《2019届高考物理一轮复习 第九章 磁场 第2讲 磁场对运动电荷的作用学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019届高考物理一轮复习 第九章 磁场 第2讲 磁场对运动电荷的作用学案（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2讲磁场对运动电荷的作用一、对洛伦兹力的理解1洛伦兹力运动电荷在磁场中受到的力叫做洛伦兹力2洛伦兹力的方向(1)判定方法左手定则：掌心磁感线垂直穿入掌心；四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向；拇指指向洛伦兹力的方向(2)方向特点：FB，Fv，即F垂直于B和v决定的平面(注意：洛伦兹力不做功)3洛伦兹力的大小(1)vB时，洛伦兹力F0.(0或180)(2)vB时，洛伦兹力FqvB.(90)(3)v0时，洛伦兹力F0.深度思考为什么带电粒子在电场力、重力和洛伦兹力共同作用下的直线运动只能是匀速直线运动？答案如果是变速，则洛伦兹力会变化，而洛伦兹力总是和速度方向垂直的，所以就不可能是直线运
2、动二、带电粒子在匀强磁场中的圆周运动1匀速圆周运动的规律若vB，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v做匀速圆周运动(1)基本公式：qvBm(2)半径R(3)周期T2圆心的确定(1)已知入射点、出射点、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1甲所示，P为入射点，M为出射点)图1(2)已知入射方向、入射点和出射点的位置时，可以通过入射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迹的圆心(如图乙所示，P为入射点，M为出射点)3半径的确定可利用物理学公式或几何知识(
3、勾股定理、三角函数等)求出半径大小4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)三、带电粒子在有界磁场中的运动1带电粒子在有界磁场中运动的三种常见情形(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图2所示)图2(2)平行边界(存在临界条件，如图3所示)图3(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图4所示)图42分析带电粒子在匀强磁场中运动的关键(1)画出运动轨迹；(2)确定圆心和半径；(3)利用洛伦兹力提供向心力列方程深度思考1.当带电粒子射入磁场时速度v大小一定，但射入方向变化时，如何确定粒子的临界条件？2当带电粒子射入磁场的方向确
4、定，但射入时的速度大小或磁场的磁感应强度变化时，又如何确定粒子的临界条件？答案1.当带电粒子射入磁场时的速度v大小一定，但射入方向变化时，粒子做圆周运动的轨道半径R是确定的在确定粒子运动的临界情景时，可以以入射点为定点，将轨迹圆旋转，作出一系列轨迹，从而探索出临界条件2当带电粒子射入磁场的方向确定，但射入时的速度v大小或磁场的磁感应强度B变化时，粒子做圆周运动的轨道半径R随之变化可以以入射点为定点，将轨道半径放缩，作出一系列的轨迹，从而探索出临界条件1判断下列说法是否正确(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
5、)洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力()(4)粒子在只受到洛伦兹力作用时运动的动能不变()(5)带电粒子只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同()2(人教版选修31P98第1题改编)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系正确的是()答案B3(人教版选修31P102第3题改编)如图5所示，一束质量、速度和电荷不全相等的离子，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B两束，下列说法中正确的是()图5A组成A束和B束的离子都带负电B组成A束和B束的离子质量一定不同CA束离子的比荷大于B束离子的比荷D速度选择器中的磁场方向垂
6、直于纸面向外答案C4质量和电量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图6中虚线所示，下列表述正确的是()图6AM带负电，N带正电BM的速率小于N的速率C洛伦兹力对M、N做正功DM的运行时间大于N的运行时间答案A解析由左手定则可知，N粒子带正电，M粒子带负电，A正确又rNrM，由r可得vN0)粒子沿纸面以大小为v的速度从OM的某点向左上方射入磁场，速度与OM成30角已知该粒子在磁场中的运动轨迹与ON只有一个交点，并从OM上另一点射出磁场不计重力粒子离开磁场的出射点到两平面交线O的距离为()图9A.B.C.D.速度与OM成30角；运动轨迹与ON只有一个交点答
7、案D解析带电粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为r.轨迹与ON相切，画出粒子的运动轨迹如图所示，知AOD为等边三角形，ODA60，而MON30，则OCD90，故COD为一直线，24r，故D正确2(多选)如图10所示，在水平虚线MN边界的下方是一垂直纸面向里的匀强磁场，质子(H)和粒子(He)先后从边界上的A点沿与虚线成45角的方向射入磁场，两粒子均从B点射出磁场不计粒子的重力，则()图10A两粒子在磁场中运动的轨迹相同B两粒子在磁场中运动的速度大小之比为21C两粒子在磁场中运动的动能相同D两粒子在磁场中运动的时间之比为21答案ABC解析粒子在磁场中做匀速圆周运动，质子和粒子从同一点沿相同的方向射
8、入磁场，然后从同一点离开磁场，则它们在磁场中运动的轨迹相同，选项A正确；两粒子的运动轨迹相同，则它们的轨道半径也一定相同，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvBm，解得r，设质子的质量为m1，带电荷量为q1，在磁场中运动的速度大小为v1，粒子的质量为m2，带电荷量为q2，在磁场中运动的速度大小为v2，则有，即，选项B正确；设质子的动能为E1，粒子的动能为E2，则有，选项C正确；两粒子在磁场中运动的轨迹相同，运动的速度大小之比为21，则两粒子在磁场中运动时间之比为12，选项D错误3(多选)利用如图11所示装置可以选择一定速度范围内的带电粒子，图中板MN上方是磁感
9、应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，板上有两条宽度分别为2d和d的缝，两缝近端相距为L.一群质量为m、电荷量为q，具有不同速度的粒子从宽度为2d的缝垂直于板MN进入磁场，对于能够从宽度为d的缝射出的粒子，下列说法正确的是()图11A粒子带正电B射出的粒子的最大速度为C保持d和L不变，增大B，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大D保持d和B不变，增大L，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大答案BC解析由左手定则和粒子的偏转情况可以判断粒子带负电，选项A错；根据洛伦兹力提供向心力qvBm，可得v，r越大v越大，由图可知r最大值为rmax，代入v的表达式可得vmax，选项B正确；又r最小值为
10、rmin，将rmax、rmin分别代入v的表达式后得出速度之差为v，可见选项C正确、D错误命题点三带电粒子在有界磁场中的运动处理有界匀强磁场中的临界问题的技巧从关键词、语句找突破口，审题时一定要抓住题干中“恰好”“最大”“至少”“不脱离”等词语，挖掘其隐藏的规律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，据此可以确定速度、磁感应强度、轨迹半径、磁场区域面积等方面的极值2当速度v一定时，弧长(或弦长)越大，圆心角越大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长(前提条件是弧是劣弧)3当速率变化时，圆心角大的，运动时间长4在圆形匀强磁场中，当运动轨迹圆半径大于磁场区域圆半径时，则入射
11、点和出射点为磁场直径的两个端点时，轨迹对应的偏转角最大(所有的弦长中直径最长)例3(2016全国18)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12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()图12A.B.C.D.该粒子恰好从小孔N飞出圆筒；粒子在筒内未与筒壁发生碰撞答案A解析画出粒子的运动轨迹如图所示，由洛伦兹力提供向心力得，qvBm，又T，联立得T由几何知识可得，轨迹的圆心角为，在磁场中运动时间tT，粒子运动和圆筒运动具有等时性，则T，解得，故选项A正确4如图13所示，在边长为2a的正三角形区域内存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，一个质量为m、电荷量为q的带电粒子(重力不计)从AB边的中心O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AB边的夹角为60，若要使粒子能从AC边穿出磁场，则匀强磁场的大小B需满足()图13ABBBDBr0，解得B，选项B正确5.如图14所示，在
