高考物理 第三课时 磁场对运动电荷的作用导与练复习课件.ppt

2012高三物理复习课件 导与练福建 第8章第三课时磁场对运动电荷的作用 1 知道洛伦兹力的特点 会计算其大小 并用左手定则确定其方向 2 掌握带电粒子在匀强磁场中运动特点 会计算做圆周运动的半径 周期 1 洛伦兹力的大小和方向 1 定义 磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力 2 洛伦兹力的大小f qvbsin 为v与b的夹角 v b时 洛伦兹力f 0 0 或180 v b时 洛伦兹力f qvb 90 一般角度时 可认为bsin 为垂直于速度方向上的分量 也可认为vsin 为垂直于磁场方向上的分量 3 洛伦兹力的方向 判定方法 应用左手定则 注意四指应指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向 方向特点 f b f v 即f垂直于b和v决定的平面 注意b和v可以有任意夹角 洛伦兹力的方向总是与粒子速度方向垂直 所以洛伦兹力始终不做功 2 带电粒子在匀强磁场中的运动规律 1 速度方向与磁场方向平行若v b 带电粒子不受洛伦兹力 在匀强磁场中做匀速直线运动 2 速度方向与磁场方向垂直若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做匀速圆周运动 对应学生用书第115页 1 有关洛伦兹力和安培力的描述 正确的是 b a 通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用b 安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现c 带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力做正功d 通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行解析 通电直导线与磁场平行 不受安培力 选项a错误 安培力方向与磁场方向垂直 选项d错误 洛伦兹力对带电粒子不做功 选项c错误 安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现 选项b正确 2 电子在匀强磁场中做匀速圆周运动 下列说法正确的是 d a 速率越大 周期越大b 速率越小 周期越大c 速度方向与磁场方向平行d 速度方向与磁场方向垂直 3 粒子甲的质量与电荷量分别是粒子乙的4倍与2倍 两粒子均带正电 让它们在匀强磁场中同一点以大小相等 方向相反的速度开始运动 已知磁场方向垂直纸面向里 以下四个图中 能正确表示两粒子运动轨迹的是 a 解析 由于m甲 m乙 4 1 q甲 q乙 2 1 v甲 v乙 1 1 故r甲 r乙 2 1 由于带电粒子只受洛伦兹力的作用 而洛伦兹力充当粒子做圆周运动的向心力 由左手定则判断 a选项正确 带电粒子在洛伦兹力作用下的运动问题1 带电粒子只受洛伦兹力的作用 1 若v b 带电粒子不受洛伦兹力 2 若v b 带电粒子做匀速圆周运动 2 带电粒子除受洛伦兹力 还受重力 电场力等力的作用 1 由于带电粒子所受洛伦兹力受带电粒子速度大小和方向的影响 粒子将做复杂的曲线运动 但洛伦兹力的分析仍适用于 力学 的规律方法 2 当带电粒子只受重力 电场力 洛伦兹力且重力和电场力等大反向时 带电粒子仍做匀速圆周运动 3 带电粒子受洛伦兹力不做功 由于洛伦兹力的方向总是与粒子速度方向垂直 所以洛伦兹力始终不做功 例1 如图所示 摆球是带负电的单摆 在一匀强磁场中摆动 匀强磁场的方向垂直于纸面向里 摆球在ab间摆动过程中 由a摆到最低点c时 摆线对球拉力的大小为f1 摆球加速度大小为a1 由b摆到最低点c时 摆线对球拉力的大小为f2 摆球加速度大小为a2 则 a f1 f2 a1 a2b f1f2 a1 a2d f1 f2 a1 a2思路点拨 1 应用左手定则判断分析洛伦兹力方向 2 洛伦兹力不做功 答案 b 1 一般用于解决 力学 问题的规律 方法对于解决 洛伦兹力作用下的运动问题 都适用 2 值得注意的是 洛伦兹力不做功 针对训练11 2011年三明一中上学期第二次月考 如图 一带负电的滑块从粗糙斜面的顶端滑至底端时的速率为v 若加一个垂直纸面向外的匀强磁场 并保证滑块能滑至底端 则它滑至底端时的速率 a 变大b 变小c 不变d 条件不足 无法判断解析 加上磁场后 由左手定则得 滑块受到的洛伦兹力垂直于斜面向下 所以它与斜面间的压力增大 从而导致摩擦力增大 同样条件下 摩擦力做负功多 所以速率变小 答案 b 带电粒子在有界磁场中的运动1 圆心的确定 1 基本思路 与速度方向垂直的直线和图中弦的中垂线一定过圆心 2 两种情形 已知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迹的圆心 如图 甲 所示 图中p为入射点 m为出射点 已知入射方向和出射点的位置时 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 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 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 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 思路点拨 两个电荷量绝对值相同 质量相同的正负粒子从o点以相同速度射入磁场 两粒子所受洛伦兹力等大反向 两粒子偏转方向相反 两粒子的轨迹半径相同 答案 a 考点一 带电体在洛伦兹力作用下的运动问题 例1 能力题 如图所示 下端封闭 上端开口 内壁光滑的细玻璃管竖直放置 管底有一带电的小球 整个装置水平匀速向右运动 垂直于磁场方向进入方向水平的匀强磁场 由于外力的作用 玻璃管在磁场中的速度保持不变 最终小球从上端口飞出 则从进入磁场到小球飞出端口前的过程中 下列说法不正确的是 a 小球带正电荷b 小球做类平抛运动c 洛伦兹力对小球做正功d 管壁的弹力对小球做正功解析 由于小球从上端口飞出 则其受到向上的洛伦兹力 由左手定则可知 小球带正电 由于玻璃管在磁场中的速度不变 即水平方向速度不变 而在竖直方向上受洛伦兹力大小不变 小球做的运动是类平抛运动 洛伦兹力始终对带电小球不做功 所以c错误 带电小球竖直向上运动时 受到磁场产生向左的洛伦兹力 由于水平方向上保持匀速运动 所以带电小球必受到玻璃管左侧壁对其产生向右的作用力 管壁向右的弹力对小球做正功 故a b d正确 选c 答案 c 考点二 带电粒子在有界磁场中的运动 例2 能力题 如图所示 虚线圆所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为b 一束电子沿圆形区域的直径方向以速度v射入磁场 电子束经过磁场区后 其运动方向与原入射方向成 角 设电子质量为m 电荷量为e 不计电子之间相互作用力及所受的重力 求 1 电子在磁场中运动轨迹的半径r 2 电子在磁场中运动的时间t 3 圆形磁场区域的半径r 测控导航 1 2009年广东理基 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 b 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 根据洛伦兹力公式 可知大小与速度有关 洛伦兹力的效果就是改变速度方向 不改变速度的大小 3 2010年南昌市模拟 如图所示的正方形abcd内有垂直于纸面向里的匀强磁场 两个带电粒子p q以相同的初速度从a点沿ab方向射入该区域后 分别从d c点射出 不考虑粒子重力和粒子间的相互作用 粒子运动轨迹如图所示 下列说法中正确的是 c a p q带的是正电荷b p q两粒子的比荷为1 2c p q两粒子在磁场中经历的时间相同d p q两粒子在磁场中的加速度大小之比为1 2 4 如图所示 一个带正电的滑环套在水平且足够长的粗糙的绝缘杆上 整个装置处于方向如图所示的匀强磁场中 现给滑环一个水平向右的瞬时作用力 使其由静止开始运动 则滑环在杆上运动情况不可能的是 c a 始终做匀速运动b 始终做减速运动 最后静止于杆上c 先做加速运动 最后做匀速运动d 先做减速运动 最后做匀速运动 6 2010年重庆理综 如图所示 矩形mnpq区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场 有5个带电粒子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁场 在纸面内做匀速圆周运动 运动轨迹为相应的圆弧 这些粒子的质量 电荷量以及速度大小如下表所示 由以上信息可知 从图中a b c处进入的粒子对应表中的编号分别为 d a 3 5 4b 4 2 5c 5 3 2d 2 4 5 7 2011年福建龙岩模拟 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 乙叠放在一起置于粗糙水平面上 水平面上方有垂直于纸面向里的匀强磁场 现用一个水平恒力拉乙物块 使甲 乙无相对滑动地一起向左加速运动 在共同加速阶段 下列说法中正确的是 b a 甲 乙两物块间的静摩擦力不断增大b 甲 乙两物块间的静摩擦力不断减小c 乙物块与地面间的摩擦力大小不变d 乙物块与地面间的摩擦力不断减小解析 甲物块带正电且向左做加速运动 故所受洛伦兹力方向向下 甲 乙整体对地面的压力增大 乙物块对地面的滑动摩擦力增大 选项c d错 乙物块对地面的滑动摩擦力增大 水平恒力拉乙物块的加速度不断减小 乙对甲的静摩擦力提供的加速度不断减小 故甲 乙两物块间的静摩擦力不断减小 选项a错 选项b对 8 2010年宁波模拟 如图所示 一个质量为m 电荷量为q的正离子 从a点正对着圆心o以一定的速度射入半径为r的绝缘圆筒中 圆筒中存在垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度的大小为b 若离子与圆筒内壁碰撞2次后仍从a点射出 设离子与圆筒内壁碰撞时无能量和电荷量损失 不计离子的重力 求 1 离子速度需要满足的条件 2 离子在磁场中运动的时间 9 拓展探究题 在真空中 半径为r的圆形区域内存在垂直纸面向外的匀