高考物理一轮复习 第八章 第2单元 磁场对运动电荷的作用课件 (2).ppt

必考部分 第八章磁场 第2单元磁场对运动电荷的作用 网控基础点提炼命题源 一 洛伦兹力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 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 1 运动电荷2 1 垂直正电荷反方向洛伦兹力 2 平面 读读教材 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 4 作用效果 由于洛伦兹力总与速度方向垂直 所以洛伦兹力只改变速度的 不改变速度的 3 0qvB4 方向大小 1 如图所示是电子射线管示意图 接通电源后 电子射线由阴极沿x轴正方向射出 在荧光屏上会看到一条亮线 要使荧光屏上的亮线向下 z轴负方向 偏转 在下列措施中可采用的是 练练基础 题组一 洛伦兹力 A 加一磁场 磁场方向沿z轴负方向B 加一磁场 磁场方向沿y轴正方向C 加一电场 电场方向沿z轴负方向D 加一电场 电场方向沿y轴正方向 解析 若加一磁场 要使荧光屏上的亮线向下偏转 即使电子所受的洛伦兹力方向向下 电子运动方向沿x轴正方向 由左手定则可知 磁场方向应沿y轴正方向 所以选项A错 B对 若加一电场 电子应受到向下的静电力作用 故电场方向沿z轴正方向 选项C D均错 2 图中a b c d为四根与纸面垂直的长直导线 其横截面位于正方形的四个顶点上 导线中通有大小相同的电流 方向如图所示 一带正电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动 它所受洛伦兹力的方向是 A 向上B 向下C 向左D 向右 解析 a b c d四根导线上电流大小相同 它们在O点形成的磁场的磁感应强度B大小相同 方向如图甲所示 O点合磁场方向如图乙所示 则由O点垂直纸面向外运动的带正电的粒子所受洛伦兹力方向据左手定则可以判定向下 B选项正确 题组二 带电粒子在匀强磁场中运动 1 应用左手定则时 一定要分清正 负电荷 2 电荷在电场中一定受电场力作用 但电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用 3 在任何情况下 洛伦兹力一定与速度垂直 一定不做功 4 当速度和磁场垂直时 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 其周期与速度无关 与轨道半径无关 小思考微总结 研细核心点练透经典题 1 洛伦兹力方向的特点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电荷运动方向和磁场方向确定的平面 但粒子速度方向与磁场方向不一定垂直 2 洛伦兹力的作用效果 1 洛伦兹力对带电粒子运动状态的影响因洛伦兹力始终与带电粒子的运动方向垂直 所以洛伦兹力只改变粒子的速度方向 而不改变其速度的大小 如果没有其他外力作用 带电粒子将在磁场中做速度不变的曲线运动 考点一对洛伦兹力的理解 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 3 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有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现 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 调研1 2015 杭州第二中学测试 多选 如图所示 甲是一个带正电的小物块 乙是一个不带电的绝缘物块 甲 乙叠放在一起静置于粗糙的水平地板上 地板上方空间有水平方向的匀强磁场 现用水平恒力拉乙物块 使甲 乙无相对滑动地一起水平向左加速运动 在加速运动阶段 A 乙物块与地板之间的摩擦力不断增大B 甲 乙两物块间的摩擦力不断增大C 甲 乙两物块间的摩擦力大小不变D 甲 乙两物块间的摩擦力不断减小 试题调研 答案 AD 名师归纳点题破疑 1 1 如图所示 在水平地面上方有正交的匀强电场和匀强磁场 匀强电场方向竖直向下 匀强磁场方向水平向里 现将一个带正电的金属小球从M点以初速度v0水平抛出 小球着地时的速度为v1 在空中的飞行时间为t1 若将磁场撤除 其他条件均不变 那么小球着地时的速度为v2 在空中飞行的时间为t2 小球所受空气阻力可忽略不计 则关于v1和v2 t1和t2的大小比较 以下判断正确的是 A v1 v2 t1 t2B v1t2 类题练熟 解析 因为洛伦兹力不做功 根据动能定理可知 v1 v2 粒子下落的时间由下落高度和沿竖直方向上的加速度决定 有磁场时 粒子受到的洛伦兹力对粒子产生了沿竖直向上方向的分力 该分力使粒子下落的加速度比没有磁场时小 所以下落的慢 时间长 即t1 t2 本题答案为D 带电粒子在有理想边界的匀强磁场中做匀速圆周运动 其运动规律是洛伦兹力做向心力 解题的关键是画出粒子运动的示意图 确定圆心 半径及圆心角 考点二带电粒子在有界磁场中运动 1 圆心的确定 以圆形有界磁场为例 1 若初速度沿半径方向入射 由于末速度反向延长必过圆心 则过入射点和出射点作圆周的切线 交点即为圆心 如图 2 若初速度不沿半径方向入射 利用初速度方向和弦可确定圆心 如图 调研2 2014 江苏单科 某装置用磁场控制带电粒子的运动 工作原理如图所示 装置的长为L 上下两个相同的矩形区域内存在匀强磁场 磁感应强度大小均为B 方向与纸面垂直且相反 两磁场的间距为d 装置右端有一收集板 M N P为板上的三点 M位于轴线OO 上 N P分别位于下方磁场的上 下边界上 在纸面内 质量为m 电荷量为 q的粒子以某一速度从装置左端的中点射入 方向与轴线成30 角 经过上方的磁场区域一次 恰好到达P点 改变粒子入射速度的大小 可以控制粒子到达收集板上的位置 不计粒子的重力 试题调研 1 求磁场区域的宽度h 2 欲使粒子到达收集板的位置从P点移到N点 求粒子入射速度的最小变化量 v 3 欲使粒子到达M点 求粒子入射速度大小的可能值 解题指导 1 不计重力 粒子在磁场区域做匀速圆周运动 在无磁场区域做匀速直线运动 2 画出粒子到达P点的运动轨迹 由几何关系先求出磁场中轨迹半径r 然后可以从h和r的几何关系求出h 3 画出粒子到达N点时的运动轨迹 求出磁场中运动的轨迹半径r 即可求出粒子速度v 而第 1 问已把原来的轨道半径r求出 也就能确定原来的速度v 如此便可求出速度的最小变化量 v 答案 见解析 名师归纳点题破疑 类题练熟 2 1 如图所示 在半径为R的圆形区域内有充满磁感应强度为B的匀强磁场 MN是一竖直放置的感光板 从圆形磁场最高点P垂直磁场射入大量的带正电 电荷量为q 质量为m 速度为v的粒子 不考虑粒子间的相互作用力 关于这些粒子的运动 以下说法正确的是 放缩法和旋转法的应用 思想 方法 技巧 十二 名师点睛 带电粒子在有界磁场中的偏转问题一直是高考的热点 此类问题较为复杂 常见的磁场边界有单直线边界 双直线边界 矩形边界和圆形边界等 因为是有界磁场 则带电粒子运动的完整圆周往往会被破坏 可能存在最大 最小面积 最长 最短时间等问题 解决此类临界问题常用以下两种解题方法 答案 A 放缩法适用于速度方向相同而大小不同的粒子 由于速度方向相同 粒子做圆周运动的圆心都在与速度方向垂直的直线上 由于速度大小不同 粒子做圆周运动的半径不同 这样形成大小不等的圆 再与题目相结合 找到临界值 从而解决问题 多维思考技法提炼 针对训练 2015 陕西宝鸡质检 多选 如图所示 一束电子以大小不同的速率沿图示方向垂直飞入横截面是一正方形的匀强磁场区域 下列判断正确的是 A 电子在磁场中运动时间越长 其轨迹线越长B 电子在磁场中运动时间越长 其轨迹线所对应的圆心角越大C 在磁场中运动时间相同的电子 其轨迹线一定重合D 不同速率的电子 它们在磁场中运动时间可能相同 经典范例2 2015 陕西宝鸡二检 如图所示 有一个磁感应强度大小为B 方向垂直纸面向里的足够大的匀强磁场 在磁场中的O点有一个粒子源 能在纸面内向各个方向连续不断地均匀发射速率为v 比荷为k的带正电粒子 PQ是垂直纸面放置 厚度不计的挡板 挡板的P端与O点的连线与挡板垂直 带电粒子的重力以及粒子间的相互作用力忽略不计 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 所以可将圆周以O点为转轴进行旋转 从而可确定粒子打中区域的最远端和最近端 多维思考技法提炼