高考物理二轮复习 专题六 磁场 第20课时 磁场对运动电荷的作用课件.ppt

第20课时磁场对运动电荷的作用 知识点一洛伦兹力的方向 c c 1 2016 宁波学考模拟 如图1所示 观察阴极射线在磁场中的偏转 实验中 当条形磁铁一端从后方垂直屏幕靠近阴极射线管 图中从左向右运动的电子向上偏转 对该实验 下列说法正确的是 图1 a 条形磁铁的n极靠近阴极射线管 阴极射线受到洛伦兹力向上b 条形磁铁的n极靠近阴极射线管 阴极射线受到洛伦兹力向下c 条形磁铁的s极靠近阴极射线管 阴极射线受到洛伦兹力向下d 条形磁铁的s极靠近阴极射线管 阴极射线受到洛伦兹力向上解析由于电子从左向右运动 电子向上偏转 受到的洛伦兹力方向向上 由左手定则可知磁场方向从后向前 即条形磁铁的n极靠近阴极射线管 选项a正确 答案a 2 2016 温州学考模拟 老师在课堂上做了一个演示实验 装置如图2所示 在容器的中心放一个圆柱形电极b 沿容器边缘内壁放一个圆环形电极a 把a和b分别与电源的两极相连 然后在容器内放入液体 将该容器放在磁场中 液体就会旋转起来 王同学回去后重复老师的实验步骤 但液体并没有旋转起来 造成这种现象的原因可能是该同学在实验过程中 图2 a 将磁铁的磁极倒置了b 将直流电源的正负极接反了c 使用的液体为能导电的饱和食盐溶液d 使用的电源为50hz的低压交流电源解析通电液体在磁场中受磁场力作用而旋转 将磁铁的磁极倒置 电源正负极接反 换用饱和食盐溶液都能使液体旋转 当使用低压交流电源时 由于电流方向不断改变 所受磁场力方向迅速改变 因此液体并不旋转 选项d正确 答案d 知识点二洛伦兹力大小 c c 3 有关电荷所受电场力和洛伦兹力的说法中 正确的是 a 电荷在磁场中一定受磁场力的作用b 当电荷平行于电场方向运动时 不受电场力的作用c 电荷受电场力的方向与该处的电场方向一致d 电荷若受磁场力 则受力方向与该处的磁场方向垂直 解析电荷在电场中一定受电场力 其方向与正电荷所受电场力方向相同 选项b c错误 当电荷静止或运动方向与磁场方向平行 电荷不受磁场力的作用 选项a错误 磁场力的方向一定垂直于磁场方向 选项d正确 答案d 4 如图3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 图3 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 解析由于长通电螺线管中产生的磁场方向平行于螺线管的中心轴线 与电子的运动方向平行 则电子在磁场中不受洛伦兹力 电子重力不计 则电子做匀速直线运动 答案c 易错点一不能正确理解洛伦兹力的特点1 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场方向确定的平面 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 运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用 4 根据左手定则判断洛伦兹力方向 但一定分正 负电荷 5 洛伦兹力一定不做功 2 洛伦兹力与安培力的联系及区别 1 安培力是洛伦兹力的宏观表现 二者是相同性质的力 都是磁场力 2 安培力可以做功 而洛伦兹力对运动电荷不做功 练1 两个质量相同 所带电荷量相等的带电粒子a b 以不同的速率对准圆心o沿着ao方向射入垂直纸面向里的圆形匀强磁场区域 其运动轨迹如图4 不计粒子的重力 则下列说法正确的是 图4 a a粒子带正电 b粒子带负电b a粒子在磁场中所受洛伦兹力较大c b粒子动能较大d b粒子在磁场中运动时间较长 答案c 疑难点二带电粒子在有界磁场中的运动1 圆心的确定 1 已知入射点 出射点 入射方向和出射方向时 可通过入射点和出射点分别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5甲所示 p为入射点 m为出射点 图5 2 已知入射方向 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迹的圆心 如图乙所示 p为入射点 m为出射点 2 半径的计算可利用物理学公式或几何知识 勾股定理 三角函数等 求出半径大小 练2 多选 如图6 两个初速度大小相同的同种离子a和b 从o点沿垂直磁场方向进入匀强磁场 最后打到屏p上 不计重力 下列说法正确的有 a a b均带正电b a在磁场中飞行的时间比b的短c a在磁场中飞行的路程比b的短d a在p上的落点与o点的距离比b的近 图6 答案ad 疑难点三带电粒子在磁场中极值 临界问题1 临界问题的分析思路物理现象从一种状态变化成另一种状态时存在着一个过渡的转折点 此转折点即为临界状态点 与临界状态相关的物理条件称为临界条件 临界问题的一般解题模式为 1 找出临界状态及临界条件 2 总结临界点的规律 3 解出临界量 2 带电体在磁场中的临界问题的处理方法 1 带电体在磁场中 离开一个面的临界状态是对这个面的压力为零 2 射出或不射出磁场的临界状态是带电体运动的轨迹与磁场边界相切 图7 答案b 疑难点四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 在相同的初速度条件下 正 负粒子在磁场中的运动轨迹不同 因而形成多解 如图8所示 图8 2 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 而未具体指出磁感应强度的方向 此时必须考虑由磁感应强度方向不确定而形成的多解 如图9所示 图9 3 临界状态不唯一形成多解如图10所示 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 它可能直接穿过去了 也可能转过180 从入射界面反向飞出 于是形成了多解 图10 图11 真题示例 例 2015 9月浙江选考测试卷 某科研小组设计了一个粒子探测装置 如图12甲所示 一个截面半径为r的圆筒 筒长大于2r 水平固定放置 筒内分布着垂直于轴线的水平方向匀强磁场 磁感应强度大小为b 图乙为圆筒的入射截面 图丙为竖直方向过筒轴的切面 质量为m 电荷量为q的正离子以不同的初速度垂直于入射截面射入筒内 圆筒内壁布满探测器 可记录粒子到达筒壁的位置 筒壁上的p点和q点与入射面的距离分别为r和2r 离子碰到探测器即被吸收 忽略离子间的相互作用 甲 乙 丙图12 1 离子从o点垂直射入 偏转后到达p点 求该入射离子的速度v0 2 离子从oc线上垂直射入 求位于q点处的探测器接收到的离子的入射速度范围 3 若离子以第 2 问求得范围内的速度垂直入射 从入射截面的特定区域入射的离子偏转后仍能到达距入射面为2r的筒壁位置 画出此入射区域的形状并求其面积 冲刺训练 1 如图13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13 a 向上b 向下c 向左d 向右解析条形磁铁的磁感线在a点垂直p向外 电子在条形磁铁的磁场中向右运动 由左手定则可得电子所受洛伦兹力的方向向上 a正确 答案a 2 2016 丽水学考模拟 两相邻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 在真空室中 有垂直于纸面向里的匀强磁场 三个质子1 2和3分别以大小相等 方向如图14所示的初速度v1 v2和v3经过平板mn上的小孔o射入匀强磁场 这三个质子打到平板mn上的位置到小孔o的距离分别是s1 s2和s3 不计质子重力 则有 图14 a s1 s2 s3b s1 s2 s3c s1 s3 s2d s1 s3 s2解析由已知条件可知三个质子运动轨迹的半径相等 由于初速度v1和v3的方向与mn的夹角相等 所以这两个质子的运动轨迹正好能组合成一个完整的圆 则这两个质子打到平板mn上的位置到小孔的距离是相等的 且小于轨迹圆的直径 而初速度为v2的质子方向与mn垂直 则它的运动轨迹正好是半圆 所以质子打到平板mn上的位置到小孔的距离恰好是圆的直径