2011届高考物理磁场对运动电荷的作用复习

,第二节磁场对运动电荷的作用,基础知识梳理,一、洛伦兹力1定义：电荷在磁场中所受的力2大小(1)vB时，F.(2)vB时，F.(3)v与B夹角为时，F.,运动,qvBsin,0,qvB,基础知识梳理,3方向(1)判定方法：应用左手定则，注意四指应指向电流的方向，即正电荷或负电荷(2)方向特点：FB，Fv.即F垂直于决定的平面(注意B和v可以有任意夹角),运动方向,运动的反方向,B、v,基础知识梳理,由于F始终v的方向，故洛伦兹力永不做功特别提示：当电荷的运动方向与磁场方向不垂直时，高中阶段暂不要求掌握,垂直于,基础知识梳理,二、带电粒子在磁场中的运动1若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向平行，则带电粒子以入射速度v做运动2若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向垂直，则带电粒子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,基础知识梳理,(1)基本公式周期、频率和角速度公式,基础知识梳理,(2)T、f和的特点T、f和的大小与轨道半径r和运行速率v，只与磁场的和粒子,无关,磁感应强度B,基础知识梳理,三、洛伦兹力的应用实例1回旋加速器,图1121,基础知识梳理,(1)构造：如图1121所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源D形盒处于匀强磁场中(2)原理：交变电流的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子在圆周运动过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加,基础知识梳理,2质谱仪(1)构造：如图1122所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等组成,图1122,基础知识梳理,一、对洛伦兹力的理解1洛伦兹力和安培力的关系洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现,课堂互动讲练,课堂互动讲练,2洛伦兹力方向的特点(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,课堂互动讲练,(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)用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时，要注意将四指指向电荷运动的反方向,课堂互动讲练,3洛伦兹力与电场力的比较,课堂互动讲练,课堂互动讲练,1.洛伦兹力方向与速度方向一定垂直，而电场力的方向与速度方向无必然联系2安培力是洛伦兹力的宏观表现，但各自的表现形式不同，洛伦兹力对运动电荷永远不做功，而安培力对通电导线可做正功，可做负功，也可不做功,特别提醒,1.(2010年广东珠海质检)以下说法正确的是()A电荷处于电场中一定受到电场力B运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力C洛伦兹力对运动电荷一定不做功D洛伦兹力可以改变运动电荷的速度方向和速度大小,课堂互动讲练,课堂互动讲练,解析：选AC.电荷在电场中一定受电场力，故A对电荷在磁场中运动，且速度方向不平行于磁感线时，才受到洛伦兹力的作用，B错误洛伦兹力的方向总是垂直于电荷的速度方向，不做功，它只改变速度的方向，不改变速度的大小，C正确，D错误,课堂互动讲练,二、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题,课堂互动讲练,课堂互动讲练,课堂互动讲练,课堂互动讲练,2如图1123所示，正方形区域abcd中充满匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，一个氢核从ad边的中点m沿着既垂直于ad边又垂直于磁场的方向，以一定速度射入磁场，正好从ab边中点n射出磁场若将磁场的磁感应强度变为原来的2倍，其他条件不变，则这个氢核射出磁场的位置是(),课堂互动讲练,课堂互动讲练,图1123,A在b、n之间某点B在n、a之间某点Ca点D在a、m之间某点,课堂互动讲练,课堂互动讲练,三、带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动的多解问题1带电粒子电性不确定形成多解,图1124,课堂互动讲练,受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电，也可能带负电，在相同的初速度的条件下，正、负粒子在磁场中运动轨迹不同，形成多解如图1124所示，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.,课堂互动讲练,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，此时必须要考虑磁感应强度方向不确定而形成的多解如图1125所示，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.,课堂互动讲练,图1125,图1126,课堂互动讲练,3临界状态不唯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从入射界面这边反向飞出，如图1126所示，于是形成了多解,图1127,课堂互动讲练,4运动的周期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1127所示,3长为L的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场，如图1128所示，磁感应强度为B，板间距离为L，板不带电一质量为m、电荷量为q带正电的粒子(不计重力)，从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的方法是(),课堂互动讲练,课堂互动讲练,A使粒子的速度vBqL/4mC使粒子的速度v5BqL/4mD使粒子的速度BqL/4mv5BqL/4m,图1128,课堂互动讲练,(2009年黄冈一模)如图11211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的带正电的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,高频考点例析,题型一带电粒子在磁场中的圆周运动,例2,高频考点例析,(1)试求粒子能从ab边射出磁场的v0的范围；(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？,高频考点例析,图11212,高频考点例析,【思路点拨】由于磁场边界的限制，粒子从ab边射出磁场时速度有一定的范围当v0有最小值v1时，粒子速度恰与ab边相切；当v0有最大值v2时，粒子速度恰与cd边相切，如图11212所示,高频考点例析,高频考点例析,高频考点例析,高频考点例析,【方法技巧】(1)粒子刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨道与边界相切(2)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,(2010年苏州模拟)如图11213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11213乙所示，设垂直纸面向里的磁场,高频考点例析,题型一带电粒子在磁场中运动的多解问题,例1,高频考点例析,方向为正方向有一群正离子在t0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：,高频考点例析,图11213,高频考点例析,(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,高频考点例析,图11214,高频考点例析,(2)要使正离子从O孔垂直于N板射出磁场，v0的方向应如图11214所示，两板之间正离子只运动一个周期即