(江苏专用)2017高考物理一轮复习-第8章-磁场-基础课时讲解.ppt

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基础课时23磁场对运动电荷的作用 [学问梳理]学问点一、洛伦兹力、洛伦兹力的方向和洛伦兹力的公式1.洛伦兹力：磁场对_________的作用力叫洛伦兹力。2.洛伦兹力的方向(1)判定方法：左手定则：掌心——磁感线_____穿入掌心；四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的_______；拇指——指向_________的方向。(2)方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v确定的_____。运动电荷垂直反方向洛伦兹力平面 3.洛伦兹力的大小(1)v∥B时，洛伦兹力F＝__。(θ＝0°或180°)(2)v⊥B时，洛伦兹力F＝____。(θ＝90°)(3)v＝0时，洛伦兹力F＝__。学问点二、带电粒子在匀强磁场中的运动1.若v∥B，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做__________运动。2.若v⊥B，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_________运动。3.半径和周期公式：(v⊥B)00qvB匀速直线匀速圆周 [思索](1)洛伦兹力对运动电荷做功吗？它是否变更运动电荷速度的方向？(2)电荷在电场中确定受到电场力作用吗？电荷在磁场中确定受洛伦兹力作用吗？(3)试画出图1中几种状况下带电粒子的运动轨迹。图1 [诊断自测]1.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()解析　依据左手定则，A中F方向应向上，B中F方向应向下，故A错误、B正确；C、D中都是v∥B，F＝0，故C、D都错。答案　B 2.一螺线管中通有从左向右看逆时针方向的电流，一带正电粒子沿螺线管的中心轴线从左向右运动，粒子重力不计，如图2所示，则下列说法中正确的是()图2A.粒子逆着磁感线进入螺线管内，洛伦兹力做负功，粒子做减速直线运动B.粒子顺着磁感线进入螺线管内，洛伦兹力做正功，粒子做加速直线运动C.粒子可能在螺线管中心轴线上做往复直线运动D.粒子不受洛伦兹力作用，做匀速直线运动 解析因通电螺线管的磁场等同于条形磁铁的磁场，管内部磁感线与中心轴线平行，粒子沿磁感线运动不受洛伦兹力作用，粒子沿螺线管中心轴线做匀速直线运动；另外，无论带电粒子沿什么方向射入磁场，洛伦兹力永不做功，所以只有选项D正确。答案D 3.如图3所示，重力不计、初速度为v的正电荷，从a点沿水平方向射入有明显左边界的匀强磁场，磁场方向垂直纸面对里，若边界右侧的磁场范围足够大，该电荷进入磁场后(　　)图3A.动能发生变更B.运动轨迹是一个完整的圆，正电荷始终在磁场中运动C.运动轨迹是一个半圆，并从a点上方某处穿出边界向左射出D.运动轨迹是一个半圆，并从a点下方某处穿出边界向左射出C 4.(2015·山西长治一模)如图4所示，半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸面对外的匀强磁场，一个带电粒子(不计重力)，从A点沿半径方向以速度v0垂直于磁场方向射入磁场中，并由B点射出，且∠AOB＝120°，则该粒子在磁场中运动的时间为(　　)图4 答案D 5.(多选)如图5所示，ABC为竖直平面内的光滑绝缘轨道，其中AB为倾斜直轨道，BC为与AB相切的圆形轨道，并且圆形轨道处在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面对里。质量相同的甲、乙、丙三个小球中，甲球带正电、乙球带负电、丙球不带电。现将三个小球在轨道AB上分别从不同高度处由静止释放，都恰好通过圆形轨道的最高点，则(　　)图5 A.经过最高点时，三个小球的速度相等B.经过最高点时，甲球的速度最小C.甲球的释放位置比乙球的高D.运动过程中三个小球的机械能均保持不变答案CD 考点一　洛伦兹力的特点与应用1.洛伦兹力的特点(1)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)当电荷运动方向发生变更时，洛伦兹力的方向也随之变更。(3)运动电荷在磁场中不确定受洛伦兹力作用。(4)依据左手定则推断洛伦兹力方向，但确定分正、负电荷。(5)洛伦兹力确定不做功。2.洛伦兹力与安培力的联系及区分(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。(2)安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功。 【例1】(多选)(2015·新课标全国卷Ⅱ，19)有两个匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ，Ⅰ中的磁感应强度是Ⅱ中的k倍。两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动。与Ⅰ中运动的电子相比，Ⅱ中的电子()A.运动轨迹的半径是Ⅰ中的k倍B.加速度的大小是Ⅰ中的k倍C.做圆周运动的周期是Ⅰ中的k倍D.做圆周运动的角速度与Ⅰ中的相等 答案AC 反思总结1.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析方法2.洛伦兹力对带电粒子不做功因洛伦兹力始终与带电粒子的运动方向垂直，所以洛伦兹力对粒子不做功。假如没有其他外力对带电粒子做功，在粒子的运动过程中就不会有能量之间的转化。 【变式训练】1.(2016·江苏淮安模拟)两个质量相同、所带电荷量相等的带电粒子a、b，以不同的速率对准圆心O沿着AO方向射入圆形匀强磁场区域，其运动轨迹如图6所示。若不计粒子的重力，则下列说法正确的是()图6A.a粒子带正电，b粒子带负电B.a粒子在磁场中所受洛伦兹力较大C.b粒子的动能较大D.b粒子在磁场中运动时间较长 答案C 考点二　带电粒子在有界匀强磁场中的运动情形一直线边界(进出磁场具有对称性，如图所示) 【例2】(多选)(2015·湖北名校联考)如图7所示，直线MN上方存在范围足够大的磁感应强度为B的匀强磁场，一质子(质量为m、电荷量为e)以速度v从O点沿与MN成30°角的方向射入磁场中，若不计质子重力，则()图7 答案AD 【变式训练】2.(多选)如图8，两个初速度大小相同的同种离子a和b，从O点沿垂直磁场方向进入匀强磁场，最终打到屏P上。不计重力。下列说法正确的有(　　)图8A.a、b均带正电B.a在磁场中飞行的时间比b的短C.a在磁场中飞行的路程比b的短D.a在P上的落点与O点的距离比b的近 答案AD 情形二平行边界(存在临界条件，如图所示) 图9 答案AC 【变式训练】3.(2016·湖南长沙模拟)如图10所示，一个志向边界为PQ、MN的匀强磁场区域，磁场宽度为d，方向垂直纸面对里。一电子从O点沿纸面垂直PQ以速度v0进入磁场。若电子在磁场中运动的轨道半径为2d。O′在MN上，且OO′与MN垂直。下列推断正确的是(　　)图10 答案D 情形三圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图所示) 【例4】　如图11所示，半径为R的圆形区域内存在垂直纸面对外的匀强磁场，C、D是水平线与圆周的交点，且CD＝R，AO是水平半径。甲、乙两粒子从A点以不同速度沿AO方向同时垂直射入匀强磁场中，甲、乙两粒子恰好同时分别击中C、D两点，不计粒子重力和粒子间的相互作用，则甲、乙两粒子的速度之比为(　　)图11 答案D 图12 答案B 方法提炼1.圆心的确定方法方法一　若已知粒子轨迹上的两点的速度方向，则可依据洛伦兹力F⊥v，分别确定两点处洛伦兹力F的方向，其交点即为圆心，如图(a)；方法二　若已知粒子运动轨迹上的两点和其中某一点的速度方向，则可作出此两点的连线(即过这两点的圆弧的弦)的中垂线，中垂线与垂线的交点即为圆心，如图(b)。 1.(2015·海南单科，1)如图13所示，a是竖直平面P上的一点，P前有一条形磁铁垂直于P，且S极朝向a点，P后一电子在偏转线圈和条形磁铁的磁场的共同作用下，在水平面内向右弯曲经过a点。在电子经过a点的瞬间，条形磁铁的磁场对该电子的作用力的方向()图13A.向上B.向下C.向左D.向右 解析条形磁铁的磁感线在a点垂直P向外，电子在条形磁铁的磁场中向右运动，由左手定则可得电子所受洛伦兹力的方向向上，A正确。答案A 2.(2015·新课标全国卷Ⅰ，14)两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平行。一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子(不计重力)，从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后，粒子的()A.轨道半径减小，角速度增大B.轨道半径减小，角速度减小C.轨道半径增大，角速度增大D.轨道半径增大，角速度减小 答案D 3.(2015·陕西渭南一模)在真空室中，有垂直于纸面对里的匀强磁场，三个质子1、2和3分别以大小相等、方向如图14所示的初速度v1、v2和v3经过平板MN上的小孔O射入匀强磁场，这三个质子打到平板MN上的位置到小孔O的距离分别是s1、s2和s3，不计质子重力，则有(　　)图14A.s1＞s2＞s3B.s1＜s2＜s3C.s1＝s3＞s2D.s1＝s3＜s2 解析由已知条件可知三个质子运动轨迹的半径相等。由于初速度v1和v3的方向与MN的夹角相等，所以这两个质子的运动轨迹正好能组合成一个完整的圆，则这两个质子打到平板MN上的位置到小孔的距离是相等的，且小于轨迹圆的直径；而初速度为v2的质子方向与MN垂直，则它的运动轨迹正好是半圆，所以质子打到平板MN上的位置到小孔的距离恰好是圆的直径，即s1＝s3＜s2，D正确。答案D 图15 A.无论磁感应强度大小如何，获得初速度后的瞬间，小球在最低点确定受到管壁的弹力作用B.无论磁感应强度大小如何，小球确定能到达环形细圆管的最高点，且小球在最高点确定受到管壁的弹力作用C.无论磁感应强度大小如何，小球确定能到达环形细圆管的最高点，且小球到达最高点时的速度大小都相同D.小球在从环形细圆管的最低点运动到所能到达的最高点的过程中，水平方向分速度的大小始终减小 答案BC 图16(1)当磁感应强度为多大时，粒子恰好从A点射出？(2)对应于粒子可能射出的各段磁场边界，磁感应强度应满足什么条件？ 小结巧记