高考物理一轮复习 专题八 磁场 第2讲 磁场对运动电荷的作用课件.ppt

第2讲 磁场对运动电荷的作用 考点1 洛伦兹力及其特点 运动 1 定义 电荷在磁场中受到的力 叫做洛伦兹力 2 洛伦兹力的大小 1 当运动电荷的速度方向与磁感应强度方向垂直时 电荷 所受洛伦兹力f qvb 2 当运动电荷的速度方向与磁感应强度方向平行时 电荷 所受洛伦兹力f 0 3 洛伦兹力的方向 反方向 b和v 1 判定方法 应用左手定则 注意四指应指向电流的方向 即正电荷运动的方向或负电荷运动的 2 方向特点 f b f v 即f垂直于 决定的平面 1 向心力由洛伦兹力提供 m t与轨道半径r 速度v无关 考点2 带电粒子在匀强磁场中的运动 1 速度与磁场平行时 带电粒子不受洛伦兹力作用 在匀 强磁场中做 运动 匀速直线 匀速圆周 2 速度与磁场垂直时 带电粒子受洛伦兹力作用 在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做 运动 v2r qvb 2 轨道半径公式 r mvqb 2 mqb 3 周期 t 2 rv 基础自测 1 如图8 2 1所示 a是竖直平面p上的一点 p前有一条形磁铁垂直于p 且s极朝向a点 p后一电子在偏转线圈和条形磁铁的磁场的共同作用下 在水平面内向右弯曲经过a点 在电子经过a点的瞬间 条形磁铁的磁场对该电子的作用力的 方向 图8 2 1 a 向上 b 向下 c 向左 d 向右 答案 a 2 2015年新课标 卷 两相邻的匀强磁场区域的磁感应强度大小不同 方向平行 一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子 不计重力 从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后 粒子的 a 轨道半径减小 角速度增大b 轨道半径减小 角速度减小c 轨道半径增大 角速度增大d 轨道半径增大 角速度减小答案 d 3 2014年新课标 卷 如图8 2 2所示 mn为铝质薄平板 铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场 未画出 一带电粒子从紧贴铝板上表面的p点垂直于铝板向上射出 从q点穿越铝板后到达pq的中点o 已知粒子穿越铝板时 其动能损失一半 速度方向和电荷量不变 不计重力 铝板上方和下方 的磁感应强度大小之比为 图8 2 2 答案 d 4 如图8 2 3所示 在磁感应强度为b 方向垂直纸面向里的匀强磁场中 一质量为m 电荷量为e的电子 从a点垂直磁感线以初速度v开始运动 经一段时间t后经过b点 a b 连线与初速度方向的夹角为 则t为 图8 2 3 答案 b 热点1 洛伦兹力的特点 热点归纳 1 洛伦兹力方向的特点 1 洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向所确定的平面 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 3 左手定则判断洛伦兹力方向 但一定分正 负电荷 2 洛伦兹力与电场力的比较 考向1 洛伦兹力的方向 典题1 2017年重庆南开中学期末 四根等长的导线固定在正方体的四条沿x轴方向的棱上 并通以等大的电流 方向如图8 2 4所示 正方体的中心o处有一粒子源在不断地沿x轴负方向喷射电子 则电子刚被喷射出时受到的洛伦兹力方向 为 a 沿y轴负方向b 沿y轴正方向c 沿z轴正方向 d 沿z轴负方向 图8 2 4 解析 沿x轴负方向观察 根据右手螺旋定则 判断出四根导线在o点产生的合磁场方向沿z轴负方向 电子初速度方向沿x轴负方向 即垂直纸面向里 根据左手定则 判断出洛伦兹力方向沿y轴正方向 即b正确 答案 b 考向2 洛伦兹力与电场力的比较 典题2 多选 如图8 2 5所示 质量为m 带电量为 q的三个相同的带电小球甲 乙 丙 从同一高度以初速度v0水平抛出 乙球处于竖直向下的匀强电场中 丙球处于垂直纸面向里的匀强磁场中 它们落地的时间分别为t甲 t乙 t丙 落地 时的速度大小分别为v甲 v乙 v丙 则下列判断正确的是 图8 2 5 a t甲 t乙 t丙b t丙 t甲 t乙c v乙 v甲 v丙d v甲 v乙 v丙 答案 bc 考向3 洛伦兹力作用下的动态分析问题 典题3 多选 如图8 2 6所示 甲是不带电的绝缘物块 乙是带负电的物块 甲 乙叠放在一起 置于粗糙的绝缘水平地板上 地板上方空间有垂直于纸面向里的匀强磁场 现加一水平向左的匀强电场 发现甲 乙一起向右加速运动 在加速运动 阶段 图8 2 6 a 甲 乙两物块一起做加速度减小的加速运动b 甲 乙两物块间的摩擦力不变 c 乙物块与地面之间的摩擦力不断增大d 甲 乙两物体可能做匀加速直线运动 解析 对整体受力分析 地面对乙物块的摩擦力f m甲g m乙g qvb 因为整体做加速运动 故地面对乙物块的摩擦力逐渐增大 c正确 对整体根据牛顿第二定律得qe m甲g m乙g qvb m甲 m乙 a 整体的加速度逐渐减小 a正确 d错误 对甲物体受力分析 根据牛顿第二定律得f1 m甲a 加速度减小 则两物块间的摩擦力减小 b错误 答案 ac 热点2 带电粒子在磁场中运动的半径公式和周期公式 典题4 多选 2015年新课标 卷 有两个匀强磁场区域 和 中的磁感应强度是 中的k倍 两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动 与 中运动的电子相比 中的电子 a 运动轨迹的半径是 中的k倍b 加速度的大小是 中的k倍c 做圆周运动的周期是 中的k倍d 做圆周运动的角速度与 中的相等 答案 ac 热点3 带电粒子在有界磁场中的运动 热点归纳 1 圆心的确定 甲 乙 图8 2 7 1 已知入射点 入射方向和出射点 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 两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心 如图8 2 7甲所示 2 已知入射方向和入射点 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 如图乙所示 2 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 或圆心角 求 解时注意以下几个重要的几何特点 图8 2 8 1 粒子速度的偏向角 等于圆心角 并等于ab弦与切 线的夹角 弦切角 的2倍 如图8 2 8所示 即 2 t 2 直角三角形的应用 勾股定理 找到ab的中点c 连接 oc 则 aoc boc都是直角三角形 3 运动时间的确定 粒子在磁场中运动一周的时间为t 当粒子运动的圆弧所 4 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动解题 三步法 1 画轨迹 即确定圆心 画出运动轨迹 2 找联系 轨道半径与磁感应强度 运动速度的联系 偏转角度与圆心角 运动时间的联系 在磁场中的运动时间与周期的联系 3 用规律 即牛顿运动定律和圆周运动的规律 特别是周 期公式 半径公式 考向1 直线边界磁场 带电粒子在直线边界磁场中的运动 进 出磁场具有对称性 如图8 2 9甲 乙 丙所示 甲 丙 乙图8 2 9 典题5 2017年新课标 卷 如图8 2 10所示 空间存在方向垂直于纸面 xoy平面 向里的磁场 在x 0区域 磁感应强度的大小为b0 x1 一质量为m 电荷量为q q 0 的带电粒子以速度v0从坐标原点o沿x轴正方向射入磁场 此时开始计时 当粒子的速度方向再次沿x轴正向时 求 不计重力 1 粒子运动的时间 2 粒子与o点间的距离 图8 2 10 解 1 在匀强磁场中 带电粒子做圆周运动 设在x 0区域 圆周半径为r1 在x 0区域 圆周半径为r2 由洛伦兹力公式及牛顿运动定律得 考向2 圆形边界磁场 带电粒子在圆形边界磁场中的运动 沿径向射入必沿径向射出 如图8 2 11所示 图8 2 11 典题6 2017年新课标 卷 如图8 2 12所示 虚线所示的圆形区域内存在一垂直于纸面的匀强磁场 p为磁场边界上的一点 大量相同的带电粒子以相同的速率经过p点 在纸面内沿不同的方向射入磁场 若粒子射入速率为v1 这些粒子在磁场边界的出射点分布在六分之一圆周上 若粒子射入速率为v2 相应的出射点分布在三分之一圆周上 不计重力及带电粒子之 间的相互作用 则v2 v1为 图8 2 12 图8 2 13答案 c 迁移拓展 如图8 2 14所示 圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场 一个带电粒子以速度v从a点沿直径aob方向射入磁场 经过 t时间从c点射出磁场 oc与ob成60 不计重力 则粒子在磁场中的运动时间变为 图8 2 14 1a t2 b 2 t 1c t3 d 3 t 答案 b 带电粒子在磁场中的极值 临界问题 1 以题目中的 恰好 最大 最高 至少 等词语为突破口 运用动态思维 寻找临界点 确定临界状态 根据粒子的速度方向找出半径方向 同时由磁场边界和题设条件画好轨迹 定好圆心 建立几何关系 2 寻找临界点常用的结论 刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨 迹与边界相切 当速度v一定时 弧长 或弦长 越长 圆心角越大 则 带电粒子在有界磁场中运动的时间越长 当速度v变化时 圆心角越大 运动时间越长 典题7 2017年河北石家庄调研 如图8 2 15所示 在xoy平面的第一象限内 x 4d处平行于y轴放置一个长l d的粒子吸收板ab 在ab左侧存在垂直于纸面向外的磁感应强度为b的匀强磁场 在原点o处有一粒子源 可沿y轴正方向射出质量为m 电荷量为 q的不同速率的带电粒子 不计粒子的重力 图8 2 15 1 若射出的粒子能打在ab板上 求粒子速率v的范围 2 若在点c 8d 0 处放置一粒子回收器 在b c间放一挡板 粒子与挡板碰撞无能量损失 为回收恰从b点进入ab右侧区间的粒子 需在ab右侧加一垂直于纸面向外的匀强磁场 图中未画出 求此磁场磁感应强度的大小和此类粒子从o点发射到进入回收器所用的时间 解 1 粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 洛伦兹力提供向心力 设粒子的速率为v1时 恰好打在吸收板ab的a点 由图8 2 16中几何关系可知粒子的轨道半径r1 2d 因此要