高考物理冲刺专题复习课件第八章 第二讲 磁场对运动电荷的作用

欢迎进入物理课堂 一 洛伦兹力1 大小 1 v B时 F 2 v B时 F 3 v与B夹角为 时 F 0 qvB qvBsin 2 方向 1 判断方法 左手定则 注意四指指向正电荷运动方向或负电荷运动的反方向 2 特点 洛伦兹力垂直于B与v所决定的平面 洛伦兹力永不做功 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 匀速直线 匀速圆周 1 带电粒子垂直匀强磁场方向运动时 会受到洛伦兹力的作用 下列表述正确的是 A 洛伦兹力对带电粒子做功B 洛伦兹力不改变带电粒子的动能C 洛伦兹力的大小与速度无关D 洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向 解析 根据洛伦兹力的特点 洛伦兹力对带电粒子不做功 A错B对 根据F qvB 可知洛伦兹力大小与速度有关 C错 洛伦兹力的作用效果就是改变粒子的运动方向 不改变速度的大小 D错 答案 B 2 如图8 2 1所示 一束电子流沿管的轴线进入螺线管 忽略重力 电子在管内的运动应该是 A 当从a端通入电流时 电子做匀加速直线运动B 当从b端通入电流时 电子做匀加速直线运动C 不管从哪端通入电流 电子都做匀速直线运动D 不管从哪端通入电流 电子都做匀速圆周运动 解析 通电螺线管内部磁感线方向与螺线管轴线平行 电子束不受洛伦兹力 故做匀速直线运动 C项正确 答案 C 3 如图8 2 2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 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 当加一沿y轴正方向的磁场时 电子会受到沿z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 z轴方向 的分量 答案 B 4 月球勘探者号 空间探测器运用高科技手段对月球进行了近距离勘探 在月球重力分布 磁场分布及元素测定方面取得了新的成果 月球上的磁场极其微弱 通过探测器拍摄电子在月球磁场中的运动轨迹 可分析月球磁场的强弱分布情况 如图8 2 3所示是探测器通过月球表面 四个位置时 拍摄到的电子运动轨迹照片 尺寸比例相同 设电子速率相同 且与磁场方向垂直 则可知磁场从强到弱的位置排列正确的是 A B C D 答案 A 典例启迪 例1 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 A 只要速度大小相同 所受洛伦兹力就相同B 如果把 q改为 q 且速度反向大小不变 则洛伦兹力的大小和方向均不变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 思路点拨 解答本题注意以下三个方面 1 公式F qvB中 v与B应垂直 2 洛伦兹力的方向与电荷的电性有关 3 洛伦兹力总与速度方向垂直永不做功 解析 因为洛伦兹力的大小不但与粒子速度大小有关 而且与粒子速度的方向有关 如当粒子速度与磁场垂直时F qvB 当粒子速度与磁场平行时F 0 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A选项错 因为 q改为 q且速度反向时所形成的电流方向与原 q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F qvB知大小不变 故B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C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 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 答案 B 归纳领悟 洛伦兹力与电场力的比较 题组突破 1 带电粒子 重力不计 穿过饱和蒸汽时 在它走过的路径上饱和蒸汽便凝成小液滴 从而显示了粒子的径迹 这是云室的原理 如图8 2 4所示是云室的拍摄照片 云室中加了垂直于照片向外的匀强磁场 图中oa ob oc od是从o点发出的四种粒子的径迹 下列说法中正确的是 A 四种粒子都带正电B 四种粒子都带负电C 打到a b点的粒子带正电D 打到c d点的粒子带正电 答案 D 解析 由左手定则知打到a b点的粒子带负电 打到c d点的粒子带正电 D正确 2 2011 深圳调研 如图8 2 5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 则示波管中的电子束将 A 向上偏转B 向下偏转C 向纸外偏转D 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向外 由左手定则可判断 电子受到的洛伦兹力向上 故A正确 答案 A 典例启迪 例2 如图8 2 6所示 一足够长的矩形区域abcd内充满磁感应强度为B 方向垂直纸面向里的匀强磁场 现从矩形区域ad边的中点O处 垂直磁场射入一速度方向与ad边夹角为30 大小为v0的带电粒子 已知粒子质量为m 电荷量为q ad边长为l 重力影响不计 1 试求粒子能从ab边射出磁场的v0值 2 在满足粒子从ab边射出磁场的条件下 粒子在磁场中运动的最长时间是多少 思路点拨 由于磁场边界的限制 粒子从ab射出时速度有一定的范围 当v0有最小值时 粒子轨道恰好与ab边相切 当v0有最大值时 粒子轨道恰好与cd边相切 粒子运动的最长时间 对应粒子在磁场中运动的圆心角的最大值 归纳领悟 解决带电粒子在有界磁场中的圆周运动时 可按以下三步进行 1 画轨迹 确定圆心 半径 注意可能情况 临界问题的出现 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 半径公式 题组突破 3 如图8 2 7所示 在屏MN的上方有磁感应强度为B的匀强磁场 磁场方向垂直于纸面向里 P为屏上的一个小孔 PC与MN垂直 一群质量为m 带电荷量为 q的粒子 不计重力 以相同的速率v 从P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B垂直的平面内 且散开在与PC夹角为 的范围内 则在屏MN上被粒子打中的区域的长度为 答案 D 4 2011 南平模拟 半径为r的圆形空间内 存在着垂直于纸面向里的匀强磁场 一个带电粒子 不计重力 从A点以速度v0垂直于磁场方向射入磁场中 并从B点射出 AOB 120 如图8 2 8所示 则该带电粒子在磁场中运动的时间为 答案 D 典例启迪 例3 如图8 2 9甲所示 M N为竖直放置彼此平行的两块平板 板间距离为d 两板中央各有一个小孔O O 且正对 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 有一群正离子在t 0时垂直于M板从小孔O射入磁场 已知正离子质量为m 带电荷量为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 不计离子所受重力 求 1 磁感应强度B0的大小 2 要使正离子从O 孔垂直于N板射出磁场 正离子射入磁场时的速度v0的可能值 思路点拨 根据粒子运动的周期和磁场变化的周期关系 画出粒子运动的可能轨迹 从而找出板间距离d与粒子运动半径的关系 再根据半径公式找出v0的可能值 归纳领悟 1 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8 2 10带电粒子以速率v垂直进入匀强磁场 若带正电 其轨迹为a 若带负电 其轨迹为b 2 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 如图8 2 11带正电粒子以速率v垂直进入匀强磁场 若B垂直纸面向里 其轨迹为a 若B垂直纸面向外 其轨迹为b 3 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 从入射面边界反向飞出 如图8 2 12所示 于是形成了多解 4 运动的往复性形成多解带电粒子在部分是电场 部分是磁场的空间运动时 运动往往具有往复性 从而形成多解 如图8 2 13所示 题组突破 5 如图8 2 14所示 在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上 有两个电荷量绝对值相同 质量相同的正 负粒子 不计重力 从O点以相同的速度先后射入磁场中 入射方向与边界成 角 则关于正 负粒子在磁场中的运动的判断错误的是 A 运动时间相同B 运动轨迹的半径相同C 重新回到边界时速度大小和方向相同D 重新回到边界时与O点的距离相等 答案 A 6 如图8 2 15所示 在坐标系xOy中 第一象限内充满着两个匀强磁场a和b OP为分界线 在区域a中 磁感应强度为2B 方向垂直于纸面向里 在区域b中 磁感应强度为B 方向垂直于纸面向外 P点坐标为 4l 3l 一质量为m 电荷量为q的带正电的粒子从P点沿y轴负方向射入区域b 经过一段时间后 粒子恰能经过原点O 不计粒子重力 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 粒子从P点运动到O点的时间最少是多少 2 粒子运动的速度可能是多少 撞前后 x方向的分速度不变 y方向的分速度反向 大小不变 质量为m 电荷量为q q 0 的粒子从P点瞄准N0点入射 最后又通过P点 不计重力 求粒子入射速度的所有可能值 自主尝试 试一试 能否做到正确解答 错解1 不明确挡板的作用 对带电粒子通过挡板返回磁场的周期性运动过程分析不到位 认为带电粒子在磁场中绕行后直接通过P点 则只解出一个结果 认为带电粒子与挡板会碰撞一次 则可解出两个结果 发生漏解 错解2 应用数学知识解决物理问题的能力较差 几何关系分析判断不准 导致解析中 三式的确定错误或不能确定 因此而发生错解 漏解 甚至是不能解答 x1 N0 N0 2Rsin 2分 粒子射出磁场与下一次进入磁场位置间的距离x2始终不变 与N0 N1相等 由图8 2 17可以看出x2 a 1分 设粒子最终离开磁场时 与挡板相碰n次 n 0 1 2 若粒子能回到P点 由对称性 出射点的x坐标应为 a 即 n 1 x1 nx2 2a 2分 点击下图进入 创新演练 大冲关 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全