高考物理大一轮复习 第八章 第2讲 磁场对运动电荷的作用课件.ppt

磁场 第八章 第2讲磁场对运动电荷的作用 一 洛伦兹力1 洛伦兹力的定义 磁场对 的作用力 2 洛伦兹力的大小f 为v与b的夹角 如图8 2 1所示 图8 2 1 1 当v b时 0或180 洛伦兹力f 2 当v b时 90 洛伦兹力f 3 静止电荷不受洛伦兹力作用 运动电荷 qvbsin 0 qvb 手心 正电荷运动 负电荷 即为运动电荷所受洛伦兹力 b与v 不做功 跟踪训练 1 单选 设匀强磁场的方向沿z轴正向 带负电的运动粒子在磁场中受洛伦兹力f作用的方向沿y轴正向 如图8 2 2所示 则该粒子的速度方向为 a 一定沿x轴正向b 一定沿x轴负向c 可能在xoz平面内d 可能在xoy平面内 答案 c 图8 2 2 解析 电荷的运动方向与磁场可以不垂直 但洛伦兹力方向一定和电荷运动方向垂直 也和磁场方向垂直 即和电荷运动方向与磁场组成的平面垂直 f b f v f bv组成的平面 由左手定则 可知选项c正确 2 多选 2015年黄山模拟 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 答案 b 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 b对 c d中都是v b f 0 故c d错 二 带电粒子在匀强磁场中的运动如果运动电荷在匀强磁场中除洛伦兹力外其他力均忽略不计 或均被平衡 一般讨论如下2种运动形式 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 m 2r 跟踪训练 3 多选 如图8 2 3所示为圆柱形区域的横截面 在没有磁场的情况下 带电粒子 不计重力 以某一初速度沿截面直径方向入射 穿过此区域的时间为t 在该区域加沿圆柱轴线方向的匀强磁场 磁感应强度为b 带电粒子仍以同一初速度沿截面直径入射 粒子飞出此区域时 速度方向偏转60 根据上述条件可求得 a 带电粒子的荷质比b 带电粒子在磁场中运动的周期c 带电粒子在磁场中运动的半径d 带电粒子的初速度 图8 2 3 答案 ab 4 多选 2015年汕尾质检 薄铝板将同一匀强磁场分成 两个区域 高速带电粒子可穿过铝板一次 在两个区域内运动的轨迹如图8 2 4所示 半径r1 r2 假定穿过铝板前后粒子电量保持不变 则该粒子 a 带正电b 在 区域的运动速度相同c 在 区域的运动时间相同d 从 区域穿过铝板运动到 区域 答案 cd 图8 2 4 1 洛伦兹力的特点 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 当电荷运动速度的大小和方向发生变化时 洛伦兹力的大小和方向也随之改变 3 洛伦兹力不做功 只改变带电粒子的运动方向 对洛伦兹力的理解 易错警示 电场和磁场都能对带电粒子施加影响 在匀强电场中带电粒子只在电场力作用下 可能做变速直线运动 也可能做变速曲线运动 但不可能做匀速直线运动 而在匀强磁场中 只考虑磁场力的情况下 可以做匀速直线运动 也可以做变速曲线运动 但不可能做变速直线运动 解析由于洛伦兹力不做功 此单摆在摆动过程中 只有重力做功 机械能守恒 故a和b处于同一水平面上 选项a正确 由于a点和b点处于对称位置 速度又为0 绳对球的拉力和球的重力沿绳方向的分力大小相等 故选项b正确 c错误 而向左或向右经过d点的速度方向相反 洛伦兹力方向相反 但向心力却是大小相等的 所以拉力不一样大 故选项d错误 答案ab 一题一得明确洛伦兹力的特点 1 洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁场方向都垂直 即垂直于v b所确定的平面 2 当电荷运动方向变化时 洛伦兹力的方向也随之变化 3 洛伦兹力只改变速度的方向 不改变速度的大小 洛伦兹力不做功 单选 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 从而显示出粒子的径迹 这是云室的原理 如图8 2 7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4种粒子的径迹 下列说法正确的是 a 4种粒子都带正电b 4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 图8 2 7 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 选项d正确 1 分析方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 1 画轨迹 即确定圆心 用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 用牛顿第二定律和圆周运动的规律 特别是周期公式和半径公式进行求解 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的问题 2 带电粒子在有界磁场中运动的常见情形 1 直线边界 进出磁场具有对称性 如图8 2 8所示 图8 2 8 2 平行边界 存在临界条件 如图8 2 9所示 图8 2 9 3 圆形边界 沿径向射入必沿径向射出 如图8 2 10 图8 2 10 一题一得带电粒子垂直进入磁场 在洛伦兹力的作用下 做匀速圆周运动 找到圆心 画出轨迹 是解这类题的关键 1 圆心的确定基本思路 圆心一定在与速度方向垂直的直线上 确定圆心有2种方法 已知入射方向和出射方向时 可通过入射点和出射点分别垂直于入射速度方向和出射速度方向的直线 两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心 如图8 2 12甲所示 p点为入射点 m点为出射点 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 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 如图8 2 12乙所示 p为入射点 m为出射点 图8 2 12 答案 b 分析临界和极值问题 在审题时应注意 至少 恰好 最大 最小 等关键字 寻找极值时要留意这两个突破口 即直径是圆的最大弦和同一圆中大弦对应大的圆心角 带电粒子在磁场中运动的临界和极值问题 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 矩形区域的左边界ad宽为l 现从ad中点o垂直于磁场射入一带电粒子 速度大小为v0 方向与ad边夹角为30 如图8 2 15所示 已知粒子的电荷量为q 质量为m 重力不计 图8 2 15 1 若粒子带负电且恰能从d点射出磁场 求v0的大小 2 若粒子带正电 使粒子能从ab边射出磁场 求v0的取值范围以及在范围内粒子在磁场中运动时间t的范围 2015年六校联考 如图8 2 17 两平行金属板e f之间电压为u 两足够长的平行边界mn pq区域内 有垂直纸面向外的匀强磁场 一质量为m 带电量为 q的粒子 不计重力 由e板中央处静止释放 经f板上的小孔射出后 垂直进入磁场 且进入磁场时与边界mn成60 角 磁场mn和pq边界距离为d 求 图8 2 17 1 粒子离开电场时的速度 2 若粒子垂直边界pq离开磁场 求磁感应强度b 3 若粒子最终从磁场边界mn离开磁场 求磁感应强度的范围 答案 见解析 弄清产生多解的原因是解此类题的关键 主要原因有运动的周期性 重复性形成的多解 带电粒子的电性不确定形成的多解 磁场方向不确定形成的多解 带电粒子在磁场中运动的多解性问题 弹性挡板围成边长为l 100cm的正方形abcd 固定在光滑的水平面上 匀强磁场方向竖直向下 磁感应强度为b 0 5t 如图8 2 18所示 质量m 2 10 4kg 带电量q 4 10 3c的小球 从cd边中点的小孔p处以某一速度v垂直于cd边和磁场方向射入 以后小球与挡板的碰撞过程中没有能量损失 图8 2 18 1 为使小球能从p点垂直于dc射出来 小球入射的速度v是多少 2 为使小球在最短的时间内从p点垂直于dc射出来 小球入射的速度v1是多少 3 若小球以v2 1m s的速度入射 则需经过多长时间才能由p点出来 如图8 2 20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