《（江苏专版）高考物理一轮复习第八章第2节磁场对运动电荷的作用讲义（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（江苏专版）高考物理一轮复习第八章第2节磁场对运动电荷的作用讲义（含解析）（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、磁场对运动电荷的作用(1)带电粒子在磁场中运动时一定会受到磁场力的作用。()(2)洛伦兹力的方向在特殊情况下可能与带电粒子的速度方向不垂直。()(3)根据公式T，说明带电粒子在匀强磁场中的运动周期T与v成反比。()(4)粒子在只受洛伦兹力作用时运动的速度不变。()(5)由于安培力是洛伦兹力的宏观表现，所以洛伦兹力也可能做功。()(6)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，其运动半径与带电粒子的比荷有关。()(7)利用质谱仪可以测得带电粒子的比荷。()(8)经过回旋加速器加速的带电粒子的最大动能是由D形盒的最大半径、磁感应强度B、加速电压的大小共同决定的。()(1)荷兰物理学家洛伦兹提出运动电荷
2、产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力(洛伦兹力)的观点。(2)英国物理学家汤姆孙发现电子，并指出：阴极射线是高速运动的电子流。(3)阿斯顿设计的质谱仪可用来测量带电粒子的质量和分析同位素。(4)1932年，美国物理学家劳伦兹发明了回旋加速器，能在实验室中产生大量的高能粒子。(最大动能仅取决于磁场和D形盒直径，带电粒子圆周运动周期与高频电源的周期相同)突破点(一)对洛伦兹力的理解1洛伦兹力的特点(1)利用左手定则判断洛伦兹力的方向，注意区分正、负电荷。(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)洛伦兹力一定不做功。2洛伦兹力与安培力的
3、联系及区别(1)安培力是洛伦兹力的宏观表现，二者性质相同，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。3洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力电场力产生条件v0且v不与B平行电荷处在电场中大小FqvB(vB)FqE方向FB且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，可能做负功，也可能不做功题点全练1(2019兴化模拟)如图所示为一螺距较大、有弹性的通电螺线管的磁场截面分布图，虚线为螺线管的中轴线(与某一磁感线重合)。ab为用绝缘细线悬挂的位于螺线管的正上方的通电直导线，其电流方向由a到b，电流很小，不影响螺线管磁场。下列说法正确的是(
4、)AP、Q两点的磁感应强度相同B直导线ab通电后，a端垂直纸面向外转动C断开螺线管的电源后，螺线管有沿水平方向向内收缩的趋势D将不计重力的电子沿中轴线射入螺线管，电子将做匀速直线运动解析：选DP、Q两点的磁感应强度大小相同，方向不相同，选项A错误；直导线ab通电后，由左手定则可知，a端受安培力向里，则a端垂直纸面向里转动，选项B错误；螺线管通电时，各匝之间为同向电流，相互吸引，则断开螺线管的电源后，螺线管有沿水平方向向外扩张的趋势，选项C错误；长螺线管内部的磁场可认为是匀强磁场，将不计重力的电子沿中轴线射入螺线管，电子运动的方向与磁感线平行，不受洛伦兹力作用，则电子将做匀速直线运动，选项D正确
5、。2.如图所示，如果在电子射线管上方平行于管轴放置一根载流导线，电子以恒定的速率从左端进入射线管，则下列说法中正确的是()A当电流方向如图所示时，电子沿直线向右运动B当电流方向如图所示时，电子射线将向上偏转C当电流方向与图示方向相反时，电子射线将向上偏转D当电流方向与图示方向相反时，电子射线将向下偏转解析：选C电流方向如题图所示时，由安培定则可知，导线下方的磁场垂直于纸面向里，由左手定则可知，电子受到的洛伦兹力方向向下，电子射线将向下偏转，故A、B错误。当电流方向与题图所示方向相反时，由安培定则可知，导线下方的磁场方向垂直于纸面向外，由左手定则可知，电子受到的洛伦兹力方向向上，电子射线将向上偏
6、转，故C正确，D错误。突破点(二)带电粒子在匀强磁场中的运动1圆心的确定(1)已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点做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，如图甲所示，图中P为入射点，M为出射点。(2)已知入射方向和入射点、出射点的位置时，可以通过入射点做入射方向的垂线，连接入射点和出射点，做其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心。如图乙所示，P为入射点，M为出射点。2带电粒子在不同边界磁场中的运动(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图所示)。(2)平行边界(存在临界条件，如图所示)。(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图所示)。3解题常用知识
7、(1)几何知识：根据已知长度、角度，计算粒子的运动半径，或者根据粒子的运动半径计算未知长度、角度时，常用到几何知识。例如，三角函数、勾股定理、偏向角与圆心角的关系(2)半径公式、周期公式：应用公式R、T，可根据q、B、m、v计算粒子的半径、周期，也可根据粒子的半径或周期计算磁感应强度，粒子的电荷量、质量。(3)运动时间计算式tT：计算粒子的运动时间或已知粒子的运动时间计算圆心角或周期时，常用到tT。典例(2016全国卷)一圆筒处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向与筒的轴平行，筒的横截面如图所示。图中直径MN的两端分别开有小孔，筒绕其中心轴以角速度顺时针转动。在该截面内，一带电粒子从小孔
8、M射入筒内，射入时的运动方向与MN成30角。当筒转过90时，该粒子恰好从小孔N飞出圆筒。不计重力。若粒子在筒内未与筒壁发生碰撞，则带电粒子的比荷为()A.B.C. D.审题指导第一步：抓关键点关键点获取信息粒子射入时的运动方向与MN成30角粒子射出磁场时与半径方向也应成30筒转过90所用时间为圆筒运动周期的第二步：找突破口(1)求粒子运动的圆心角画轨迹，由几何关系求解。(2)求粒子运动周期根据粒子运动时间与筒相等求解。(3)求比荷可根据粒子的周期公式求解。解析如图所示，粒子在磁场中做匀速圆周运动，圆弧所对应的圆心角由几何知识知为30，粒子在磁场中运动时间与圆筒转动时间相等，则，即，选项A正确。
9、答案A方法规律带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的解题三步法集训冲关1(2018海南高考)如图，圆心为O、半径为r的圆形区域外存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外，磁感应强度大小为B。P是圆外一点，OP3r。一质量为m、电荷量为q(q0)的粒子从P点在纸面内垂直于OP射出。已知粒子运动轨迹经过圆心O，不计重力。求：(1)粒子在磁场中做圆周运动的半径；(2)粒子第一次在圆形区域内运动所用的时间。解析：(1)根据题意，画出粒子运动轨迹图，如图所示。设粒子在磁场中运动半径为R，由几何关系得：R3r解得：R。(2)设进入磁场时速度的大小为v，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有qvBm进入圆形区域，带电粒子
10、做匀速直线运动，则2rvt联立解得t。答案：(1)(2)2.(2017全国卷)如图，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)(1)粒子运动的时间；(2)粒子与O点间的距离。解析：(1)在匀强磁场中，带电粒子做圆周运动。设在x0区域，圆周半径为R1；在x0区域，圆周半径为R2。由洛伦兹力公式及牛顿定律得qB0v0mqB0v0m粒子速度方向转过180时，所需时间t1为t1粒子再转过180时，所需时间t2
11、为t2联立式得，所求时间为t0t1t21。(2)由几何关系及式得，所求距离为d02(R1R2)。答案：(1)(2)突破点(三)带电粒子在匀强磁场中的多解问题带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，由于多种因素的影响，使问题形成多解。多解形成原因一般包含4个方面：(一)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，可能带正电荷，也可能带负电荷，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，导致形成多解。例1如图所示，宽度为d的有界匀强磁场，磁感应强度为B，MM和NN是它的两条边界。现有质量为m，电荷量为q的带电粒子沿图示方向垂直磁场射入。要使粒子不能从边界NN射出，则粒子入射速率
12、v的最大值可能是多少。解析题目中只给出粒子“电荷量为q”，未说明是带哪种电荷。若q为正电荷，轨迹是如图所示的上方与NN相切的圆弧，轨道半径：R又dR解得v(2)。若q为负电荷，轨迹如图所示的下方与NN相切的圆弧，则有：RdR，解得v(2)。答案(2)(q为正电荷)或(2)(q为负电荷)(二)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。例2多选(2018盐城模拟)一质量为m，电荷量为q的负电荷在磁感应强度为B的匀强磁场中绕固定的正电荷沿固定的光滑轨道做匀速圆周运动，若磁场方向垂直于它的运动平面，且作用在负电荷
13、的电场力恰好是磁场力的三倍，则负电荷做圆周运动的角速度可能是()A.B.C. D.解析依题中条件“磁场方向垂直于它的运动平面”，磁场方向有两种可能，且这两种可能方向相反。在方向相反的两个匀强磁场中，由左手定则可知负电荷所受的洛伦兹力的方向也是相反的。当负电荷所受的洛伦兹力与电场力方向相同时，根据牛顿第二定律可知4Bqvm，得v，此种情况下，负电荷运动的角速度为；当负电荷所受的洛伦兹力与电场力方向相反时，有2Bqvm，v，此种情况下，负电荷运动的角速度为，应选AC。答案AC(三)带电粒子速度不确定形成多解有些题目只告诉了带电粒子的电性，但未具体指出速度的大小或方向，此时必须要考虑由于速度的不确定
14、而形成的多解。例3如图所示圆形区域内，有垂直于纸面方向的匀强磁场，一束质量和电荷量都相同的带电粒子，以不同的速率，沿着相同的方向，对准圆心O射入匀强磁场，又都从该磁场中射出。若带电粒子在磁场中只受磁场力的作用，则在磁场中运动时间越长的带电粒子()A速率一定越大B速率一定越小C在磁场中通过的路程越长D在磁场中的周期一定越大解析由周期公式得：T，由于带电粒子的q、m均相同，所以周期T相同，故D错误。根据tT可知，在磁场中运动时间越长的带电粒子，圆心角越大，半径越小，由r知速率一定越小，B正确，A错误。通过的路程即圆弧的长度lr，与半径r和圆心角有关，故C错误。答案B(四)带电粒子运动的周期性形成多解空间中存在周期性变化的磁场，带电粒子在空间运动时，运动往往具有周期性，因而形成多解。例4(2018如皋模拟)如图甲所示，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乙所示，设垂直纸面向里的磁场方向为正方向。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T
