(新高考)高考物理一轮复习课件第9章第2讲《磁场对运动电荷的作用》(含解析)

磁场第九章第2讲磁场对运动电荷的作用主干梳理 对点激活正电荷正电荷运动运动垂直垂直垂直垂直正电荷正电荷垂直于垂直于 匀速圆周匀速圆周匀速直线匀速直线二二 对点激活对点激活1(人人教教版版选选择择性性必必修修第第二二册册P10T2改改编编)下下列列各各图图中中，运运动动电电荷荷的的速速度方向、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()解解析析由由左左手手定定则则知知A中中力力F的的方方向向应应竖竖直直向向上上，B中中力力F的的方方向向应应竖竖直直向向下下，C、D中中速速度度v与与磁磁感感应应强强度度B平平行行，不不受受洛洛伦伦兹兹力力，故故B正正确确，A、C、D错误。错误。答案答案 解析解析 答案答案 解解析析由由左左手手定定则则结结合合带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中偏偏转转的的方方向向知知，A、B束束离离子子均均带带正正电电，故故A错错误误。A、B束束离离子子的的速速度度相相同同，而而A束束离离子子在在磁磁场场中中的的偏偏转转半半径径较较小小，由由r知知A束束离离子子的的比比荷荷大大于于B束束离离子子的的比比荷荷，而而它它们们的的电电荷荷量量关关系系未未知知，则则无无法法判判断断离离子子质质量量关关系系，故故B错错误误，C正正确确。速速度度选选择择器器中中A、B束束离离子子所所受受静静电电力力向向右右，所所以以所所受受洛洛伦伦兹兹力力应应向向左左，结结合合左左手手定定则则可可判断磁场方向应垂直于纸面向里，故判断磁场方向应垂直于纸面向里，故D错误。错误。解析解析 考点细研 悟法培优1.洛伦兹力的特点洛伦兹力的特点(1)洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向总总是是垂垂直直于于运运动动电电荷荷的的速速度度方方向向和和磁磁场场方方向向共共同同确确定定的的平平面面，所所以以洛洛伦伦兹兹力力只只改改变变速速度度的的方方向向，不不改改变变速速度度的的大大小小，即即洛洛伦伦兹力永不做功。兹力永不做功。(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)用用左左手手定定则则判判断断负负电电荷荷在在磁磁场场中中运运动动所所受受的的洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向时时，要要注意使四指指向电荷运动的反方向。注意使四指指向电荷运动的反方向。2洛伦兹力与静电力的比较洛伦兹力与静电力的比较对应力内容项目对应力内容项目洛伦兹力洛伦兹力静电力静电力产生条件产生条件v0且且v不与不与B平行平行电荷处在静电场中电荷处在静电场中大小大小FqvB(vB)FqE力方向与场方向力方向与场方向的关系的关系一定是一定是FB，Fv，且与，且与电荷电性有关电荷电性有关正电荷受力与电场强度方正电荷受力与电场强度方向相同，负电荷受力与电向相同，负电荷受力与电场强度方向相反场强度方向相反做功情况做功情况任何情况下都不做功任何情况下都不做功可能做正功、负功，也可可能做正功、负功，也可能不做功能不做功对应力内容项目对应力内容项目洛伦兹力洛伦兹力静电力静电力力为零时场的情力为零时场的情况况F为零，为零，B不一定为零不一定为零F为零，为零，E一定为零一定为零作用效果作用效果只改变电荷运动的速度方只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小向，不改变速度大小既可以改变电荷运动速度既可以改变电荷运动速度的大小，也可以改变电荷的大小，也可以改变电荷运动的方向运动的方向例例1如如图图所所示示，在在竖竖直直平平面面内内放放一一个个光光滑滑绝绝缘缘的的半半圆圆形形轨轨道道，水水平平方方向向的的匀匀强强磁磁场场与与半半圆圆形形轨轨道道所所在在的的平平面面垂垂直直。一一个个带带负负电电荷荷的的小小滑滑块块由由静静止止开开始始从从半半圆圆形形轨轨道道的的最最高高点点M滑滑下下到到最最右右端端的的过过程程中中，下下列列说说法法中中正正确确的是的是()A滑块经过最低点时的速度比磁场不存在时大滑块经过最低点时的速度比磁场不存在时大B滑块经过最低点时的加速度比磁场不存在时小滑块经过最低点时的加速度比磁场不存在时小C滑块经过最低点时对轨道的压力比磁场不存在时小滑块经过最低点时对轨道的压力比磁场不存在时小D滑块从滑块从M点到最低点所用时间与磁场不存在时相等点到最低点所用时间与磁场不存在时相等答案答案 提提示示：因因为为洛洛伦伦兹兹力力不不做做功功，所所以以有有无无磁磁场场对对滑滑块块经经过过最最低低点点时时的的速速度大小无影响。度大小无影响。(2)运动到最低点时滑块所受洛伦兹力方向如何？运动到最低点时滑块所受洛伦兹力方向如何？提示：提示：竖直向下。竖直向下。尝试解答尝试解答选选D。由由于于洛洛伦伦兹兹力力不不做做功功，故故与与磁磁场场不不存存在在时时相相比比，滑滑块块经经过过最最低低点点时时的的速速度度不不变变，A错错误误；滑滑块块经经过过最最低低点点时时的的加加速速度度a，则则与与磁磁场场不不存存在在时时相相比比，滑滑块块经经过过最最低低点点时时的的加加速速度度不不变变，B错错误误；由由左左手手定定则则可可知知，滑滑块块经经过过最最低低点点时时受受到到的的洛洛伦伦兹兹力力向向下下，而而与与磁磁场场不不存存在在时时相相比比，滑滑块块经经过过最最低低点点时时所所受受的的向向心心力力不不变变，故故对对轨轨道道的的压压力力变变大大，C错错误误；由由于于洛洛伦伦兹兹力力方方向向始始终终与与运运动动方方向向垂垂直直，在在任任意意一一点点，滑滑块块经经过过时时的的速速度度与与磁磁场场不不存存在在时时相比均不变，则滑块从相比均不变，则滑块从M点到最低点所用时间磁场不存在时相等，点到最低点所用时间磁场不存在时相等，D正确。正确。尝试解答尝试解答 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，都是磁场力。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。(2)安培力可以做功，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。答案答案 解析解析 1.带电粒子在匀强磁场中运动的解题思路带电粒子在匀强磁场中运动的解题思路(1)圆心的确定圆心的确定基基本本思思路路：与与速速度度方方向向垂垂直直的的直直线线和和轨轨迹迹圆圆中中弦弦的的中中垂垂线线一一定定过过圆圆心。心。两种常见情形两种常见情形情情形形一一：已已知知入入射射方方向向和和出出射射方方向向时时，可可通通过过入入射射点点和和出出射射点点分分别别作作垂垂直直于于入入射射方方向向和和出出射射方方向向的的直直线线，两两条条直直线线的的交交点点就就是是圆圆弧弧轨轨道道的的圆圆心心(如图如图a所示，图中所示，图中P为入射点，为入射点，M为出射点为出射点)。情情形形二二：已已知知入入射射方方向向和和出出射射点点的的位位置置时时，可可以以先先通通过过入入射射点点作作入入射射方方向向的的垂垂线线，再再连连接接入入射射点点和和出出射射点点，作作其其中中垂垂线线，这这两两条条垂垂线线的的交交点点就就是圆弧轨道的圆心是圆弧轨道的圆心(如图如图b所示，图中所示，图中P为入射点，为入射点，M为出射点为出射点)。(2)半径的确定和计算半径的确定和计算利利用用几几何何知知识识求求出出该该圆圆的的可可能能半半径径(或或圆圆心心角角)，并并注注意意以以下下两两个个重重要要的几何特点：的几何特点：粒粒子子速速度度的的偏偏向向角角等等于于圆圆心心角角，并并等等于于AB弦弦与与切切线线的的夹夹角角(弦弦切切角角)的的2倍倍(如图所示如图所示)，即，即2t。相对的弦切角相对的弦切角相等，与相邻的弦切角相等，与相邻的弦切角互补，即互补，即180。2带电粒子在不同边界匀强磁场中的运动规律带电粒子在不同边界匀强磁场中的运动规律有有界界匀匀强强磁磁场场是是指指只只在在局局部部空空间间存存在在着着匀匀强强磁磁场场，带带电电粒粒子子从从磁磁场场区区域域外外垂垂直直磁磁场场方方向向射射入入磁磁场场，在在磁磁场场区区域域内内做做一一段段匀匀速速圆圆周周运运动动，也也就就是是通通过过一一段段圆圆弧弧轨轨迹迹，然然后后离离开开磁磁场场区区域域。带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中运运动动的的圆圆弧弧轨轨迹迹取取决决于于粒粒子子进进入入磁磁场场的的速速度度大大小小、方方向向和和磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度及及磁磁场场的的区区域边界。常见磁场区域边界可分为如下几种情形：域边界。常见磁场区域边界可分为如下几种情形：情形一：直线边界情形一：直线边界直直线线边边界界磁磁场场又又分分单单边边直直线线边边界界和和双双边边平平行行直直线线边边界界。单单边边直直线线边边界界如如图图甲甲、乙乙、丙丙所所示示，粒粒子子进进出出磁磁场场具具有有对对称称性性；双双边边平平行行直直线线边边界界如如图图丁、戊所示，粒子进出磁场存在临界条件。丁、戊所示，粒子进出磁场存在临界条件。解决这类问题的解决这类问题的“三部曲三部曲”：画轨迹、找圆心、定半径。：画轨迹、找圆心、定半径。如如果果粒粒子子从从同同一一直直线线边边界界射射入入和和射射出出，那那么么粒粒子子进进入入磁磁场场时时速速度度与与边边界的夹角和射出磁场时速度与边界的夹角相等。界的夹角和射出磁场时速度与边界的夹角相等。情形二：矩形边界情形二：矩形边界矩矩形形边边界界磁磁场场是是指指分分布布在在矩矩形形范范围围内内的的有有界界磁磁场场，带带电电粒粒子子的的轨轨迹迹只只是一部分圆弧。垂直于某边射入，从某一顶点射出是常见的临界情况。是一部分圆弧。垂直于某边射入，从某一顶点射出是常见的临界情况。解解决决该该类类问问题题的的关关键键是是把把握握临临界界情情况况，如如图图所所示示。常常见见的的有有如如下下几几种种情况：情况：(设粒子从设粒子从ad边中点边中点e垂直射入垂直射入)情形三：圆形边界情形三：圆形边界圆圆形形边边界界磁磁场场是是指指分分布布在在圆圆形形区区域域内内的的有有界界磁磁场场，带带电电粒粒子子在在圆圆形形边边界界的的匀匀强强磁磁场场中中的的轨轨迹迹也也是是一一段段不不完完整整的的圆圆弧弧。由由于于此此类类问问题题涉涉及及两两个个圆圆：粒粒子子运运动动轨轨迹迹的的圆圆与与磁磁场场区区域域的的圆圆，能能很很好好地地考考查查学学生生的的综综合合分分析析能能力力，所以是近年来高考的热点。所以是近年来高考的热点。带电粒子在圆形边界磁场中运动的四个结论：带电粒子在圆形边界磁场中运动的四个结论：(1)径径向向进进出出：当当粒粒子子运运动动方方向向与与磁磁场场方方向向垂垂直直时时，沿沿圆圆形形磁磁场场半半径径方方向向射射入入的的带带电电粒粒子子，必必沿沿径径向向射射出出圆圆形形磁磁场场区区域域，即即粒粒子子出出射射速速度度的的反反向向延长线必过磁场圆的圆心，如图延长线必过磁场圆的圆心，如图1所示。所示。(2)等等角角进进出出：入入射射速速度度方方向向与与过过入入射射点点的的磁磁场场圆圆半半径径的的夹夹角角等等于于出出射射速速度度方方向向与与过过出出射射点点的的磁磁场场圆圆半半径径的的夹夹角角，如如图图2所所示示。径径向向进进出出是是等等角角进进出的一种特殊情况出的一种特殊情况(0)。(3)点点入入平平出出：若若带带电电粒粒子子从从圆圆形形匀匀强强磁磁场场区区域域圆圆周周上上一一点点沿沿垂垂直直于于磁磁场场方方向向进进入入磁磁场场，当当带带电电粒粒子子做做圆圆周周运运动动的的半半径径与与圆圆形形磁磁场场区区域域的的半半径径相相同同时时，所所有有带带电电粒粒子子都都以以平平行行于于磁磁场场区区域域圆圆周周上上入入射射点点处处的的切切线线方方向向射射出出磁场，如图磁场，如图3所示。所示。(4)平平入入点点出出：若若带带电电粒粒子子以以相相互互平平行行的的速速度度射射入入磁磁场场，且且带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中做做圆圆周周运运动动的的半半径径和和圆圆形形磁磁场场区区域域半半径径相相同同，则则这这些些带带电电粒粒子子将将会会从从磁磁场场区区域域圆圆周周上上同同一一点点射射出出，且且磁磁场场区区域域圆圆周周上上该该点点的的