《金新学案》安徽省高三物理一轮 第8章 磁场 第二讲精品

第二讲运动电荷在磁场中受第二讲运动电荷在磁场中受 到的力到的力一、洛一、洛伦兹伦兹力的大小和方向力的大小和方向1洛洛伦兹伦兹力的大小力的大小(1)v B时时，洛，洛伦兹伦兹力力F_.(0或或180)(2)v B时时，洛，洛伦兹伦兹力力F_.(90)(3)v0时时，洛，洛伦兹伦兹力力F_0qvB02洛洛伦兹伦兹力的方向力的方向(1)判定方法：判定方法：应应用左手定用左手定则则，注意四指，注意四指应应指向指向电电流的方向即正流的方向即正电电荷运荷运动动的方向或的方向或负负电电荷运荷运动动的反方向的反方向(2)方向特点：方向特点：FB，Fv.即即F垂直于垂直于_决定的平面决定的平面(注意注意B和和v可以有任可以有任意意夹夹角角)B和和v二、二、带电带电粒子在匀粒子在匀强强磁磁场场中的运中的运动动1若若v B，带电带电粒子不受洛粒子不受洛伦兹伦兹力，在力，在匀匀强强磁磁场场中做中做_运运动动2若若vB，带电带电粒子粒子仅仅受洛受洛伦兹伦兹力作用，力作用，在垂直于磁感在垂直于磁感线线的平面内以入射速度的平面内以入射速度v做做_运运动动 匀速直匀速直线线匀速匀速圆圆周周(2)T、f和和的特点的特点T、f和和的大小与的大小与轨轨道半径道半径r和运行速率和运行速率v_，只与磁，只与磁场场的的_和粒子的和粒子的_有关有关 无关无关磁感磁感应应强强度度比荷比荷一、洛伦兹力与安培力相比较一、洛伦兹力与安培力相比较安培力是洛伦兹力的宏观表现，但各自的表安培力是洛伦兹力的宏观表现，但各自的表现形式不同，洛伦兹力对运动电荷永远不做现形式不同，洛伦兹力对运动电荷永远不做功，而安培力对通电导线可做正功，可做负功，而安培力对通电导线可做正功，可做负功，也可不做功功，也可不做功二、洛伦兹力与电场力相比较二、洛伦兹力与电场力相比较力方向与力方向与场场方向的关系方向的关系一定是一定是FB、Fv正正电电荷受力方向与荷受力方向与电场电场方向相同，方向相同，负负电电荷受力方向与荷受力方向与电电场场方向相反方向相反做功情况做功情况任何情况下都不任何情况下都不做功做功可能做正功、可能做正功、负负功，功，也可能不做功也可能不做功力力F为为零零时时场场的情况的情况F为为零，零，B不一不一定定为为零零F为为零，零，E一定一定为为零零作用效果作用效果只改只改变电变电荷运荷运动动的速度方向，不的速度方向，不改改变变速度大小速度大小既可以改既可以改变电变电荷运荷运动动的速度大小，也的速度大小，也可以改可以改变电变电荷运荷运动动的方向的方向(1)电荷在电场中一定受电场力，而在磁场中电荷在电场中一定受电场力，而在磁场中不一定受洛伦兹力不一定受洛伦兹力(2)洛伦兹力的方向与速度方向一定垂直，而洛伦兹力的方向与速度方向一定垂直，而电场力的方向与速度方向无必然联系电场力的方向与速度方向无必然联系三、三、带电带电粒子在匀粒子在匀强强磁磁场场中的匀速中的匀速圆圆周运周运动动问题问题1圆圆心的确定心的确定(1)基本思路：与速度方向垂直的直基本思路：与速度方向垂直的直线线和和图图中中弦的中垂弦的中垂线线一定一定过圆过圆心心(2)两种情形两种情形已知入射方向和出射方向已知入射方向和出射方向时时，可通，可通过过入射入射点和射出点分点和射出点分别别作垂直于入射方向和出射方作垂直于入射方向和出射方向的直向的直线线，两条直，两条直线线的交点就是的交点就是圆圆弧弧轨轨道的道的圆圆心心(如如图图甲所示，甲所示，图图中中P为为入射点，入射点，M为为出出射点射点)甲乙甲乙4带电粒子在不同边界磁场中的运动带电粒子在不同边界磁场中的运动(1)直线边界直线边界(进出磁场具有对称性，进出磁场具有对称性，如下图如下图)(2)平行边界平行边界(存在临界条件，如下图存在临界条件，如下图)(3)圆形边界圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如下沿径向射入必沿径向射出，如下图图)因为电荷进入磁场时的速度方向可以与磁场方向成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，所以任意夹角，所以C选项错因为洛伦兹力总与速度选项错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，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，所以方向不断改变，所以D项错项错答案：答案：B带电粒子的比荷带电粒子的比荷带电粒子在磁场中运动的周带电粒子在磁场中运动的周期期带电粒子的初速度带电粒子的初速度带电粒子在磁场中运带电粒子在磁场中运动的半径动的半径A BC D答案：答案：A答案：答案：B答案：答案：B答案：答案：C带电粒子在直线边界磁场中的运动问题带电粒子在直线边界磁场中的运动问题已知粒子在磁已知粒子在磁场场中做中做圆圆周运周运动动的半径介于的半径介于a/2到到a之之间间，从，从发发射粒子到粒子全部离开磁射粒子到粒子全部离开磁场经场经历历的的时间时间恰好恰好为为粒子在磁粒子在磁场场中做中做圆圆周运周运动动周周期的四分之一求最后离开磁期的四分之一求最后离开磁场场的粒子从粒的粒子从粒子源射出子源射出时时的的(1)速度的大小；速度的大小；(2)速度方向与速度方向与y轴轴正方向正方向夹夹角的正弦角的正弦 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法序解题法三步法：三步法：(1)画轨迹：即确定圆心，几何方法求半径并画轨迹：即确定圆心，几何方法求半径并画出轨迹画出轨迹(2)找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角、运动时间相度相联系，偏转角度与圆心角、运动时间相联系，在磁场中运动的时间与周期相联系联系，在磁场中运动的时间与周期相联系(3)用规律：即牛顿第二定律和圆周运动的规用规律：即牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期公式，半径公式律，特别是周期公式，半径公式11：如右：如右图图所示，直角三角形所示，直角三角形ABC中存在一匀中存在一匀强强磁磁场场，比荷相同的两个粒子沿，比荷相同的两个粒子沿AB方向射入磁方向射入磁场场，分，分别别从从AC边边上的上的P、Q两点射出，两点射出，则则()A从从P射出的粒子速度大射出的粒子速度大B从从Q射出的粒子速度小射出的粒子速度小C从从P射出的粒子，在磁射出的粒子，在磁场场中运中运动动的的时间长时间长D两粒子在磁两粒子在磁场场中运中运动动的的时间时间一一样长样长 答案：答案：D带电粒子在圆形边界磁场内运动问题带电粒子在圆形边界磁场内运动问题答案：答案：D21：受控热核聚变要把高度纯净的氘、氚：受控热核聚变要把高度纯净的氘、氚混合材料加热到混合材料加热到1亿度以上，即达到所谓热核亿度以上，即达到所谓热核温度在这样的超高温度下，氘、氚混合气温度在这样的超高温度下，氘、氚混合气体已完全电离，成为氘、氚原子核和自由电体已完全电离，成为氘、氚原子核和自由电子混合而成的等离子体子混合而成的等离子体从常温下处于分子状态的氘、氚材料开始，一从常温下处于分子状态的氘、氚材料开始，一直到上述热核温度的整个加热过程中，必须把直到上述热核温度的整个加热过程中，必须把这个尺寸有限的等离子体约束起来，使组成等这个尺寸有限的等离子体约束起来，使组成等离子体的原子核在发生足够多的聚变反应之前离子体的原子核在发生足够多的聚变反应之前不至于失散，可一般的容器无法使用，因为任不至于失散，可一般的容器无法使用，因为任何材料的容器壁都不可能承受这样的高温而何材料的容器壁都不可能承受这样的高温而磁约束是目前的重点研究方案，利用磁场可以磁约束是目前的重点研究方案，利用磁场可以约束带电粒子这一特性，构造一个特殊的磁容约束带电粒子这一特性，构造一个特殊的磁容器建成聚变反应堆器建成聚变反应堆1.如下图所示，将一阴极射线管置于一通电如下图所示，将一阴极射线管置于一通电螺线管的正上方，且在同一水平面内，则阴螺线管的正上方，且在同一水平面内，则阴极射线将极射线将()A向外偏转向外偏转 B向里偏转向里偏转C向上偏转向上偏转 D向下偏转向下偏转解析：解析：由安培定则可知通电螺线管在阴极射线处由安培定则可知通电螺线管在阴极射线处磁场方向竖直向下，阴极射线带负电，结合左手定磁场方向竖直向下，阴极射线带负电，结合左手定则可知其所受洛伦兹力垂直于纸面向外难度易则可知其所受洛伦兹力垂直于纸面向外难度易答案：答案：AA带电带电粒子在磁粒子在磁场场中中飞飞行的行的时间时间不可能相同不可能相同B从从M点射入的点射入的带电带电粒子可能先粒子可能先飞飞出磁出磁场场C从从N点射入的点射入的带电带电粒子可能先粒子可能先飞飞出磁出磁场场D从从N点射入的点射入的带电带电粒子可能比粒子可能比M点射入的点射入的带带电电粒子先粒子先飞飞出磁出磁场场 解析：解析：画轨迹草图如右图所示，容易得出画轨迹草图如右图所示，容易得出粒子在圆形磁场中的轨迹长度粒子在圆形磁场中的轨迹长度(或轨迹对应的或轨迹对应的圆心角圆心角)不会大于在正方形磁场中的，故不会大于在正方形磁场中的，故B正正确确答案：答案：BA三个三个质质子从子从S运运动动到到S的的时间时间相等相等B三个三个质质子在附加磁子在附加磁场场以外区域运以外区域运动时动时，运，运动轨动轨迹的迹的圆圆心均在心均在OO轴轴上上C若撤去附加磁若撤去附加磁场场，a到达到达SS连线连线上的位置上的位置距距S点最点最远远D附加磁附加磁场场方向与原磁方向与原磁场场方向相同方向相同 答案：答案：D20处理带电粒子在磁场中运动的临界极值处理带电粒子在磁场中运动的临界极值思维方法思维方法 一、放缩法一、放缩法二、平移法二、平移法练规范、练技能、练速度