2017高考物理一轮复习 第8章 磁场 基础课时23 磁场对运动电荷的作用课件

1、基础课时基础课时23磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 知识梳理知识梳理 知识点一、洛伦兹力、洛伦兹力的方向和洛伦兹力的公式知识点一、洛伦兹力、洛伦兹力的方向和洛伦兹力的公式 1.洛伦兹力洛伦兹力：磁场对：磁场对_的作用力叫洛伦兹力。的作用力叫洛伦兹力。 2.洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向 (1)判定方法：左手定则：判定方法：左手定则： 掌心掌心磁感线磁感线_穿入掌心；穿入掌心； 四指四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的指向正电荷运动的方向或负电荷运动的_； 拇指拇指指向指向_的方向。的方向。 (2)方向特点：方向特点：FB，Fv，即，即F垂直于垂直于B和和v决定的决定的_。 运动电荷运

2、动电荷 垂直垂直 反方向反方向 洛伦兹力洛伦兹力 平面平面 3.洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小 (1)vB时，洛伦兹力时，洛伦兹力F_。(0或或180) (2)vB时，洛伦兹力时，洛伦兹力F_。(90) (3)v0时，洛伦兹力时，洛伦兹力F_。 知识点二、带电粒子在匀强磁场中的运动知识点二、带电粒子在匀强磁场中的运动 1.若若vB，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做_ 运动。运动。 2.若若vB，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面 内以入射速度内以入射速度v做做_运动。运动。 3.半径和周期公式：

3、半径和周期公式：(vB) 0 0 qvB 匀速直线匀速直线 匀速圆周匀速圆周 思考思考 (1)洛伦兹力对运动电荷做功吗？它是否改变运动电荷速度的方向？洛伦兹力对运动电荷做功吗？它是否改变运动电荷速度的方向？ (2)电荷在电场中一定受到电场力作用吗？电荷在磁场中一定受洛电荷在电场中一定受到电场力作用吗？电荷在磁场中一定受洛 伦兹力作用吗？伦兹力作用吗？ (3)试画出图试画出图1中几种情况下带电粒子的运动轨迹。中几种情况下带电粒子的运动轨迹。 图图1 诊断自测诊断自测 1.下列各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的下列各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的 受力方向之间的关

4、系正确的是受力方向之间的关系正确的是() 解析解析根据左手定则，根据左手定则，A中中F方向应向上，方向应向上，B中中F方向应向下，方向应向下， 故故A错误、错误、B正确；正确；C、D中都是中都是vB，F0，故，故C、D都错。都错。 答案答案B 2.一螺线管中通有从左向右看逆时针方向的电流，一带正电粒子一螺线管中通有从左向右看逆时针方向的电流，一带正电粒子 沿螺线管的中心轴线从左向右运动，粒子重力不计，如图沿螺线管的中心轴线从左向右运动，粒子重力不计，如图2所示，所示， 则下列说法中正确的是则下列说法中正确的是() 图图2 A.粒子逆着磁感线进入螺线管内，洛伦兹力做负功，粒子做减粒子逆着磁感线进

5、入螺线管内，洛伦兹力做负功，粒子做减 速直线运动速直线运动 B.粒子顺着磁感线进入螺线管内，洛伦兹力做正功，粒子做加粒子顺着磁感线进入螺线管内，洛伦兹力做正功，粒子做加 速直线运动速直线运动 C.粒子可能在螺线管中心轴线上做往复直线运动粒子可能在螺线管中心轴线上做往复直线运动 D.粒子不受洛伦兹力作用，做匀速直线运动粒子不受洛伦兹力作用，做匀速直线运动 解析解析因通电螺线管的磁场等同于条形磁铁的磁场，管内部磁感因通电螺线管的磁场等同于条形磁铁的磁场，管内部磁感 线与中心轴线平行，粒子沿磁感线运动不受洛伦兹力作用，粒子线与中心轴线平行，粒子沿磁感线运动不受洛伦兹力作用，粒子 沿螺线管中心轴线做匀

6、速直线运动；另外，无论带电粒子沿什么沿螺线管中心轴线做匀速直线运动；另外，无论带电粒子沿什么 方向射入磁场，洛伦兹力永不做功，所以只有选项方向射入磁场，洛伦兹力永不做功，所以只有选项D正确。正确。 答案答案D 3.如图如图3所示，重力不计、初速度为所示，重力不计、初速度为v的正电荷，从的正电荷，从a点沿水平方向点沿水平方向 射入有明显左边界的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，若边射入有明显左边界的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，若边 界右侧的磁场范围足够大，该电荷进入磁场后界右侧的磁场范围足够大，该电荷进入磁场后() 图图3 A.动能发生改变动能发生改变 B.运动轨迹是一个完整的圆，正电荷始终在

7、磁场中运动运动轨迹是一个完整的圆，正电荷始终在磁场中运动 C.运动轨迹是一个半圆，并从运动轨迹是一个半圆，并从a点上方某处穿出边界向左射出点上方某处穿出边界向左射出 D.运动轨迹是一个半圆，并从运动轨迹是一个半圆，并从a点下方某处穿出边界向左射出点下方某处穿出边界向左射出 C 4.(2015山西长治一模山西长治一模)如图如图4所示，半径为所示，半径为r的圆形空间内，存在的圆形空间内，存在 着垂直于纸面向外的匀强磁场，一个带电粒子着垂直于纸面向外的匀强磁场，一个带电粒子(不计重力不计重力)，从，从A 点沿半径方向以速度点沿半径方向以速度v0垂直于磁场方向射入磁场中，并由垂直于磁场方向射入磁场中，

8、并由B点射点射 出，且出，且AOB120，则该粒子在磁场中运动的时间为，则该粒子在磁场中运动的时间为() 图图4 答案答案D 5.(多选多选)如图如图5所示，所示，ABC为竖直平面内的光滑绝缘轨道，其中为竖直平面内的光滑绝缘轨道，其中AB 为倾斜直轨道，为倾斜直轨道，BC为与为与AB相切的圆形轨道，并且圆形轨道处相切的圆形轨道，并且圆形轨道处 在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。质量相同的甲、乙、在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。质量相同的甲、乙、 丙三个小球中，甲球带正电、乙球带负电、丙球不带电。现将丙三个小球中，甲球带正电、乙球带负电、丙球不带电。现将 三个小球在轨道三个小球在轨道AB上

9、分别从不同高度处由静止释放，都恰好通上分别从不同高度处由静止释放，都恰好通 过圆形轨道的最高点，则过圆形轨道的最高点，则() 图图5 A.经过最高点时，三个小球的速度相等经过最高点时，三个小球的速度相等 B.经过最高点时，甲球的速度最小经过最高点时，甲球的速度最小 C.甲球的释放位置比乙球的高甲球的释放位置比乙球的高 D.运动过程中三个小球的机械能均保持不变运动过程中三个小球的机械能均保持不变 答案答案CD 考点一洛伦兹力的特点与应用考点一洛伦兹力的特点与应用 1.洛伦兹力的特点洛伦兹力的特点 (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洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁

10、场方向 确定的平面。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。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。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。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。洛伦兹力一定不做功。 2.洛伦兹力与安培力的联系及区别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。是磁场力。 (2)安培力可以做功，

11、而洛伦兹力对运动电荷不做功。安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功。 【例【例1】(多选多选)(2015新课标全国卷新课标全国卷，19)有两个匀强磁场区域有两个匀强磁场区域 和和，中的磁感应强度是中的磁感应强度是中的中的k倍。两个速率相同的电子倍。两个速率相同的电子 分别在两磁场区域做圆周运动。与分别在两磁场区域做圆周运动。与中运动的电子相比，中运动的电子相比，中中 的电子的电子() A.运动轨迹的半径是运动轨迹的半径是中的中的k倍倍 B.加速度的大小是加速度的大小是中的中的k倍倍 C.做圆周运动的周期是做圆周运动的周期是中的中的k倍倍 D.做圆周运动的角速度与做圆周运动的角速度与中的相等

12、中的相等 答案答案AC 反思总结反思总结 1.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析方法带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析方法 2.洛伦兹力对带电粒子不做功洛伦兹力对带电粒子不做功 因洛伦兹力始终与带电粒子的运动方向垂直，所以洛伦兹力对因洛伦兹力始终与带电粒子的运动方向垂直，所以洛伦兹力对 粒子不做功。如果没有其他外力对带电粒子做功，在粒子的运粒子不做功。如果没有其他外力对带电粒子做功，在粒子的运 动过程中就不会有能量之间的转化。动过程中就不会有能量之间的转化。 【变式训练】【变式训练】 1.(2016江苏淮安模拟江苏淮安模拟)两个质量相同、所带电荷量相等的带电粒两个质量相同、所带电荷量相等的

13、带电粒 子子a、b，以不同的速率对准圆心，以不同的速率对准圆心O沿着沿着AO方向射入圆形匀强磁方向射入圆形匀强磁 场区域，其运动轨迹如图场区域，其运动轨迹如图6所示。若不计粒子的重力，则下列说所示。若不计粒子的重力，则下列说 法正确的是法正确的是() 图图6 A.a粒子带正电，粒子带正电，b粒子带负电粒子带负电 B.a粒子在磁场中所受洛伦兹力较大粒子在磁场中所受洛伦兹力较大 C.b粒子的动能较大粒子的动能较大 D.b粒子在磁场中运动时间较长粒子在磁场中运动时间较长 答案答案C 考点二带电粒子在有界匀强磁场中的运动考点二带电粒子在有界匀强磁场中的运动 情形一情形一直线边界直线边界(进出磁场具有对

14、称性，如图所示进出磁场具有对称性，如图所示) 【例【例2】(多选多选)(2015湖北名校联考湖北名校联考)如图如图7所示，直线所示，直线MN上方存上方存 在范围足够大的磁感应强度为在范围足够大的磁感应强度为B的匀强磁场，一质子的匀强磁场，一质子(质量为质量为m、 电荷量为电荷量为e)以速度以速度v从从O点沿与点沿与MN成成30角的方向射入磁场中，角的方向射入磁场中， 若不计质子重力，则若不计质子重力，则() 图图7 答案答案AD 【变式训练】【变式训练】 2.(多选多选)如图如图8，两个初速度大小相同的同种离子，两个初速度大小相同的同种离子a和和b，从，从O点沿点沿 垂直磁场方向进入匀强磁场，

15、最后打到屏垂直磁场方向进入匀强磁场，最后打到屏P上。不计重力。下列上。不计重力。下列 说法正确的有说法正确的有() 图图8 A.a、b均带正电均带正电 B.a在磁场中飞行的时间比在磁场中飞行的时间比b的短的短 C.a在磁场中飞行的路程比在磁场中飞行的路程比b的短的短 D.a在在P上的落点与上的落点与O点的距离比点的距离比b的近的近 答案答案AD 情形二情形二平行边界平行边界(存在临界条件，如图所示存在临界条件，如图所示) 图图9 答案答案AC 【变式训练】【变式训练】 3.(2016湖南长沙模拟湖南长沙模拟)如图如图10所示，一个理想边界为所示，一个理想边界为PQ、MN的的 匀强磁场区域，磁场

16、宽度为匀强磁场区域，磁场宽度为d，方向垂直纸面向里。一电子从，方向垂直纸面向里。一电子从O 点沿纸面垂直点沿纸面垂直PQ以速度以速度v0进入磁场。若电子在磁场中运动的轨进入磁场。若电子在磁场中运动的轨 道半径为道半径为2d。O在在MN上，且上，且OO与与MN垂直。下列判断正确的垂直。下列判断正确的 是是() 图图10 答案答案D 情形三情形三圆形边界圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图所示沿径向射入必沿径向射出，如图所示) 【例【例4】如图如图11所示，半径为所示，半径为R的圆形区域内存在垂直纸面向外的圆形区域内存在垂直纸面向外 的匀强磁场，的匀强磁场，C、D是水平线与圆周的交点，且是水平线

17、与圆周的交点，且CDR，AO是是 水平半径。甲、乙两粒子从水平半径。甲、乙两粒子从A点以不同速度沿点以不同速度沿AO方向同时垂直方向同时垂直 射入匀强磁场中，甲、乙两粒子恰好同时分别击中射入匀强磁场中，甲、乙两粒子恰好同时分别击中C、D两点，两点， 不计粒子重力和粒子间的相互作用，则甲、乙两粒子的速度之不计粒子重力和粒子间的相互作用，则甲、乙两粒子的速度之 比为比为() 图图11 答案答案D 图图12 答案答案B 方法提炼方法提炼 1.圆心的确定方法圆心的确定方法 方法一方法一若已知粒子轨迹上的两点的速度方向，则可根据洛伦若已知粒子轨迹上的两点的速度方向，则可根据洛伦 兹力兹力Fv，分别确定两

18、点处洛伦兹力，分别确定两点处洛伦兹力F的方向，其交点即为圆的方向，其交点即为圆 心，如图心，如图(a)； 方法二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，则可作出此两点的连线向，则可作出此两点的连线(即过这两点的圆弧的弦即过这两点的圆弧的弦)的中垂线，的中垂线， 中垂线与垂线的交点即为圆心，如图中垂线与垂线的交点即为圆心，如图(b)。 1.(2015海南单科，海南单科，1)如图如图13所示，所示，a是竖直平面是竖直平面P上的一点，上的一点，P前前 有一条形磁铁垂直于有一条形磁铁垂直于P，且，且S极朝向极朝向a点，点，P后一电子在偏转

19、线圈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。点。 在电子经过在电子经过a点的瞬间，条形磁铁的磁场对该电子的作用力的方点的瞬间，条形磁铁的磁场对该电子的作用力的方 向向() 图图13 A.向上向上 B.向下向下 C.向左向左 D.向右向右 解析解析条形磁铁的磁感线在条形磁铁的磁感线在a点垂直点垂直P向外，电子在条形磁铁向外，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，向向上，A正确。正确。 答案答案A 2.(2015新课标

20、全国卷新课标全国卷，14)两相邻匀强磁场区域的磁感应强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 的带电粒子的带电粒子(不计重力不计重力)，从较强磁场区域进入到较弱磁场区域，从较强磁场区域进入到较弱磁场区域 后，粒子的后，粒子的() A.轨道半径减小，角速度增大轨道半径减小，角速度增大 B.轨道半径减小，角速度减小轨道半径减小，角速度减小 C.轨道半径增大，角速度增大轨道半径增大，角速度增大 D.轨道半径增大，角速度减小轨道半径增大，角速度减小 答案答案D 3.(2015陕西渭南一模陕西渭南一模)在真空

21、室中，有垂直于纸面向里的匀强磁在真空室中，有垂直于纸面向里的匀强磁 场，三个质子场，三个质子1、2和和3分别以大小相等、方向如图分别以大小相等、方向如图14所示的初速所示的初速 度度v1、v2和和v3经过平板经过平板MN上的小孔上的小孔O射入匀强磁场，这三个质射入匀强磁场，这三个质 子打到平板子打到平板MN上的位置到小孔上的位置到小孔O的距离分别是的距离分别是s1、s2和和s3，不计，不计 质子重力，则有质子重力，则有() 图图14 A.s1s2s3 B.s1s2s3 C.s1s3s2 D.s1s3s2 解析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 速度速度v1和和v3的方向与的方向与MN的夹角相等，所以这两个质子的运动的夹角相等，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轨迹正好能组合成