《2013届高考物理第一轮专题复习教案 磁场对运动电荷的作用1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2013届高考物理第一轮专题复习教案 磁场对运动电荷的作用1（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、- 1 -学案学案 4141 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用一、概念规律题组 1关于安培力和洛伦兹力，下面说法中正确的是( ) A洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力 B安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力 C安培力和洛伦兹力，二者是等价的 D安培力对通电导体能做功，但洛伦兹力对运动电荷不能做功 2以下四个图是表示磁场磁感应强度 B、负电荷运动的方向 v 和磁场对负电荷的洛伦兹 力 F 之间的相互关系图，这四个图中画得正确的是(B、v、F 两两垂直)( )3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
2、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运动方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直 D粒子在只受到洛伦兹力作用时运动的动能不变 二、思想方法题组 4一个质量为 m、电荷量为 q 的粒子，在磁感应强度为 B 的匀强磁场中做匀速圆周运动， 则下列说法中正确的是( ) A它所受的洛伦兹力是恒定不变的 B它的速度是恒定不变的 C它的速度与磁感应强度 B 成正比 D它的运动周期与速度的大小无关高考资源网 KS5U.COM图 1 5如图 1 所示，在边界 PQ 上方有垂直纸面向里的匀强磁场，一对正、负电子同时从边 界上的 O 点沿与 PQ 成 角的方向以相
3、同的速度 v 射入磁场中，则关于正、负电子，下列说 法不正确的是( ) A在磁场中运动的时间相同 B在磁场中运动的轨道半径相同 C出边界时两者的速度相同 D出边界点到 O 点处的距离相等- 2 -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 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 (2)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 动的反方向高考资源网 3洛伦
4、兹力与电场力的比较洛伦兹力电场力性质磁场对在其中运动电荷的作用 力电场对放入其中电荷的作用力产生条件v0 且 v 不与 B 平行电场中的电荷一定受到电场力 作用大小FqvB(vB)FqE力方向与场 方向的关系一定是 FB，Fv 与电荷电 性无关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 做功力为零时 场的情况F 为零，B 不一定为零F 为零，E 一定为零作用效果只改变电荷运动的速度方向， 不改变速度大小既可以改变电荷运动的速度大 小，也可以改变电荷运动的方 向【例 1】 (2009广东理基)带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦
5、兹力的作 用下列表述正确的是( ) A洛伦兹力对带电粒子做功K 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 二、带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的分析方法 1圆心的确定 如图 2 甲、乙所示，试确定两种情况下圆弧轨道的圆心，并总结此类问题的分析方法- 3 -图 2图 3 总结 两种情况下圆心的确定分别采用以下方法： (1)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道的圆心(如图 3 所示，图中 P 为入射点，M 为出射 点)(2)图 4 已知入射点和出射点的位置时，可以通过入射
6、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道的圆心(如图 4 所示，P 为入射点，M 为出 射点) 根据以上总结的结论可以分析下面几种常见的不同边界磁场中的运动规律： 直线边界(进出磁场具有对称性，如图 5(a)、(b)、(c)所示)图 5 平行边界(存在临界条件，如图 6(a)、(b)、(c)所示)图 6 圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图 7 所示)- 4 -图 7 2半径的确定 用几何知识(勾股定理、三角函数等)求出半径的大小 3运动时间的确定 粒子在磁场中运动一周的时间为 T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为 时，其运动时间表示为：tT(或 t
7、T) 360 2【例 2】图 8(2011海南10)空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，图 8 中的正方形为其边 界一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从 O 点入射这两种粒子带同种电 荷，它们的电荷量、质量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子不计重力下 列说法正确的是( ) A入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同 B入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同 C在磁场中运动时间相同的粒子，其运动轨迹一定相同 D在磁场中运动时间越长的粒子，其轨迹所对的圆心角一定越大 规范思维【例 3】 如图 9 所示，在某空间实验室中，有两个靠在一起的等大的圆柱形区域，分别存在着
8、等大反向的匀强磁场，磁感应强度 B0.10 T，磁场区域半径 r m，左侧区域圆23 3心为 O1，磁场向里，右侧区域圆心为 O2，磁场向外两区域切点为 C.今有质量 m3.21026 kg、带电荷量 q1.61019 C 的某种离子，从左侧区域边缘的 A 点以速度 v106 m/s 正对 O1的方向垂直磁场射入，它将穿越 C 点后再从右侧区域穿出求：图 9 (1)该离子通过两磁场区域所用的时间；- 5 -(2)离子离开右侧区域的出射点偏离最初入射方向的侧移距离(侧移距离指垂直初速度方 向上移动的距离)规范思维_ 三、带电粒子在有界 匀强磁场中运动的临界问题 1解决此类问题的关键是：找准临界点
9、 2找临界点的方法是： 以题目中的“恰好” “最大” “最高” “至少”等词语为突破口，借助半径 R 和速度 v(或 磁场 B)之间的约束关系进行动态运动轨迹分析，确定轨迹圆和边界的关系，找出临界点，然 后利用数学方法求解极值，常用结论如下： (1)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 (2)当速度 v 一定时，弧长(或弦长)越长，圆周角越大，则带电粒子在有界磁场中运动 的时间越长 (3)当速率 v 变化时，圆周角越大，运动时间越长 【例 4】 (2011广东35)如图 10(a)所示，在以 O 为圆心，内外半径分别为 R1和 R2 的圆环区域内，存在辐射状电场和垂直纸
10、面的匀强磁场，内外圆间的电势差 U 为常量， R1R0，R23R0.一电荷量为q，质量为 m 的粒子从内圆上的 A 点进入该区域，不计重力 (1)已知粒子从外圆上以速度 v1射出，求粒子在 A 点的初速度 v0的大小 (2)若撤去电场，如图 10(b)，已知粒子从 OA 延长线与外圆的交点 C 以速度 v2射出，方 向与 OA 延长线成 45角，求磁感应强度的大小及粒子在磁场中运动的时间 (3)在图 10(b)中，若粒子从 A 点进入磁场，速度大小为 v3，方向不确定，要使粒子一定 能够从外圆射出，磁感应强度应小于多少？图 10- 6 -规范思维【基础演练】 1(2011河南郑州月考)在高纬度
11、地区的高空，大气稀薄，常出现五颜六色的弧状、 带状或幕状的极其美丽壮观的发光现象，这就是我们常说的“极光” “极光”是由太阳发射 的高速带电粒子受地磁场的影响，进入两极附近时，撞击并激发高空中的空气分子和原子引 起的假如我们在北极地区忽然发现正上方的高空出现了射向地球的沿顺时针方向生成的紫 色弧状极光(显示带电粒子的运动轨迹)则关于引起这一现象的高速带电粒子的电性及弧状 极光的弯曲程度的说法中，正确的是( ) A高速粒子带负电 B高速粒子带正电 C轨迹半径逐渐减小 D轨迹半径逐渐增大图 11 2真空中两根长直金属导线平行放置，其中一根导线中通有恒定电流在两导线所确 定的平面内，一电子从 P 点
12、运动的轨迹的一部分如图 11 中的曲线 PQ 所示，则一定是( ) Aab 导线中通有从 a 到 b 方向的电流 Bab 导线中通有从 b 到 a 方向的电流 Ccd 导线中通有从 c 到 d 方向的电流 Dcd 导线中通有从 d 到 c 方向的电流图 12 3(全国高考)如图 12 所示，一带负电的质点在固定的正的点电荷作用下绕该正电荷做 匀速圆周运动，周期为 T0，轨道平面位于纸面内，质点的速度方向如图中箭头所示现加一 垂直于轨道平面的匀强磁场，已知轨道半径并不因此而改变，则( ) A若磁场方向指向纸里，质点运动的周期将大于 T0 B若磁场方向指向纸里，质点运动的周期将小于 T0 C若磁场
13、方向指向纸外，质点运动的周期将大于 T0 D若磁场方向指向纸外，质点运动的周期将小于 T0- 7 -4.图 13 如图 13 所示，圆柱形区域的横截面在没有磁场的情况下，带电粒子(不计重力)以某 一初速度沿截面直径方向入射时，穿过此区域的时间为 t；若该区域加沿轴线方向的匀强磁 场，磁感应强度为 B，带电粒子仍以同一初速度沿截面直径入射，粒子飞出此区域时，速度方向偏转了.根据上述条件可求得的物理量为( ) 3A带电粒子的初速度 B带电粒子在磁场中运动的半径 C带电粒子在磁场中运动的周期 D带电粒子的比荷5.图 14 回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图 14 所示，它的核心部分是两个 D
14、形金属 盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，在两盒间的窄缝中形成交变电场，使带电 粒子每次通过窄缝都得到加速两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在 磁场中做匀速圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特 殊装置被引出，如果用同一回旋加速器分别加速氚核( H)和 粒子( He)，比较它们所加的3 14 2高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，可知( ) A加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小 B加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能也较大 C加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小 D加速氚核的交流电源的
15、周期较小，氚核获得的最大动能较大6.图 15 (天津高考)如图 15 所示，在 x 轴上方存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为 B 的匀强 磁场，一个不计重力的带电粒子从坐标原点 O 处以速度 v 进入磁场，粒子进入磁场时的速度 方向垂直于磁场且与 x 轴正方向成 120角，若粒子穿过 y 轴正半轴后在磁场中到 x 轴的最 大距离为 a，则该粒子的比荷和所带电荷的正负是( )- 8 -A.，正电荷 B.，正电荷3v 2aBv 2aBC.，负电荷 D.，负电荷3v 2aBv 2aB【能力提升】7.图 16 (2010江苏连云港模拟)如图 16 所示，一个质量为 m、电荷量为q 的圆环，可在水平 放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中，不计空气阻力， 现给圆环向右的初速度 v0，在以后的运动过程中，圆环运动的速度图象可能是下图中的( )图 17 8(2010重庆理综21)如图 17 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粒子编号质量电荷量(q0)速度大小1m2qv22m2q2v33m3q3v42m2q3v52mqv 由以上信息可知，从图中 a、b、c 处进入的粒子
