，如图)2半径的确定半径的确定用几何知识用几何知识(勾股定理、三角函数等勾股定理、三角函数等)求出半径大小求出半径大小3运动时间的确定运动时间的确定粒子在磁场中运动一周的时间为粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为角为时，其运动时间由下式表示：时，其运动时间由下式表示：重点提示重点提示带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法三步法三步法(1)画轨迹：即确定圆心，几何方法求半径并画出轨迹画轨迹：即确定圆心，几何方法求半径并画出轨迹(2)找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角、运动时间相联系，在磁场中运动的时间与周期相联系圆心角、运动时间相联系，在磁场中运动的时间与周期相联系(3)用规律：即牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期公式、用规律：即牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期公式、半径公式半径公式思路点拨思路点拨分析带电粒子的运动情况是解决问题的前提：要结合运动分析带电粒子的运动情况是解决问题的前提：要结合运动分析画出运动过程草图，运用半径公式及平面几何知识进行分析讨论分析画出运动过程草图，运用半径公式及平面几何知识进行分析讨论答案答案(1)4.19106 s(2)2 m2.如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上，有两个质量和电荷量均如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上，有两个质量和电荷量均相同的正负离子相同的正负离子(不计重力不计重力)，从点，从点O以相同的速率先后射入磁场中，入射方向以相同的速率先后射入磁场中，入射方向与边界成与边界成角，则正负离子在磁场中角，则正负离子在磁场中()A运动时间相同运动时间相同B运动轨道的半径相同运动轨道的半径相同C重新回到边界时速度的大小和方向相同重新回到边界时速度的大小和方向相同D重新回到边界的位置与重新回到边界的位置与O点距离相等点距离相等答案：答案：BCD有关洛伦兹力的多解问题有关洛伦兹力的多解问题1带电粒子电性不确定带电粒子电性不确定受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电，也可能带负电，当粒子受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电，也可能带负电，当粒子具有相同速度时，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，导致多解具有相同速度时，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，导致多解如图如图带电粒子以速率带电粒子以速率v垂直进入匀强磁场，若带正电，其轨迹为垂直进入匀强磁场，若带正电，其轨迹为a，若带负，若带负电，其轨迹为电，其轨迹为b.2磁场方向不确定形成多解磁场方向不确定形成多解磁感应强度是矢量，如果题述条件只给磁感应强度是矢量，如果题述条件只给出磁感应强度大小，而未说明磁感应强度方向，则应考虑因磁场方向不出磁感应强度大小，而未说明磁感应强度方向，则应考虑因磁场方向不确定而导致的多解确定而导致的多解如图带正电粒子以速率如图带正电粒子以速率v垂直进入匀强磁场，若垂直进入匀强磁场，若B垂直纸面向里，其垂直纸面向里，其轨迹为轨迹为a，若，若B垂直纸面向外，其轨迹为垂直纸面向外，其轨迹为b.3临界状态不惟一形成多解临界状态不惟一形成多解带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，由于粒子运动轨迹是带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，由于粒子运动轨迹是圆弧状，因此，它可能穿过去了，也可能转过圆弧状，因此，它可能穿过去了，也可能转过180从入射面边界反向从入射面边界反向飞出，如图所示，于是形成了多解飞出，如图所示，于是形成了多解4运动的往复性形成多解运动的往复性形成多解带电粒子在部分是电场，部分是磁场的空间带电粒子在部分是电场，部分是磁场的空间运动时，运动往往具有往复性，从而形成多解如图所示运动时，运动往往具有往复性，从而形成多解如图所示重点提示重点提示要充分考虑带电粒子的电性、磁场方向、轨迹及临界条件要充分考虑带电粒子的电性、磁场方向、轨迹及临界条件的多种可能性，画出其运动轨迹，分阶段、分层次地求解的多种可能性，画出其运动轨迹，分阶段、分层次地求解 如图甲所示，如图甲所示，MN为竖直放置彼此平行的两块平板，板间距为竖直放置彼此平行的两块平板，板间距离为离为d，两板中央各有一个小孔，两板中央各有一个小孔O、O正对，在两板间有垂直于纸面正对，在两板间有垂直于纸面方向的磁场，磁感应强度随时间的变化如图乙所示有一群正离子方向的磁场，磁感应强度随时间的变化如图乙所示有一群正离子在在t0时垂直于时垂直于M板从小孔板从小孔O射入磁场已知正离子质量为射入磁场已知正离子质量为m、带电、带电荷量为荷量为q，正离子在磁场中做匀速圆周运动的周期与磁感应强度变化，正离子在磁场中做匀速圆周运动的周期与磁感应强度变化的周期都为的周期都为T0，不考虑由于磁场变化而产生的电场的影响，不计离，不考虑由于磁场变化而产生的电场的影响，不计离子所受重力求：子所受重力求：(1)磁感应强度磁感应强度B0的大小；的大小；(2)要使正离子从要使正离子从O孔垂直于孔垂直于N板射出磁场，正离子射入磁场时的速板射出磁场，正离子射入磁场时的速度度v0的可能值的可能值思路点拨思路点拨解答本题时可按以下思路分析：解答本题时可按以下思路分析： 3(2011年西城年西城模拟模拟)如图所示，在如图所示，在NOQ范围内有垂直于纸面向里的匀强磁场范围内有垂直于纸面向里的匀强磁场I，在，在MOQ范围内有垂直于纸面向外的匀强磁场范围内有垂直于纸面向外的匀强磁场，M、O、N在一条直线上，在一条直线上，MOQ60.这两个区域磁场的磁感应强度大小均为这两个区域磁场的磁感应强度大小均为B.离子源中的离子离子源中的离子(带电荷带电荷量为量为q，质量为，质量为m)通过小孔通过小孔O1进入极板间电压为进入极板间电压为U的加速电场区域的加速电场区域(可认为初速可认为初速度为零度为零)，离子经电场加速后通过小孔，离子经电场加速后通过小孔O2射出，从接近射出，从接近O点处进入磁场区域点处进入磁场区域I.离子离子进入磁场的速度垂直于磁场边界进入磁场的速度垂直于磁场边界MN，也垂直于磁场不计离子的重力，也垂直于磁场不计离子的重力(1)当加速电场极板电压当加速电场极板电压UU0，求离子进入磁场中做圆周运动的半径，求离子进入磁场中做圆周运动的半径R.(2)在在OQ上有一点上有一点P，P点到点到O点距离为点距离为L，当加速电场极板电压，当加速电场极板电压U取哪些值，取哪些值，才能保证离子通过才能保证离子通过P点点带电粒子在有界磁场中的临界问题带电粒子在有界磁场中的临界问题 如图所示，匀强磁场的磁感应强度为如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，宽度为，宽度为d，边界为，边界为CD和和EF.一电子从一电子从CD边界外侧以速率边界外侧以速率v0垂直射入匀强磁场，入射方向与垂直射入匀强磁场，入射方向与CD边界间夹角为边界间夹角为.已知电子的质量为已知电子的质量为m，电荷量为，电荷量为e，为使电子能从磁，为使电子能从磁场的另一侧场的另一侧EF射出，求电子的速率射出，求电子的速率v0至少多大？至少多大？思路点拨思路点拨带电粒子在匀强磁场中做圆周运动，带电粒子在匀强磁场中做圆周运动，速率速率v0增大时，电子的轨迹半径也相应增大，画增大时，电子的轨迹半径也相应增大，画出几个不同半径的轨迹，才能得到电子恰好射出出几个不同半径的轨迹，才能得到电子恰好射出磁场的临界条件先画出带电粒子在磁场中的运磁场的临界条件先画出带电粒子在磁场中的运动轨迹，再借助于轨迹进行分析，是解答问题的动轨迹，再借助于轨迹进行分析，是解答问题的捷径捷径听课记录听课记录当入射速率当入射速率v0很小时，电子会在磁场中转动一段圆弧很小时，电子会在磁场中转动一段圆弧后又从后又从CD边界射出，速率越大，轨迹半径越大，当轨迹与边界边界射出，速率越大，轨迹半径越大，当轨迹与边界EF相相切时，电子恰好不能从切时，电子恰好不能从EF射出，如图所示射出，如图所示由几何知识可得：由几何知识可得：rrcos d1如图是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿如图是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线要使荧光屏上的亮线向下向射出，在荧光屏上会看到一条亮线要使荧光屏上的亮线向下(z轴轴负方向负方向)偏转，在下列措施中可采用的是偏转，在下列措施中可采用的是()A加一磁场，磁场方向沿加一磁场，磁场方向沿z轴负方向轴负方向B加一磁场，磁场方向沿加一磁场，磁场方向沿y轴正方向轴正方向C加一电场，电场方向沿加一电场，电场方向沿z轴负方向轴负方向D加一电场，电场方向沿加一电场，电场方向沿y轴正方向轴正方向解析：解析：当加一沿当加一沿y轴正方向的磁场时，电子会受到沿轴正方向的磁场时，电子会受到沿z轴的洛伦兹力轴的洛伦兹力而向下偏转；如果加的是电场，其方向必须有向上而向下偏转；如果加的是电场，其方向必须有向上(z轴方向轴方向)的的分量分量答案：答案：B2。带电荷量为带电荷量为q的粒子在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是的粒子在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是( )A只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B如果把如果把q改为改为q，且速度反向大小不变，则洛伦兹力的大小和方向均，且速度反向大小不变，则洛伦兹力的大小和方向均不变不变C洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直垂直D粒子只受到洛伦兹力作用时，运动的速度、动能均不变粒子只受到洛伦兹力作用时，运动的速度、动能均不变解析：解析：因为洛伦兹力的大小不但与粒子速度大小有关，而且与粒子速度的因为洛伦兹力的大小不但与粒子速度大小有关，而且与粒子速度的方向有关如果粒子速度与磁场垂直时方向有关如果粒子速度与磁场垂直时FqvB，当粒子速度与磁场平行时，当粒子速度与磁场平行时F0.再者由于洛伦兹力的方向永远与粒子的速度方向垂直，因而速度方向不再者由于洛伦兹力的方向永远与粒子的速度方向垂直，因而速度方向不同时，洛伦兹力的方向也不同故同时，洛伦兹力的方向也不同故A选项错选项错因为因为q改为改为q且速度反向时所形成的电流方向与原且速度反向时所形成的电流方向与原q运动形成的电流运动形成的电流方向相同，由左手定则可知洛伦兹力方向不变，再由方向相同，由左手定则可知洛伦兹力方向不变，再由FqvB知大小不变，故知大小不变，故B选项正确选项正确因为电荷进入磁场时的速度方向可以与磁场方向成任意夹角，故因为电荷进入磁场时的速度方向可以与磁场方向成任意夹角，故C选项错选项错因为洛伦兹力总与速度方向垂直，因此洛伦兹力不做功，粒子动能不变，因为洛伦兹力总与速度方向垂直，因此洛伦兹力不做功，粒子动能不变，但洛伦兹力可改变粒子的运动方向，使速度的方向不断改变，故但洛伦兹力可改变粒子的运动方向，使速度的方向不断改变，故D选项错选项错答案：答案：B3(2009年高考安徽卷年高考安徽卷)如图是科学史上一张著名的实验照片，显示一如图是科学史上一张著名的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹云室旋转在匀强磁个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹云室旋转在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里云室中横放的金属板对粒子的运动起场中，磁场方向垂直照片向里云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用分析此径迹可知粒子阻碍作用分析此径迹可知粒子()A带正电，由下往上运动带正电，由下往上运动B带正电，由上往下运动带正电，由上往下运动C带负电，由上往下运动带负电，由上往下运动D带负电，由下往上运动带负电，由下往上运动解析：解析：粒子穿过金属板后，速度变小，由半径公式粒子穿过金属板后，速度变小，由半径公式r可知，半径变小，可知，半径变小，粒子运动方向为由下向上；又由于洛伦兹力的方向指向圆心，由左手粒子运动方向为由下向上；又由于洛伦兹力的方向指向圆心，由左手定则，粒子带正电选定则，粒子带正电选A.答案：答案：A4.(2011年长沙模拟年长沙模拟)如图，在如图，在x0、y0的空间中有恒定的匀强磁场，的空间中有恒定的匀强磁场，磁感应强度的方向垂直于磁感应强度的方向垂直于Oxy平面向里，大小为平面向里，大小为B.现有一质量为现有一质量为m、电、电荷量为荷量为q的带电粒子，在的带电粒子，在x轴上到原点的距离为轴上到原点的距离为x0的的P点，以平行于点，以平行于y轴轴的初速度射入此磁场，在磁场作用下沿垂直于的初速度射入此磁场，在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场，轴的方向射出此磁场，不计重力的影响由这些条件可知不计重力的影响由这些条件可知()A能确定粒子通过能确定粒子通过y轴时的位置轴时的位置B能确定粒子速度的大小能确定粒子速度的大小C能确定粒子在磁场中运动所经历的时间能确定粒子在磁场中运动所经历的时间D以上三个判断都不对以上三个判断都不对答案：答案：ABC5如图所示，如图所示，在在y0的区域存在匀强磁场，磁场方向垂直于的区域存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指平面并指向纸面外，磁感应强度为向纸面外，磁感应强度为B.一带正电的粒子以速度一带正电的粒子以速度v0从从O点射入磁场，点射入磁场，入射方向在入射方向在xy平面内，与平面内，与x轴正向的夹角为轴正向的夹角为.若粒子射出磁场的位置与若粒子射出磁场的位置与O点距离为点距离为l，求该粒子的比荷，求该粒子的比荷q/m.本小节结束请按ESC键返回