2020年高考物理一轮复习 专题八 第2讲 磁场对运动电荷的作用课件

1、第2讲磁场对运动电荷的作用 考点 1 洛伦兹力及其特点 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 运动 qvB 0 (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洛_. (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洛_. 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同向或负电荷运动的_. (2)方向特点：F洛B，F洛v，即F洛垂直于_ 决定的平面. 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

2、磁场中做_运动. 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. (2)轨道半径公式：R_. 匀速直线 匀速圆周 qvB 【基础自测】 1.带电荷量为q 的粒子在匀强磁场中运动，下列说法中正 确的是() A.只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同 B.如果把q 改为q，且速度反向、大小不变，则洛伦兹 力的大小、方向均不变 C.洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定 与电荷运动方向垂直 D.粒子在只受洛伦兹力作用下运动的动能、速度均不变 解析：因为洛伦兹力的大小不但与粒子速度大小有关，而 且与粒子速度的方向有关.例如，当粒子速度与磁场垂直

3、时， FqvB，当粒子速度与磁场平行时，F0.又由于洛伦兹力的方 向永远与粒子的速度方向垂直，速度方向不同时洛伦兹力的方 向也不同，A 错误.因为q 改为q 且速度反向时所形成的电 流方向与原q 运动形成的电流方向相同，由左手定则可知洛 伦兹力方向不变，再由 FqvB 知大小不变，B 正确.因为电荷 进入磁场时的速度方向可以与磁场方向成任意夹角，C 错误.因 为洛伦兹力总与速度方向垂直，因此洛伦兹力不做功，粒子动 能不变，但洛伦兹力可改变粒子的运动方向，使粒子速度的方 向不断改变，D 错误. 答案：B 2.初速度为 v0 的电子，沿平行于通电长直导线的方向开始 运动，直导线中电流方向与电子的初

4、始运动方向如图 8-2-1 所 示，则() A.电子将向右偏转，速率不变 B.电子将向左偏转，速率改变 图 8-2-1C.电子将向左偏转，速率不变 D.电子将向右偏转，速率改变 答案：A 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

5、 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，但一定先区分正、负 电荷. (5)洛伦兹力一定不做功. 类型洛伦兹力电场力 产生条件v0 且 v

6、不与 B 平行电荷处在电场中 大小FqvB(vB)FqE 力的方向与场 的方向的关系 一定是 FB，Fv 正电荷受力与电场方向相 同，负电荷受力与电场方向 相反 做功情况任何情况下都不做功 可能做正功、负功，也可能 不做功 作用效果 只改变电荷的速度方向， 不改变速度大小 既可以改变电荷的速度大 小，也可以改变运动的方向 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

7、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

8、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 答案：BC 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 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.

9、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 答案：AC m乙gqvB)，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gqvB)(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f1m甲a，加 速度减小，则两物块间的摩擦力减小，B错误. 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

10、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.带电粒子在匀强磁场中圆周运动分析 (1)圆心的确定方法 方法一若已知粒子轨迹上的两点的速度方向，则可根据 洛伦兹力 Fv，分别确定两点处洛伦兹力 F 的方向，其交点即 为圆心，如图 8-2-7 甲； 方法二若已知粒子运动轨迹上的两点和其中某一点的速 度方向，则可画出此两点的连线(即过这两点的圆弧的弦)的中 垂线，中垂线与速度方向垂线的交点即为

11、圆心，如图乙. 甲乙 图 8-2-7 (2)半径的计算方法 2.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动解题“三 步法”： 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 8-2-8 甲、乙、丙所示). 甲丙乙 图 8-2-8 【典题 5】(2017 年新课标卷)如图 8-2-9 所示，空间存在 方向垂直于纸面(xOy 平面)向里的磁场.在 x0 区域，磁感应强 度的大小为 B0；x1). 一质量为 m、电荷量为 q(q0)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)

12、图 8-2-9 (1)粒子运动的时间. (2)粒子与 O 点间的距离. 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 8-2-10 所示). 图 8-2-10 【典题 6】(2018 届广东茂名五大联盟学校联考)如图8-2-11 所示，在某空间存在一面积足够大的匀强磁场区域，在该区域 中心有一半径为 R 的圆，O 为圆心，圆内的磁场垂直纸面向里， 圆外的磁场垂直纸面向外，磁场的磁感应强度为 B.如果在 P 点 有一质量为 m、电荷量为 q 的带正电粒子沿半径 方向射入，它在磁场中做圆周运动的轨迹半径也 为 R，求： 图 8-2-11 (1)带电粒子的初

13、速度大小. (2)带电粒子回到 P 点所需的时间. 解：根据洛伦兹力提供向心力，即可求出带电粒子的初速 度大小；画出粒子运动轨迹，结合粒子在磁场中做圆周运动的 周期，即可求出带电粒子回到 P 点所需的时间. (2)因为粒子在磁场中做圆周运动的轨迹半径也为 R，所以 它在圆形区域内的轨迹是四分之一圆弧，如图 D56 所示，是圆 O1 的一部分；离开圆形区域后，所受洛伦兹 力方向相反，以 O2 为圆心做圆周运动，经过 四分之三弧长后又进入圆形区域，这样依 次以 O1、O2、O3、O4 为圆心做部分圆周运动 后又回到 P 点.图 D56 【迁移拓展】(2018 届山东潍坊一模)如图 8-2-12 所

14、示，在 半径为 R 的圆形区域内，有垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度 为 B，AC 为圆的直径，一质量为 m、电荷量为 q 的粒子从 A 点 射入磁场区域，速度方向与 AC 夹角为，粒子最后从 C 点离开 )磁场，下列说法正确的是( A.该粒子带负电荷 图 8-2-12 解析：由左手定则可知，该粒子带正电荷，运动轨迹如图 D57 所示. 图 D57 答案：BD 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. (

15、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】(2018 届福建泉州质检)如图 8-2-13 所示，空间 存在方向垂直纸面的匀强磁场，一粒子发射源 P 位于足够大绝 缘平板 MN 的上方距离为 d 处，在纸面内向各个方向发射速率 均为 v 的同种带电粒子，不考虑粒子间的相互作用和粒子重力， )已知粒子做圆周运动的半径大小也为 d，则粒子( A.能打在板上的区域长度为 2d B.能打在板上离 P 点的最远距离为 2d 图 8-2-13 图 D58 答案：BC 【触类旁通】(2018 届内蒙古呼和浩特质量调研)如图8-2-14 所示，正方形 abcd 区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，O 点 是 cd 边的中点.一个带正电的粒子(重力忽略不计)从 O 点沿纸面 以垂直于 cd 边的速度射入正