高考物理一轮精细复习 （必备基础点拨+高考考点集结+考点专训）磁场对运动电荷的作用课件

洛伦兹力洛伦兹力想一想想一想 来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将相道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将相对该点向哪个方向偏？对该点向哪个方向偏？ 提示提示地球表面地磁场方向由南向北，质子是氢原子核，地球表面地磁场方向由南向北，质子是氢原子核，带正电荷。根据左手定则可判定，质子自赤道上空竖直下落过带正电荷。根据左手定则可判定，质子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东，故相对该点向东偏。程中受洛伦兹力方向向东，故相对该点向东偏。记一记记一记 1洛伦兹力洛伦兹力 磁场对磁场对 的作用力。的作用力。 2洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向 左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向并使四指指向 运动的方向，这时运动的方向，这时 所指的所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。运动电荷运动电荷正电荷正电荷拇指拇指 3洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小F ，为为v与与B的夹角，如图的夹角，如图821所示。所示。(1)vB时，时，0或或180，洛伦兹力，洛伦兹力F 。(2)vB时，时，90，洛伦兹力，洛伦兹力F 。(3)v0时，洛伦兹力时，洛伦兹力F 。图图821qvBsin qvB00试一试试一试1如图如图822所示，电子枪射出的电子束进入示波管，所示，电子枪射出的电子束进入示波管，在示波管正下方有竖直放置的通电环形导线，则示波管在示波管正下方有竖直放置的通电环形导线，则示波管中的电子束将中的电子束将 ()图图822A向上偏转向上偏转B向下偏转向下偏转C向纸外偏转向纸外偏转 D向纸里偏转向纸里偏转解析：环形导线在示波管处产生的磁场方向垂直于纸面解析：环形导线在示波管处产生的磁场方向垂直于纸面向外，由左手定则可判断，电子受到的洛伦兹力向上，向外，由左手定则可判断，电子受到的洛伦兹力向上，故故A正确。正确。答案：答案：A带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动想一想想一想 一电子在匀强磁场中，以一正电荷为圆心在一圆轨道一电子在匀强磁场中，以一正电荷为圆心在一圆轨道上运行。磁场方向垂直于它的运动平面，电场力恰好是磁场上运行。磁场方向垂直于它的运动平面，电场力恰好是磁场作用在电子上的磁场力的作用在电子上的磁场力的3倍，电子电荷量为倍，电子电荷量为e，质量为，质量为m，磁感应强度为磁感应强度为B，那么电子运动的角速度可能为多少？，那么电子运动的角速度可能为多少？记一记记一记 1洛伦兹力的特点洛伦兹力的特点 洛伦兹力不改变带电粒子速度的洛伦兹力不改变带电粒子速度的 ，或者说，或者说，洛伦兹力对带电粒子不做功。洛伦兹力对带电粒子不做功。 2粒子的运动性质粒子的运动性质 (1)若若v0B，则粒子，则粒子 ，在磁场中做匀，在磁场中做匀速直线运动。速直线运动。 (2)若若v0B，则带电粒子在匀强磁场中，则带电粒子在匀强磁场中做做 。大小大小不受洛伦兹力不受洛伦兹力匀速圆周运动匀速圆周运动 3半径和周期公式半径和周期公式 (1)洛伦兹力方向总与速度方向垂直，正好起到了洛伦兹力方向总与速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。根据牛顿第二定律，表达式向心力的作用。根据牛顿第二定律，表达式为为 。 (2)半径公式半径公式r ，周期公式，周期公式T 。 试一试试一试图图823解析：带正电的粒子射入磁场后，解析：带正电的粒子射入磁场后，由于受到洛伦兹力的作用，粒子将由于受到洛伦兹力的作用，粒子将沿如图所示虚线所示的轨迹运动，沿如图所示虚线所示的轨迹运动，从从A点射出磁场，点射出磁场，O、A间的距离为间的距离为l，射出磁场时速度的大小仍为射出磁场时速度的大小仍为v0，射出，射出的方向与的方向与x轴的夹角仍为轴的夹角仍为。由洛伦兹力公式和牛顿运动定律可得由洛伦兹力公式和牛顿运动定律可得质谱仪和回旋加速器质谱仪和回旋加速器记一记记一记 1质谱仪质谱仪 (1)构造：如图构造：如图824所示，由粒子源、所示，由粒子源、 、 和照相底片等构成。和照相底片等构成。图图824加速电场加速电场匀强磁场匀强磁场 2回旋加速器回旋加速器 (1)构造：如图构造：如图825所示，所示，D1、D2是是半圆金属盒，半圆金属盒，D形盒的缝隙处接形盒的缝隙处接 电源。电源。D形盒处于匀强磁场中。形盒处于匀强磁场中。交流交流图图825相等相等磁感应强度磁感应强度B半径半径R无关无关试一试试一试3如图如图826是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和和E。平板平板S上有可让粒子通过的狭缝上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶和记录粒子位置的胶片片A1A2。平板。平板S下方有强度为下方有强度为B0的匀强磁场。下列表的匀强磁场。下列表述正确的是述正确的是 ()图图826A质谱仪是分析同位素的重要工具质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外C能通过狭缝能通过狭缝P的带电粒子的速率等于的带电粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小，粒子的比荷越小答案：答案：ABC对洛伦兹力的理解对洛伦兹力的理解 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。观表现。 2洛伦兹力的特点洛伦兹力的特点 (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，所以洛伦兹力只改变速度的方向，场方向确定的平面，所以洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，即洛伦兹力永不做功。不改变速度的大小，即洛伦兹力永不做功。 (2)当电荷运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向当电荷运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向也随之变化。也随之变化。 (3)用左手定则判断负电荷在磁场中运动所受的洛用左手定则判断负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时，要注意将四指指向电荷运动的反方向。伦兹力时，要注意将四指指向电荷运动的反方向。 3洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力与电场力的比较 内容内容对应力对应力比较项目比较项目洛伦兹力洛伦兹力F电场力电场力F性质性质磁场对在其中运动磁场对在其中运动电荷的作用力电荷的作用力电场对放入其中电电场对放入其中电荷的作用力荷的作用力正电荷与电场方向正电荷与电场方向相同，负电荷与电相同，负电荷与电场方向相反场方向相反一定是一定是FB，Fv力方向与场方向力方向与场方向的关系的关系FqEFqvB(vB)大小大小电场中的电荷一定电场中的电荷一定受到电场力作用受到电场力作用v0且且v不与不与B平平行行产生条件产生条件电场力电场力F洛伦兹力洛伦兹力F对应力对应力内容内容比较项目比较项目既可以改变电荷运动的既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变速度大小，也可以改变电荷运动的方向电荷运动的方向只改变电荷运动的只改变电荷运动的速度方向，不改变速度方向，不改变速度大小速度大小作用效果作用效果F为零，为零，E一定为零一定为零F为零，为零，B不一定不一定为零为零力力F为零时场的为零时场的情况情况可能做正功、负功，可能做正功、负功，也可能不做功也可能不做功任何情况下都不做任何情况下都不做功功做功情况做功情况电场力电场力F洛伦兹力洛伦兹力F对应力对应力内容内容比较项目比较项目 例例1(2013长沙模拟长沙模拟)在垂直纸面在垂直纸面水平向里，磁感应强度为水平向里，磁感应强度为B的匀强磁场中，的匀强磁场中，有一固定在水平地面上的光滑半圆槽，有一固定在水平地面上的光滑半圆槽，一个带电荷量为一个带电荷量为q，质量为，质量为m的小球在的小球在如图如图827所示位置从静止滚下，小球滚到槽底时对槽所示位置从静止滚下，小球滚到槽底时对槽底的压力大小等于底的压力大小等于mg，求圆槽轨道的半径，求圆槽轨道的半径R。 洛伦兹力对运动电荷永不做功，而安培力对通电导洛伦兹力对运动电荷永不做功，而安培力对通电导线可做正功，可做负功，也可不做功。线可做正功，可做负功，也可不做功。 图图827 审题指导审题指导 小球滚到槽底过程中只有重力做功，槽的支持力、小球滚到槽底过程中只有重力做功，槽的支持力、洛伦兹力不做功，根据牛顿第二定律以及圆周运动规律洛伦兹力不做功，根据牛顿第二定律以及圆周运动规律即可求解。即可求解。带电粒子在有界磁场中的运动分析带电粒子在有界磁场中的运动分析1.圆心的确定圆心的确定图图828 (1)已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线出射点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的交点就是圆弧轨道的圆心(如图如图828甲所示，图中甲所示，图中P为入射点，为入射点，M为出射点为出射点)。 (2)已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中射点作入射方向的垂线，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圆心垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图如图828乙所示，乙所示，P为入射点，为入射点，M为出射点为出射点)。 (3)带电粒子在不同边界磁场中的运动：带电粒子在不同边界磁场中的运动： 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829所示所示)。平行边界平行边界(存在临界条件，如图存在临界条件，如图8210所示所示)。图图829图图8210 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8211所示所示)。图图8211 2半径的确定和计算半径的确定和计算 利用平面几何关系，求出该圆的可能半径利用平面几何关系，求出该圆的可能半径(或圆心或圆心角角)，求解时注意以下几个重要的几何特点：，求解时注意以下几个重要的几何特点：图图8212 (1)粒子速度的偏向角粒子速度的偏向角()等于圆心角等于圆心角()，并等于，并等于AB弦与切线的夹角弦与切线的夹角(弦切角弦切角)的的2倍倍(如图如图8212)，即，即2t。 (2)相对的弦切角相对的弦切角()相等，与相邻的弦切角相等，与相邻的弦切角()互补，互补，即即180。 (3)直角三角形的几何知识直角三角形的几何知识(勾股定理勾股定理)。AB中点中点C，连接连接OC，则，则ACO、BCO都是直角三角形。都是直角三角形。 例例2如图如图8213所示，虚线圆所围区域内有方所示，虚线圆所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。一束电子。一束电子沿圆形区域的直径方向以速度沿圆形区域的直径方向以速度v射入磁场，电子束经过磁射入磁场，电子束经过磁场区后，其运动方向与原入射方向成场区后，其运动方向与原入射方向成角。设电子质量为角。设电子质量为m，电荷量为，电荷量为e，不计电子之间相互作用力及所受的重力，不计电子之间相互作用力及所受的重力，求：求：图图8213(1)电子在磁场中运动轨迹的半径电子在磁场中运动轨迹的半径R；(2)电子在磁场中运动的时间电子在磁场中运动的时间t；(3)圆形磁场区域的半径圆形磁场区域的半径r。审题指导审题指导第一步：抓关键点第一步：抓关键点为偏向角等于轨道圆弧所为偏向角等于轨道圆弧所对圆心角对圆心角(2)运动方向与原入射方向成运动方向与原入射方向成角角沿半径方向入射，一定会沿沿半径方向入射，一定会沿半径方向射出半径方向射出(1)一束电子沿圆形区域的直一束电子沿圆形区域的直径方向射入径方向射入获取信息获取信息关键点关键点 第二步：找突破口第二步：找突破口 (1)要求轨迹半径要求轨迹半径应根据洛伦兹力提供向心力。应根据洛伦兹力提供向心力。(3)要求圆形磁场区域的半径要求圆形磁场区域的半径可根据几何关系求解。可根据几何关系求解。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 (一一)画轨迹：即画出轨迹，并确定圆心，几何方法画轨迹：即画出轨迹，并确定圆心，几何方法求半径。求半径。 (二二)找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相找联系：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。运动的时间与周期相联系。 (三三)用规律：即牛顿第二定律和圆周运动的规律，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。特别是周期公式、半径公式。带电粒子在磁场中运动的多解问题带电粒子在磁场中运动的多解问题 1.带电粒子电性不确定形成多解带电粒子电性不确定形成多解 受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电，也可能受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电，也可能带负电，在相同的初速度的条件下，正、负粒子在磁场带负电，在相同的初速度的条件下，正、负粒子在磁场中运动轨迹不同，形成多解。中运动轨迹不同，形成多解。 如图如图8214甲，带电粒子以速率甲，带电粒子以速率v垂直进入匀强垂直进入匀强磁场，如带正电，其轨迹为磁场，如带正电，其轨迹为a，如带负电，其轨迹为，如带负电，其轨迹为b。图图8214 2磁场方向不确定形成多解磁场方向不确定形成多解 有些题目只告诉了磁感应强度的大小，而未具体指有些题目只告诉了磁感应强度的大小，而未具体指出磁感应强度的方向，此时必须要考虑磁感应强度方向出磁感应强度的方向，此时必须要考虑磁感应强度方向不确定而形成的多解。不确定而形成的多解。 如图如图8214乙，带正电粒子以速率乙，带正电粒子以速率v垂直进入匀垂直进入匀强磁场，如强磁场，如B垂直纸面向里，其轨迹为垂直纸面向里，其轨迹为a，如，如B垂直纸面垂直纸面向外，其轨迹为向外，其轨迹为b。 3临界状态不唯一形成多解临界状态不唯一形成多解 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，也可能转过运动轨迹是圆弧状，因此，它可能穿过去了，也可能转过180从入射界面这边反向飞出，如图从入射界面这边反向飞出，如图8215甲所示，于是甲所示，于是形成了多解。形成了多解。图图8215 4运动的周期性形成多解运动的周期性形成多解 带电粒子在部分是电场，部分是磁场的空间运动时，运动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。如图往往具有往复性，从而形成多解。如图8215乙所示。乙所示。 例例3(2013苏州模拟苏州模拟)如图如图8216甲所示，甲所示，M、N为竖直放置彼此平行的两块平板，板间距离为为竖直放置彼此平行的两块平板，板间距离为d，两板，两板中央各有一个小孔中央各有一个小孔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，设方向的磁场，磁感应强度随时间的变化如图乙所示，设垂直纸面向里的磁场方向为正方向。有一群正离子在垂直纸面向里的磁场方向为正方向。有一群正离子在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、带电荷量为带电荷量为q，正离子在磁场中做匀速圆周运动的周期与，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磁感应强度变化的周期都为T0，不考虑由于磁场变化而，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：产生的电场的影响，不计离子所受重力。求：图图8216 (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，正离子板射出磁场，正离子射入磁场时的速度射入磁场时的速度v0的可能值。的可能值。求解带电粒子在磁场中运动多解问题的技巧求解带电粒子在磁场中运动多解问题的技巧 (1)分析题目特点，确定题目多解性形成原因。分析题目特点，确定题目多解性形成原因。 (2)作出粒子运动轨迹示意图作出粒子运动轨迹示意图(全面考虑多种可能性全面考虑多种可能性)。 (3)若为周期性重复的多解问题，寻找通项式，若若为周期性重复的多解问题，寻找通项式，若是出现几种解的可能性，注意每种解出现的条件。是出现几种解的可能性，注意每种解出现的条件。带电粒子在磁场中运动的实际应用带电粒子在磁场中运动的实际应用 例例4回旋加速器是用于加速带电粒子流，使之获回旋加速器是用于加速带电粒子流，使之获得很大动能的仪器，其核心部分是两个得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间狭缝两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间狭缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝都得到加速；两中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝都得到加速；两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为q、质量、质量为为m，粒子最大回旋半径为，粒子最大回旋半径为Rm，磁场的磁感应强度为，磁场的磁感应强度为B，其运动轨迹如图其运动轨迹如图8217所示，问：所示，问：图图8217(1)粒子在盒内磁场中做何种运动？粒子在盒内磁场中做何种运动？(2)粒子在两盒间狭缝内做何种运动？粒子在两盒间狭缝内做何种运动？(3)所加交变电压频率为多大？粒子运动角速度为多大？所加交变电压频率为多大？粒子运动角速度为多大？(4)粒子离开加速器时速度为多大？粒子离开加速器时速度为多大？ 尝试解题尝试解题 (1)D形盒由金属导体制成，可屏蔽外电场，因而形盒由金属导体制成，可屏蔽外电场，因而盒内无电场。盒内存在垂直盒面的磁场，故粒子在盒盒内无电场。盒内存在垂直盒面的磁场，故粒子在盒内磁场中做匀速圆周运动。内磁场中做匀速圆周运动。 (2)两盒间狭缝内存在匀强电场，且粒子速度方向两盒间狭缝内存在匀强电场，且粒子速度方向与电场方向在同一条直线上，故粒子做匀加速直线运与电场方向在同一条直线上，故粒子做匀加速直线运动。动。答案答案见解析见解析 洛伦兹力应用问题的分析方法洛伦兹力应用问题的分析方法 (1)洛伦兹力的应用包括回旋加速器、质谱仪、速洛伦兹力的应用包括回旋加速器、质谱仪、速度选择器等。度选择器等。 (2)回旋加速器中经常遇到的问题是粒子获得的最回旋加速器中经常遇到的问题是粒子获得的最大动能、加速的次数、运动时间等，分析的方法是电大动能、加速的次数、运动时间等，分析的方法是电场对粒子加速，每次做功相同，粒子在磁场中做匀速场对粒子加速，每次做功相同，粒子在磁场中做匀速圆周运动，周期相同，其半径最大时动能最大。圆周运动，周期相同，其半径最大时动能最大。 (3)质谱仪中粒子在磁场中运动的轨迹不同，其原质谱仪中粒子在磁场中运动的轨迹不同，其原因是粒子的质量不同。因是粒子的质量不同。 1放缩法放缩法 粒子源发射速度方向一定，大小不同的粒子源发射速度方向一定，大小不同的带电粒子进入匀强磁场时，这些带电粒子在带电粒子进入匀强磁场时，这些带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径随速度的磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径随速度的变化而变化，如图变化而变化，如图8218所示所示(图中只画出粒子带正电图中只画出粒子带正电图图8218超链超链接接的情景的情景)，速度，速度v0越大，运动半径也越大。可以发现这些越大，运动半径也越大。可以发现这些带电粒子射入磁场后，它们运动轨迹的圆心在垂直速度带电粒子射入磁场后，它们运动轨迹的圆心在垂直速度方向的直线方向的直线PP上。由此我们可得到一种确定临界条件上。由此我们可得到一种确定临界条件的方法：在确定这类粒子运动的临界条件时，可以以入的方法：在确定这类粒子运动的临界条件时，可以以入射点射点P为定点，圆心位于为定点，圆心位于PP直线上，将半径放缩作轨迹，直线上，将半径放缩作轨迹，从而探索出临界条件，使问题迎刃而解，这种方法称为从而探索出临界条件，使问题迎刃而解，这种方法称为“放缩法放缩法”。 2平移法平移法 粒子源发射速度大小一定、方向不粒子源发射速度大小一定、方向不同的带电粒子进入匀强磁场时，它们在同的带电粒子进入匀强磁场时，它们在磁场中做匀速圆周运动的半径相同，若磁场中做匀速圆周运动的半径相同，若射入初速度为射入初速度为v0，则圆周运动半径为，则圆周运动半径为Rmv0/qB，如图，如图8219所示。同时可发现这些带电粒子所示。同时可发现这些带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的圆心在以入射点在磁场中做匀速圆周运动的圆心在以入射点P为圆心、为圆心、半径半径Rmv0/qB的圆的圆(这个圆在下面的叙述中称为这个圆在下面的叙述中称为“轨迹轨迹圆心圆圆心圆”)上。上。图图8219 由此我们也可以得到一种确定临界条件的方法：确由此我们也可以得到一种确定临界条件的方法：确定这类粒子在有界磁场中运动的临界条件时，可以将一定这类粒子在有界磁场中运动的临界条件时，可以将一半径为半径为Rmv0/qB的圆沿着的圆沿着“轨迹圆心圆轨迹圆心圆”平移，从而平移，从而探索出临界条件，这种方法称为探索出临界条件，这种方法称为“平移法平移法”。 典例典例如图如图8220所示，所示，在屏在屏MN的上方有磁感应强度为的上方有磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于纸的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里。面向里。P为屏上的一个小孔。为屏上的一个小孔。PC与与MN垂直。一群质垂直。一群质量为量为m、带电荷量为、带电荷量为q的粒子的粒子(不计重力不计重力)，以相同的，以相同的速率速率v，从，从P处沿垂直于磁场的方向射入磁场区域。粒处沿垂直于磁场的方向射入磁场区域。粒子入射方向在与磁场子入射方向在与磁场B垂直的平面内，且散开在与垂直的平面内，且散开在与PC夹角为夹角为的范围内。则在屏的范围内。则在屏MN上被粒子打中的区域的上被粒子打中的区域的长度为长度为 ()图图8220图图8221答案答案D 题后悟道题后悟道 由于带电粒子进入磁场时的速率是相由于带电粒子进入磁场时的速率是相同的，粒子运动轨迹的圆周半径是相同的，所以可将圆周同的，粒子运动轨迹的圆周半径是相同的，所以可将圆周以以P点为转轴进行旋转平移，从而可确定出粒子打中区域点为转轴进行旋转平移，从而可确定出粒子打中区域的最远端和最近端。的最远端和最近端。 (2010江苏高考江苏高考)如图如图8222所示，在匀强磁场中所示，在匀强磁场中附加另一匀强磁场，附加磁场位于图中阴影区域，附加附加另一匀强磁场，附加磁场位于图中阴影区域，附加磁场区域的对称轴磁场区域的对称轴OO与与SS垂直。垂直。a、b、c三个质子先三个质子先后从后从S点沿垂直于磁场的方向射入磁场，它们的速度大点沿垂直于磁场的方向射入磁场，它们的速度大小相等，小相等，b的速度方向与的速度方向与SS垂直，垂直，a、c的速度方向与的速度方向与b的速度方向间的夹角分别为的速度方向间的夹角分别为、，且，且。三个质子经。三个质子经过附加磁场区域后能到达同一点过附加磁场区域后能到达同一点S，则下列说法中正确，则下列说法中正确的有的有 () 图图8222A三个质子从三个质子从S运动到运动到S的时间相等的时间相等B三个质子在附加磁场以外区域运动时，运动轨迹的三个质子在附加磁场以外区域运动时，运动轨迹的圆心均在圆心均在OO轴上轴上C若撤去附加磁场，若撤去附加磁场，a到达到达SS连线上的位置距连线上的位置距S点最点最近近D附加磁场方向与原磁场方向相反附加磁场方向与原磁场方向相反答案：答案：C随堂巩固落实随堂巩固落实1.如图如图8223所示为电视机显像管偏转线所示为电视机显像管偏转线圈的示意图，当线圈通以图示的直流电圈的示意图，当线圈通以图示的直流电时，形成的磁场如图所示，一束沿着管时，形成的磁场如图所示，一束沿着管颈轴线射向纸内的电子将颈轴线射向纸内的电子将 ()A向上偏转向上偏转B向下偏转向下偏转C向左偏转向左偏转 D向右偏转向右偏转解析：电子相对于磁场的运动方向是垂直纸面向里，解析：电子相对于磁场的运动方向是垂直纸面向里，根据左手定则可判定只有选项根据左手定则可判定只有选项D正确。正确。答案：答案：D图图82232.(2012广东高考广东高考)质量和电量都相等的带电粒子质量和电量都相等的带电粒子M和和N，以不同的速率经小孔以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图圆轨迹如图8224中虚线所示，下列表述正确的是中虚线所示，下列表述正确的是 ()AM带负电，带负电，N带正电带正电BM的速率小于的速率小于N的速率的速率C洛伦兹力对洛伦兹力对M、N做正功做正功DM的运行时间大于的运行时间大于N的运行时间的运行时间图图8224答案：答案：A图图8225答案：答案：B4.(2012湖北联考湖北联考)如图如图8226所示，带有正电所示，带有正电荷的荷的A粒子和粒子和B粒子同时以同样大小的速度从粒子同时以同样大小的速度从宽度为宽度为d的有界匀强磁场的边界上的的有界匀强磁场的边界上的O点分别点分别以以30和和60(与边界的夹角与边界的夹角)射入磁场，又恰好不从射入磁场，又恰好不从另一边界飞出，则下列说法中正确的是另一边界飞出，则下列说法中正确的是 () 图图8226答案：答案：BD5(2012温州模拟温州模拟)如图如图8227甲所示是回旋加速器甲所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连。带电粒子在磁场中运动的动能电源相连。带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间随时间t的的变化规律如图变化规律如图8227乙所示，若忽略带电粒子在电乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断中正确的是场中的加速时间，则下列判断中正确的是 ()图图8227A在在Ekt图中应有图中应有t4t3t3t2t2t1B高频电源的变化周期应该等于高频电源的变化周期应该等于tntn1C粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大D当当B一定时，要想粒子获得的最大动能越大，则要一定时，要想粒子获得的最大动能越大，则要求求D形盒的面积也越大形盒的面积也越大解析：带电粒子在两解析：带电粒子在两D形盒内做圆周运动时间等于半个形盒内做圆周运动时间等于半个圆周运动周期，而粒子运动周期圆周运动周期，而粒子运动周期T2m/qB与粒子速度与粒子速度无关，则有无关，则有t4t3t3t2t2t1，选项，选项A正确；高频电正确；高频电答案：答案：AD6(2012温州联考温州联考)如图如图8228所示为一种质谱仪示所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。已知静电分析器通道的半径为已知静电分析器通道的半径为R，均匀辐射电场的，均匀辐射电场的场强为场强为E。磁分析器中有垂直纸面向外的匀强磁场，。磁分析器中有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为磁感应强度为B。问：。问：图图8228(1)为了使位于为了使位于A处电量为处电量为q、质量为、质量为m的离子，从静止的离子，从静止开始经加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析开始经加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器，加速电场的电压器，加速电场的电压U应为多大？应为多大？(2)离子由离子由P点进入磁分析器后，最终打在乳胶片上的点进入磁分析器后，最终打在乳胶片上的Q点，该点距入射点点，该点距入射点P多远？多远？（给有能力的学生加餐）（给有能力的学生加餐）1.(2012漳州检测漳州检测)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，如图点进入匀强磁场，如图1所示。运动中所示。运动中经过经过b点，点，OaOb，若撤去磁场加一，若撤去磁场加一个与个与y轴平行的匀强电场，仍以轴平行的匀强电场，仍以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与与磁感应强度磁感应强度B之比为之比为 ()图图1答案：答案：C2.如图如图2所示，匀强磁场的边界为平行所示，匀强磁场的边界为平行四边形四边形ABCD，其中，其中AC边与对角线边与对角线BC垂直，一束电子以大小不同的速垂直，一束电子以大小不同的速度沿度沿BC从从B点射入磁场，不计电子点射入磁场，不计电子的重力和电子之间的相互作用，关于电子在磁场中运动的重力和电子之间的相互作用，关于电子在磁场中运动的情况，下列说法中正确的是的情况，下列说法中正确的是 ()A入射速度越大的电子，其运动时间越长入射速度越大的电子，其运动时间越长B入射速度越大的电子，其运动轨迹越长入射速度越大的电子，其运动轨迹越长C从从AB边出射的电子的运动时间都相等边出射的电子的运动时间都相等D从从AC边出射的电子的运动时间都相等边出射的电子的运动时间都相等图图2解析：电子以不同的速度沿解析：电子以不同的速度沿BC从从B点射入磁场，若电子以点射入磁场，若电子以AB边射出，画出其运动轨迹如图边射出，画出其运动轨迹如图所示，由几何关系可知在所示，由几何关系可知在AB边边射出的粒子轨迹所对的圆心角射出的粒子轨迹所对的圆心角相等，在磁场中的运动时间相等，与速度无关，相等，在磁场中的运动时间相等，与速度无关，C对，对，A错；从错；从AC边射出的电子轨迹所对圆心角不相等，且入射边射出的电子轨迹所对圆心角不相等，且入射速度越大，其运动轨迹越短，在磁场中的运动时间不相速度越大，其运动轨迹越短，在磁场中的运动时间不相等，等，B、D错。错。答案：答案：C3.如图如图3所示，摆球带负电荷的单摆，在一所示，摆球带负电荷的单摆，在一匀强磁场中摆动，匀强磁场的方向垂匀强磁场中摆动，匀强磁场的方向垂直纸面向里，摆球在直纸面向里，摆球在AB间摆动过程中，间摆动过程中，由由A摆到最低点摆到最低点C时，摆线拉力的大小时，摆线拉力的大小为为F1，摆球加速度大小为，摆球加速度大小为a1；由；由B摆到最低点摆到最低点C时，摆时，摆线拉力的大小为线拉力的大小为F2，摆球加速度大小为，摆球加速度大小为a2，则，则()图图3AF1F2，a1a2BF1F2，a1a2CF1F2，a1a2DF1F2，a1a2解析：绳的拉力、洛伦兹力始终与单摆的运动方向垂解析：绳的拉力、洛伦兹力始终与单摆的运动方向垂直，不做功。只有重力做功，所以直，不做功。只有重力做功，所以a1a2，当单摆由，当单摆由A摆到最低点摆到最低点C时，绳的拉力和洛伦兹力方向相同，由时，绳的拉力和洛伦兹力方向相同，由B摆到最低点摆到最低点C时，绳的拉力与洛伦兹力方向相反，故时，绳的拉力与洛伦兹力方向相反，故F1F2。答案：答案：B4如图如图4所示，矩形所示，矩形MNPQ区域内有方向垂直于纸面的区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场，有匀强磁场，有5个带电粒子从图中箭头所示位置垂直个带电粒子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁场，在纸面内做匀速圆周运动，于磁场边界进入磁场，在纸面内做匀速圆周运动，运动轨迹为相应的圆弧。这些粒子的质量、电荷量运动轨迹为相应的圆弧。这些粒子的质量、电荷量以及速度大小如下表所示。以及速度大小如下表所示。图图4vq53v2q43v3q32v2q2v2qm1速度大小速度大小电荷量电荷量(q0)质量质量粒子编号粒子编号2m2m2m3m由以上信息可知，从图中由以上信息可知，从图中a、b、c处进入的粒子对应表处进入的粒子对应表中的编号分别为中的编号分别为 ()A3、5、4 B4、2、5C5、3、2 D2、4、5答案：答案：D5.长为长为L的水平极板间，有垂直纸面向里的的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场，如图匀强磁场，如图5所示，磁感应强度为所示，磁感应强度为B，板间距离为板间距离为L，板不带电。一质量为，板不带电。一质量为m、电荷量为电荷量为q带正电的粒子带正电的粒子(不计重力不计重力)，从，从左边极板间中点处垂直磁感线以速度左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的方法是欲使粒子不打在极板上，可采用的方法是 ()图图5答案：答案：AB6(2012深圳模拟深圳模拟)如图如图6所示，在空间中存在垂直纸面所示，在空间中存在垂直纸面向外，宽度为向外，宽度为d的有界匀强磁场。一质量为的有界匀强磁场。一质量为m、带电、带电荷量为荷量为q的粒子自下边界的的粒子自下边界的P点处以速度点处以速度v沿与下边沿与下边界成界成30角的方向垂直射入磁场，恰能垂直于上边角的方向垂直射入磁场，恰能垂直于上边界射出，不计粒子重力，题中界射出，不计粒子重力，题中d、m、q、v均为已知均为已知量。则量。则图图6(1)粒子带何种电荷？粒子带何种电荷？(2)磁场磁感应强度为多少？磁场磁感应强度为多少？解析：解析：(1)粒子向上偏转，由左手定则可判断粒子带正电。粒子向上偏转，由左手定则可判断粒子带正电。图图7答案：见解析答案：见解析