《高考物理一輪精細(xì)復(fù)習(xí) （必備基礎(chǔ)點撥+高考考點集結(jié)+考點專訓(xùn)）磁場對運動電荷的作用課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理一輪精細(xì)復(fù)習(xí) （必備基礎(chǔ)點撥+高考考點集結(jié)+考點專訓(xùn)）磁場對運動電荷的作用課件（87頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、洛倫茲力洛倫茲力想一想想一想 來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂直的方向射向赤來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質(zhì)子在進(jìn)入地球周圍的空間時，將相道上空的某一點，則這些質(zhì)子在進(jìn)入地球周圍的空間時，將相對該點向哪個方向偏？對該點向哪個方向偏？ 提示提示地球表面地磁場方向由南向北，質(zhì)子是氫原子核，地球表面地磁場方向由南向北，質(zhì)子是氫原子核，帶正電荷。根據(jù)左手定則可判定，質(zhì)子自赤道上空豎直下落過帶正電荷。根據(jù)左手定則可判定，質(zhì)子自赤道上空豎直下落過程中受洛倫茲力方向向東，故相對該點向東偏。程中受洛倫茲力方向向東，故相對該點向東偏。記一記記一記 1洛倫茲力洛倫茲力 磁場對
2、磁場對 的作用力。的作用力。 2洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向 左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向并使四指指向 運動的方向，這時運動的方向，這時 所指的所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。運動電荷運動電荷正電荷正電荷拇指拇指 3洛倫茲力的大小洛倫茲力的大小F ，為為v與與B的夾角，如圖的夾角，如圖821所示。所示。(1)vB時，時，0或或180，洛倫茲力，洛倫茲力F
3、。(2)vB時，時，90，洛倫茲力，洛倫茲力F 。(3)v0時，洛倫茲力時，洛倫茲力F 。圖圖821qvBsin qvB00試一試試一試1如圖如圖822所示，電子槍射出的電子束進(jìn)入示波管，所示，電子槍射出的電子束進(jìn)入示波管，在示波管正下方有豎直放置的通電環(huán)形導(dǎo)線，則示波管在示波管正下方有豎直放置的通電環(huán)形導(dǎo)線，則示波管中的電子束將中的電子束將 ()圖圖822A向上偏轉(zhuǎn)向上偏轉(zhuǎn)B向下偏轉(zhuǎn)向下偏轉(zhuǎn)C向紙外偏轉(zhuǎn)向紙外偏轉(zhuǎn) D向紙里偏轉(zhuǎn)向紙里偏轉(zhuǎn)解析：環(huán)形導(dǎo)線在示波管處產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面解析：環(huán)形導(dǎo)線在示波管處產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向外，由左手定則可判斷，電子受到的洛倫茲力向上，向外，由左手定
4、則可判斷，電子受到的洛倫茲力向上，故故A正確。正確。答案：答案：A帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動想一想想一想 一電子在勻強(qiáng)磁場中，以一正電荷為圓心在一圓軌道一電子在勻強(qiáng)磁場中，以一正電荷為圓心在一圓軌道上運行。磁場方向垂直于它的運動平面，電場力恰好是磁場上運行。磁場方向垂直于它的運動平面，電場力恰好是磁場作用在電子上的磁場力的作用在電子上的磁場力的3倍，電子電荷量為倍，電子電荷量為e，質(zhì)量為，質(zhì)量為m，磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，那么電子運動的角速度可能為多少？，那么電子運動的角速度可能為多少？記一記記一記 1洛倫茲力的特點洛倫茲力的特點 洛倫茲力不改變帶電粒子速度的洛倫
5、茲力不改變帶電粒子速度的 ，或者說，或者說，洛倫茲力對帶電粒子不做功。洛倫茲力對帶電粒子不做功。 2粒子的運動性質(zhì)粒子的運動性質(zhì) (1)若若v0B，則粒子，則粒子 ，在磁場中做勻，在磁場中做勻速直線運動。速直線運動。 (2)若若v0B，則帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中，則帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做做 。大小大小不受洛倫茲力不受洛倫茲力勻速圓周運動勻速圓周運動 3半徑和周期公式半徑和周期公式 (1)洛倫茲力方向總與速度方向垂直，正好起到了洛倫茲力方向總與速度方向垂直，正好起到了向心力的作用。根據(jù)牛頓第二定律，表達(dá)式向心力的作用。根據(jù)牛頓第二定律，表達(dá)式為為 。 (2)半徑公式半徑公式r ，周期公式，周期公式T
6、 。 試一試試一試圖圖823解析：帶正電的粒子射入磁場后，解析：帶正電的粒子射入磁場后，由于受到洛倫茲力的作用，粒子將由于受到洛倫茲力的作用，粒子將沿如圖所示虛線所示的軌跡運動，沿如圖所示虛線所示的軌跡運動，從從A點射出磁場，點射出磁場，O、A間的距離為間的距離為l，射出磁場時速度的大小仍為射出磁場時速度的大小仍為v0，射出，射出的方向與的方向與x軸的夾角仍為軸的夾角仍為。由洛倫茲力公式和牛頓運動定律可得由洛倫茲力公式和牛頓運動定律可得質(zhì)譜儀和回旋加速器質(zhì)譜儀和回旋加速器記一記記一記 1質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀 (1)構(gòu)造：如圖構(gòu)造：如圖824所示，由粒子源、所示，由粒子源、 、 和照相底片等構(gòu)成。和照相
7、底片等構(gòu)成。圖圖824加速電場加速電場勻強(qiáng)磁場勻強(qiáng)磁場 2回旋加速器回旋加速器 (1)構(gòu)造：如圖構(gòu)造：如圖825所示，所示，D1、D2是是半圓金屬盒，半圓金屬盒，D形盒的縫隙處接形盒的縫隙處接 電源。電源。D形盒處于勻強(qiáng)磁場中。形盒處于勻強(qiáng)磁場中。交流交流圖圖825相等相等磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B半徑半徑R無關(guān)無關(guān)試一試試一試3如圖如圖826是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)被加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)度分別為相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)度分別為B和和E。平板平板
8、S上有可讓粒子通過的狹縫上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠和記錄粒子位置的膠片片A1A2。平板。平板S下方有強(qiáng)度為下方有強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場。下列表的勻強(qiáng)磁場。下列表述正確的是述正確的是 ()圖圖826A質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B速度選擇器中的磁場方向垂直于紙面向外速度選擇器中的磁場方向垂直于紙面向外C能通過狹縫能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于的帶電粒子的速率等于E/BD粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小，粒子的比荷越小答案：答案：ABC對洛倫茲力的理解對洛倫茲力的理解 1.洛倫茲力和安培力的關(guān)系洛倫茲力和安培
9、力的關(guān)系 洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，而安培洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，而安培力是導(dǎo)體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏力是導(dǎo)體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。觀表現(xiàn)。 2洛倫茲力的特點洛倫茲力的特點 (1)洛倫茲力的方向總是垂直于運動電荷速度方向和磁洛倫茲力的方向總是垂直于運動電荷速度方向和磁場方向確定的平面，所以洛倫茲力只改變速度的方向，場方向確定的平面，所以洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小，即洛倫茲力永不做功。不改變速度的大小，即洛倫茲力永不做功。 (2)當(dāng)電荷運動方向發(fā)生變化時，洛倫茲力的方向當(dāng)電荷運動方向發(fā)生變化時，洛倫茲力
10、的方向也隨之變化。也隨之變化。 (3)用左手定則判斷負(fù)電荷在磁場中運動所受的洛用左手定則判斷負(fù)電荷在磁場中運動所受的洛倫茲力時，要注意將四指指向電荷運動的反方向。倫茲力時，要注意將四指指向電荷運動的反方向。 3洛倫茲力與電場力的比較洛倫茲力與電場力的比較 內(nèi)容內(nèi)容對應(yīng)力對應(yīng)力比較項目比較項目洛倫茲力洛倫茲力F電場力電場力F性質(zhì)性質(zhì)磁場對在其中運動磁場對在其中運動電荷的作用力電荷的作用力電場對放入其中電電場對放入其中電荷的作用力荷的作用力正電荷與電場方向正電荷與電場方向相同，負(fù)電荷與電相同，負(fù)電荷與電場方向相反場方向相反一定是一定是FB，F(xiàn)v力方向與場方向力方向與場方向的關(guān)系的關(guān)系FqEFqvB
11、(vB)大小大小電場中的電荷一定電場中的電荷一定受到電場力作用受到電場力作用v0且且v不與不與B平平行行產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件電場力電場力F洛倫茲力洛倫茲力F對應(yīng)力對應(yīng)力內(nèi)容內(nèi)容比較項目比較項目既可以改變電荷運動的既可以改變電荷運動的速度大小，也可以改變速度大小，也可以改變電荷運動的方向電荷運動的方向只改變電荷運動的只改變電荷運動的速度方向，不改變速度方向，不改變速度大小速度大小作用效果作用效果F為零，為零，E一定為零一定為零F為零，為零，B不一定不一定為零為零力力F為零時場的為零時場的情況情況可能做正功、負(fù)功，可能做正功、負(fù)功，也可能不做功也可能不做功任何情況下都不做任何情況下都不做功功做功情況做
12、功情況電場力電場力F洛倫茲力洛倫茲力F對應(yīng)力對應(yīng)力內(nèi)容內(nèi)容比較項目比較項目 例例1(2013長沙模擬長沙模擬)在垂直紙面在垂直紙面水平向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為水平向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，的勻強(qiáng)磁場中，有一固定在水平地面上的光滑半圓槽，有一固定在水平地面上的光滑半圓槽，一個帶電荷量為一個帶電荷量為q，質(zhì)量為，質(zhì)量為m的小球在的小球在如圖如圖827所示位置從靜止?jié)L下，小球滾到槽底時對槽所示位置從靜止?jié)L下，小球滾到槽底時對槽底的壓力大小等于底的壓力大小等于mg，求圓槽軌道的半徑，求圓槽軌道的半徑R。 洛倫茲力對運動電荷永不做功，而安培力對通電導(dǎo)洛倫茲力對運動電荷永不做功，而安培力對通電導(dǎo)線可做正
13、功，可做負(fù)功，也可不做功。線可做正功，可做負(fù)功，也可不做功。 圖圖827 審題指導(dǎo)審題指導(dǎo) 小球滾到槽底過程中只有重力做功，槽的支持力、小球滾到槽底過程中只有重力做功，槽的支持力、洛倫茲力不做功，根據(jù)牛頓第二定律以及圓周運動規(guī)律洛倫茲力不做功，根據(jù)牛頓第二定律以及圓周運動規(guī)律即可求解。即可求解。帶電粒子在有界磁場中的運動分析帶電粒子在有界磁場中的運動分析1.圓心的確定圓心的確定圖圖828 (1)已知入射方向和出射方向時，可通過入射點和已知入射方向和出射方向時，可通過入射點和出射點作垂直于入射方向和出射方向的直線，兩條直線出射點作垂直于入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心的
14、交點就是圓弧軌道的圓心(如圖如圖828甲所示，圖中甲所示，圖中P為入射點，為入射點，M為出射點為出射點)。 (2)已知入射方向和出射點的位置時，可以通過入已知入射方向和出射點的位置時，可以通過入射點作入射方向的垂線，連接入射點和出射點，作其中射點作入射方向的垂線，連接入射點和出射點，作其中垂線，這兩條垂線的交點就是圓弧軌道的圓心垂線，這兩條垂線的交點就是圓弧軌道的圓心(如圖如圖828乙所示，乙所示，P為入射點，為入射點，M為出射點為出射點)。 (3)帶電粒子在不同邊界磁場中的運動：帶電粒子在不同邊界磁場中的運動： 直線邊界直線邊界(進(jìn)出磁場具有對稱性，如圖進(jìn)出磁場具有對稱性，如圖829所示所示
15、)。平行邊界平行邊界(存在臨界條件，如圖存在臨界條件，如圖8210所示所示)。圖圖829圖圖8210 圓形邊界圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖沿徑向射入必沿徑向射出，如圖8211所示所示)。圖圖8211 2半徑的確定和計算半徑的確定和計算 利用平面幾何關(guān)系，求出該圓的可能半徑利用平面幾何關(guān)系，求出該圓的可能半徑(或圓心或圓心角角)，求解時注意以下幾個重要的幾何特點：，求解時注意以下幾個重要的幾何特點：圖圖8212 (1)粒子速度的偏向角粒子速度的偏向角()等于圓心角等于圓心角()，并等于，并等于AB弦與切線的夾角弦與切線的夾角(弦切角弦切角)的的2倍倍(如圖如圖8212)，即，即2t。
16、(2)相對的弦切角相對的弦切角()相等，與相鄰的弦切角相等，與相鄰的弦切角()互補(bǔ)，互補(bǔ)，即即180。 (3)直角三角形的幾何知識直角三角形的幾何知識(勾股定理勾股定理)。AB中點中點C，連接連接OC，則，則ACO、BCO都是直角三角形。都是直角三角形。 例例2如圖如圖8213所示，虛線圓所圍區(qū)域內(nèi)有方所示，虛線圓所圍區(qū)域內(nèi)有方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一束電子。一束電子沿圓形區(qū)域的直徑方向以速度沿圓形區(qū)域的直徑方向以速度v射入磁場，電子束經(jīng)過磁射入磁場，電子束經(jīng)過磁場區(qū)后，其運動方向與原入射方向成場區(qū)后，其運動方向與原入射方向成角。設(shè)電子
17、質(zhì)量為角。設(shè)電子質(zhì)量為m，電荷量為，電荷量為e，不計電子之間相互作用力及所受的重力，不計電子之間相互作用力及所受的重力，求：求：圖圖8213(1)電子在磁場中運動軌跡的半徑電子在磁場中運動軌跡的半徑R；(2)電子在磁場中運動的時間電子在磁場中運動的時間t；(3)圓形磁場區(qū)域的半徑圓形磁場區(qū)域的半徑r。審題指導(dǎo)審題指導(dǎo)第一步：抓關(guān)鍵點第一步：抓關(guān)鍵點為偏向角等于軌道圓弧所為偏向角等于軌道圓弧所對圓心角對圓心角(2)運動方向與原入射方向成運動方向與原入射方向成角角沿半徑方向入射，一定會沿沿半徑方向入射，一定會沿半徑方向射出半徑方向射出(1)一束電子沿圓形區(qū)域的直一束電子沿圓形區(qū)域的直徑方向射入徑方
18、向射入獲取信息獲取信息關(guān)鍵點關(guān)鍵點 第二步：找突破口第二步：找突破口 (1)要求軌跡半徑要求軌跡半徑應(yīng)根據(jù)洛倫茲力提供向心力。應(yīng)根據(jù)洛倫茲力提供向心力。(3)要求圓形磁場區(qū)域的半徑要求圓形磁場區(qū)域的半徑可根據(jù)幾何關(guān)系求解?？筛鶕?jù)幾何關(guān)系求解。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動的程序解題法帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動的程序解題法三步法三步法 (一一)畫軌跡：即畫出軌跡，并確定圓心，幾何方法畫軌跡：即畫出軌跡，并確定圓心，幾何方法求半徑。求半徑。 (二二)找聯(lián)系：軌道半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度、運動速度相找聯(lián)系：軌道半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度、運動速度相聯(lián)系，偏轉(zhuǎn)角度與圓心角、運動時間相聯(lián)系，在磁場中聯(lián)系，偏轉(zhuǎn)
19、角度與圓心角、運動時間相聯(lián)系，在磁場中運動的時間與周期相聯(lián)系。運動的時間與周期相聯(lián)系。 (三三)用規(guī)律：即牛頓第二定律和圓周運動的規(guī)律，用規(guī)律：即牛頓第二定律和圓周運動的規(guī)律，特別是周期公式、半徑公式。特別是周期公式、半徑公式。帶電粒子在磁場中運動的多解問題帶電粒子在磁場中運動的多解問題 1.帶電粒子電性不確定形成多解帶電粒子電性不確定形成多解 受洛倫茲力作用的帶電粒子，可能帶正電，也可能受洛倫茲力作用的帶電粒子，可能帶正電，也可能帶負(fù)電，在相同的初速度的條件下，正、負(fù)粒子在磁場帶負(fù)電，在相同的初速度的條件下，正、負(fù)粒子在磁場中運動軌跡不同，形成多解。中運動軌跡不同，形成多解。 如圖如圖821
20、4甲，帶電粒子以速率甲，帶電粒子以速率v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，如帶正電，其軌跡為磁場，如帶正電，其軌跡為a，如帶負(fù)電，其軌跡為，如帶負(fù)電，其軌跡為b。圖圖8214 2磁場方向不確定形成多解磁場方向不確定形成多解 有些題目只告訴了磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，而未具體指有些題目只告訴了磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，而未具體指出磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，此時必須要考慮磁感應(yīng)強(qiáng)度方向出磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，此時必須要考慮磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不確定而形成的多解。不確定而形成的多解。 如圖如圖8214乙，帶正電粒子以速率乙，帶正電粒子以速率v垂直進(jìn)入勻垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，如強(qiáng)磁場，如B垂直紙面向里，其軌跡為垂直紙面向里，其軌跡為a，如，如
21、B垂直紙面垂直紙面向外，其軌跡為向外，其軌跡為b。 3臨界狀態(tài)不唯一形成多解臨界狀態(tài)不唯一形成多解 帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場時，由于粒子帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場時，由于粒子運動軌跡是圓弧狀，因此，它可能穿過去了，也可能轉(zhuǎn)過運動軌跡是圓弧狀，因此，它可能穿過去了，也可能轉(zhuǎn)過180從入射界面這邊反向飛出，如圖從入射界面這邊反向飛出，如圖8215甲所示，于是甲所示，于是形成了多解。形成了多解。圖圖8215 4運動的周期性形成多解運動的周期性形成多解 帶電粒子在部分是電場，部分是磁場的空間運動時，運動帶電粒子在部分是電場，部分是磁場的空間運動時，運動往往具有往復(fù)性，從而形成多解
22、。如圖往往具有往復(fù)性，從而形成多解。如圖8215乙所示。乙所示。 例例3(2013蘇州模擬蘇州模擬)如圖如圖8216甲所示，甲所示，M、N為豎直放置彼此平行的兩塊平板，板間距離為為豎直放置彼此平行的兩塊平板，板間距離為d，兩板，兩板中央各有一個小孔中央各有一個小孔O、O正對，在兩板間有垂直于紙面正對，在兩板間有垂直于紙面方向的磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化如圖乙所示，設(shè)方向的磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化如圖乙所示，設(shè)垂直紙面向里的磁場方向為正方向。有一群正離子在垂直紙面向里的磁場方向為正方向。有一群正離子在t0時垂直于時垂直于M板從小孔板從小孔O射入磁場。已知正離子質(zhì)量為射入磁場。已知正離子質(zhì)量
23、為m、帶電荷量為帶電荷量為q，正離子在磁場中做勻速圓周運動的周期與，正離子在磁場中做勻速圓周運動的周期與磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的周期都為磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的周期都為T0，不考慮由于磁場變化而，不考慮由于磁場變化而產(chǎn)生的電場的影響，不計離子所受重力。求：產(chǎn)生的電場的影響，不計離子所受重力。求：圖圖8216 (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B0的大??；的大?。?(2)要使正離子從要使正離子從O孔垂直于孔垂直于N板射出磁場，正離子板射出磁場，正離子射入磁場時的速度射入磁場時的速度v0的可能值。的可能值。求解帶電粒子在磁場中運動多解問題的技巧求解帶電粒子在磁場中運動多解問題的技巧 (1)分析題目特點，確定題目多解性形成
24、原因。分析題目特點，確定題目多解性形成原因。 (2)作出粒子運動軌跡示意圖作出粒子運動軌跡示意圖(全面考慮多種可能性全面考慮多種可能性)。 (3)若為周期性重復(fù)的多解問題，尋找通項式，若若為周期性重復(fù)的多解問題，尋找通項式，若是出現(xiàn)幾種解的可能性，注意每種解出現(xiàn)的條件。是出現(xiàn)幾種解的可能性，注意每種解出現(xiàn)的條件。帶電粒子在磁場中運動的實際應(yīng)用帶電粒子在磁場中運動的實際應(yīng)用 例例4回旋加速器是用于加速帶電粒子流，使之獲回旋加速器是用于加速帶電粒子流，使之獲得很大動能的儀器，其核心部分是兩個得很大動能的儀器，其核心部分是兩個D形金屬扁盒，形金屬扁盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒間狹縫
25、兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒間狹縫中形成勻強(qiáng)電場，使粒子每次穿過狹縫都得到加速；兩中形成勻強(qiáng)電場，使粒子每次穿過狹縫都得到加速；兩盒放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒底面，粒子源置盒放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，若粒子源射出的粒子電荷量為于盒的圓心附近，若粒子源射出的粒子電荷量為q、質(zhì)量、質(zhì)量為為m，粒子最大回旋半徑為，粒子最大回旋半徑為Rm，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，其運動軌跡如圖其運動軌跡如圖8217所示，問：所示，問：圖圖8217(1)粒子在盒內(nèi)磁場中做何種運動？粒子在盒內(nèi)磁場中做何種運動？(2)粒子在兩盒間狹縫內(nèi)做何種運動？粒
26、子在兩盒間狹縫內(nèi)做何種運動？(3)所加交變電壓頻率為多大？粒子運動角速度為多大？所加交變電壓頻率為多大？粒子運動角速度為多大？(4)粒子離開加速器時速度為多大？粒子離開加速器時速度為多大？ 嘗試解題嘗試解題 (1)D形盒由金屬導(dǎo)體制成，可屏蔽外電場，因而形盒由金屬導(dǎo)體制成，可屏蔽外電場，因而盒內(nèi)無電場。盒內(nèi)存在垂直盒面的磁場，故粒子在盒盒內(nèi)無電場。盒內(nèi)存在垂直盒面的磁場，故粒子在盒內(nèi)磁場中做勻速圓周運動。內(nèi)磁場中做勻速圓周運動。 (2)兩盒間狹縫內(nèi)存在勻強(qiáng)電場，且粒子速度方向兩盒間狹縫內(nèi)存在勻強(qiáng)電場，且粒子速度方向與電場方向在同一條直線上，故粒子做勻加速直線運與電場方向在同一條直線上，故粒子做
27、勻加速直線運動。動。答案答案見解析見解析 洛倫茲力應(yīng)用問題的分析方法洛倫茲力應(yīng)用問題的分析方法 (1)洛倫茲力的應(yīng)用包括回旋加速器、質(zhì)譜儀、速洛倫茲力的應(yīng)用包括回旋加速器、質(zhì)譜儀、速度選擇器等。度選擇器等。 (2)回旋加速器中經(jīng)常遇到的問題是粒子獲得的最回旋加速器中經(jīng)常遇到的問題是粒子獲得的最大動能、加速的次數(shù)、運動時間等，分析的方法是電大動能、加速的次數(shù)、運動時間等，分析的方法是電場對粒子加速，每次做功相同，粒子在磁場中做勻速場對粒子加速，每次做功相同，粒子在磁場中做勻速圓周運動，周期相同，其半徑最大時動能最大。圓周運動，周期相同，其半徑最大時動能最大。 (3)質(zhì)譜儀中粒子在磁場中運動的軌跡
28、不同，其原質(zhì)譜儀中粒子在磁場中運動的軌跡不同，其原因是粒子的質(zhì)量不同。因是粒子的質(zhì)量不同。 1放縮法放縮法 粒子源發(fā)射速度方向一定，大小不同的粒子源發(fā)射速度方向一定，大小不同的帶電粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時，這些帶電粒子在帶電粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時，這些帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的軌跡半徑隨速度的磁場中做勻速圓周運動的軌跡半徑隨速度的變化而變化，如圖變化而變化，如圖8218所示所示(圖中只畫出粒子帶正電圖中只畫出粒子帶正電圖圖8218超鏈超鏈接接的情景的情景)，速度，速度v0越大，運動半徑也越大。可以發(fā)現(xiàn)這些越大，運動半徑也越大?？梢园l(fā)現(xiàn)這些帶電粒子射入磁場后，它們運動軌跡的圓心在垂直速度帶電粒子射入
29、磁場后，它們運動軌跡的圓心在垂直速度方向的直線方向的直線PP上。由此我們可得到一種確定臨界條件上。由此我們可得到一種確定臨界條件的方法：在確定這類粒子運動的臨界條件時，可以以入的方法：在確定這類粒子運動的臨界條件時，可以以入射點射點P為定點，圓心位于為定點，圓心位于PP直線上，將半徑放縮作軌跡，直線上，將半徑放縮作軌跡，從而探索出臨界條件，使問題迎刃而解，這種方法稱為從而探索出臨界條件，使問題迎刃而解，這種方法稱為“放縮法放縮法”。 2平移法平移法 粒子源發(fā)射速度大小一定、方向不粒子源發(fā)射速度大小一定、方向不同的帶電粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時，它們在同的帶電粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時，它們在磁場中做勻速圓周運
30、動的半徑相同，若磁場中做勻速圓周運動的半徑相同，若射入初速度為射入初速度為v0，則圓周運動半徑為，則圓周運動半徑為Rmv0/qB，如圖，如圖8219所示。同時可發(fā)現(xiàn)這些帶電粒子所示。同時可發(fā)現(xiàn)這些帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的圓心在以入射點在磁場中做勻速圓周運動的圓心在以入射點P為圓心、為圓心、半徑半徑Rmv0/qB的圓的圓(這個圓在下面的敘述中稱為這個圓在下面的敘述中稱為“軌跡軌跡圓心圓圓心圓”)上。上。圖圖8219 由此我們也可以得到一種確定臨界條件的方法：確由此我們也可以得到一種確定臨界條件的方法：確定這類粒子在有界磁場中運動的臨界條件時，可以將一定這類粒子在有界磁場中運動的臨界條件時
31、，可以將一半徑為半徑為Rmv0/qB的圓沿著的圓沿著“軌跡圓心圓軌跡圓心圓”平移，從而平移，從而探索出臨界條件，這種方法稱為探索出臨界條件，這種方法稱為“平移法平移法”。 典例典例如圖如圖8220所示，所示，在屏在屏MN的上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為的上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于紙的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于紙面向里。面向里。P為屏上的一個小孔。為屏上的一個小孔。PC與與MN垂直。一群質(zhì)垂直。一群質(zhì)量為量為m、帶電荷量為、帶電荷量為q的粒子的粒子(不計重力不計重力)，以相同的，以相同的速率速率v，從，從P處沿垂直于磁場的方向射入磁場區(qū)域。粒處沿垂直于磁場的方向射入磁場區(qū)域。粒子入射方向在
32、與磁場子入射方向在與磁場B垂直的平面內(nèi)，且散開在與垂直的平面內(nèi)，且散開在與PC夾角為夾角為的范圍內(nèi)。則在屏的范圍內(nèi)。則在屏MN上被粒子打中的區(qū)域的上被粒子打中的區(qū)域的長度為長度為 ()圖圖8220圖圖8221答案答案D 題后悟道題后悟道 由于帶電粒子進(jìn)入磁場時的速率是相由于帶電粒子進(jìn)入磁場時的速率是相同的，粒子運動軌跡的圓周半徑是相同的，所以可將圓周同的，粒子運動軌跡的圓周半徑是相同的，所以可將圓周以以P點為轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)平移，從而可確定出粒子打中區(qū)域點為轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)平移，從而可確定出粒子打中區(qū)域的最遠(yuǎn)端和最近端。的最遠(yuǎn)端和最近端。 (2010江蘇高考江蘇高考)如圖如圖8222所示，在勻強(qiáng)磁場中
33、所示，在勻強(qiáng)磁場中附加另一勻強(qiáng)磁場，附加磁場位于圖中陰影區(qū)域，附加附加另一勻強(qiáng)磁場，附加磁場位于圖中陰影區(qū)域，附加磁場區(qū)域的對稱軸磁場區(qū)域的對稱軸OO與與SS垂直。垂直。a、b、c三個質(zhì)子先三個質(zhì)子先后從后從S點沿垂直于磁場的方向射入磁場，它們的速度大點沿垂直于磁場的方向射入磁場，它們的速度大小相等，小相等，b的速度方向與的速度方向與SS垂直，垂直，a、c的速度方向與的速度方向與b的速度方向間的夾角分別為的速度方向間的夾角分別為、，且，且。三個質(zhì)子經(jīng)。三個質(zhì)子經(jīng)過附加磁場區(qū)域后能到達(dá)同一點過附加磁場區(qū)域后能到達(dá)同一點S，則下列說法中正確，則下列說法中正確的有的有 () 圖圖8222A三個質(zhì)子從
34、三個質(zhì)子從S運動到運動到S的時間相等的時間相等B三個質(zhì)子在附加磁場以外區(qū)域運動時，運動軌跡的三個質(zhì)子在附加磁場以外區(qū)域運動時，運動軌跡的圓心均在圓心均在OO軸上軸上C若撤去附加磁場，若撤去附加磁場，a到達(dá)到達(dá)SS連線上的位置距連線上的位置距S點最點最近近D附加磁場方向與原磁場方向相反附加磁場方向與原磁場方向相反答案：答案：C隨堂鞏固落實隨堂鞏固落實1.如圖如圖8223所示為電視機(jī)顯像管偏轉(zhuǎn)線所示為電視機(jī)顯像管偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖，當(dāng)線圈通以圖示的直流電圈的示意圖，當(dāng)線圈通以圖示的直流電時，形成的磁場如圖所示，一束沿著管時，形成的磁場如圖所示，一束沿著管頸軸線射向紙內(nèi)的電子將頸軸線射向紙內(nèi)的電子將
35、()A向上偏轉(zhuǎn)向上偏轉(zhuǎn)B向下偏轉(zhuǎn)向下偏轉(zhuǎn)C向左偏轉(zhuǎn)向左偏轉(zhuǎn) D向右偏轉(zhuǎn)向右偏轉(zhuǎn)解析：電子相對于磁場的運動方向是垂直紙面向里，解析：電子相對于磁場的運動方向是垂直紙面向里，根據(jù)左手定則可判定只有選項根據(jù)左手定則可判定只有選項D正確。正確。答案：答案：D圖圖82232.(2012廣東高考廣東高考)質(zhì)量和電量都相等的帶電粒子質(zhì)量和電量都相等的帶電粒子M和和N，以不同的速率經(jīng)小孔以不同的速率經(jīng)小孔S垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，運行的半垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，運行的半圓軌跡如圖圓軌跡如圖8224中虛線所示，下列表述正確的是中虛線所示，下列表述正確的是 ()AM帶負(fù)電，帶負(fù)電，N帶正電帶正電BM的速率小于的速率小于N的速
36、率的速率C洛倫茲力對洛倫茲力對M、N做正功做正功DM的運行時間大于的運行時間大于N的運行時間的運行時間圖圖8224答案：答案：A圖圖8225答案：答案：B4.(2012湖北聯(lián)考湖北聯(lián)考)如圖如圖8226所示，帶有正電所示，帶有正電荷的荷的A粒子和粒子和B粒子同時以同樣大小的速度從粒子同時以同樣大小的速度從寬度為寬度為d的有界勻強(qiáng)磁場的邊界上的的有界勻強(qiáng)磁場的邊界上的O點分別點分別以以30和和60(與邊界的夾角與邊界的夾角)射入磁場，又恰好不從射入磁場，又恰好不從另一邊界飛出，則下列說法中正確的是另一邊界飛出，則下列說法中正確的是 () 圖圖8226答案：答案：BD5(2012溫州模擬溫州模擬)
37、如圖如圖8227甲所示是回旋加速器甲所示是回旋加速器的示意圖，其核心部分是兩個的示意圖，其核心部分是兩個D形金屬盒，在加速帶形金屬盒，在加速帶電粒子時，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場中，并分別與高頻電粒子時，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場中，并分別與高頻電源相連。帶電粒子在磁場中運動的動能電源相連。帶電粒子在磁場中運動的動能Ek隨時間隨時間t的的變化規(guī)律如圖變化規(guī)律如圖8227乙所示，若忽略帶電粒子在電乙所示，若忽略帶電粒子在電場中的加速時間，則下列判斷中正確的是場中的加速時間，則下列判斷中正確的是 ()圖圖8227A在在Ekt圖中應(yīng)有圖中應(yīng)有t4t3t3t2t2t1B高頻電源的變化周期應(yīng)該等于高頻電源的變化周期
38、應(yīng)該等于tntn1C粒子加速次數(shù)越多，粒子最大動能一定越大粒子加速次數(shù)越多，粒子最大動能一定越大D當(dāng)當(dāng)B一定時，要想粒子獲得的最大動能越大，則要一定時，要想粒子獲得的最大動能越大，則要求求D形盒的面積也越大形盒的面積也越大解析：帶電粒子在兩解析：帶電粒子在兩D形盒內(nèi)做圓周運動時間等于半個形盒內(nèi)做圓周運動時間等于半個圓周運動周期，而粒子運動周期圓周運動周期，而粒子運動周期T2m/qB與粒子速度與粒子速度無關(guān)，則有無關(guān)，則有t4t3t3t2t2t1，選項，選項A正確；高頻電正確；高頻電答案：答案：AD6(2012溫州聯(lián)考溫州聯(lián)考)如圖如圖8228所示為一種質(zhì)譜儀示所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，由加速電場
39、、靜電分析器和磁分析器組成。意圖，由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成。已知靜電分析器通道的半徑為已知靜電分析器通道的半徑為R，均勻輻射電場的，均勻輻射電場的場強(qiáng)為場強(qiáng)為E。磁分析器中有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，。磁分析器中有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。問：。問：圖圖8228(1)為了使位于為了使位于A處電量為處電量為q、質(zhì)量為、質(zhì)量為m的離子，從靜止的離子，從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿圖中圓弧虛線通過靜電分析開始經(jīng)加速電場加速后沿圖中圓弧虛線通過靜電分析器，加速電場的電壓器，加速電場的電壓U應(yīng)為多大？應(yīng)為多大？(2)離子由離子由P點進(jìn)入磁分析器后，最終打在乳膠片上的點進(jìn)
40、入磁分析器后，最終打在乳膠片上的Q點，該點距入射點點，該點距入射點P多遠(yuǎn)？多遠(yuǎn)？（給有能力的學(xué)生加餐）（給有能力的學(xué)生加餐）1.(2012漳州檢測漳州檢測)帶電粒子以初速度帶電粒子以初速度v0從從a點進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，如圖點進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，如圖1所示。運動中所示。運動中經(jīng)過經(jīng)過b點，點，OaOb，若撤去磁場加一，若撤去磁場加一個與個與y軸平行的勻強(qiáng)電場，仍以軸平行的勻強(qiáng)電場，仍以v0從從a點進(jìn)入電場，粒子仍能通過點進(jìn)入電場，粒子仍能通過b點，那么電場強(qiáng)度點，那么電場強(qiáng)度E與與磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B之比為之比為 ()圖圖1答案：答案：C2.如圖如圖2所示，勻強(qiáng)磁場的邊界為平行所示，勻強(qiáng)磁場的邊界為平行
41、四邊形四邊形ABCD，其中，其中AC邊與對角線邊與對角線BC垂直，一束電子以大小不同的速垂直，一束電子以大小不同的速度沿度沿BC從從B點射入磁場，不計電子點射入磁場，不計電子的重力和電子之間的相互作用，關(guān)于電子在磁場中運動的重力和電子之間的相互作用，關(guān)于電子在磁場中運動的情況，下列說法中正確的是的情況，下列說法中正確的是 ()A入射速度越大的電子，其運動時間越長入射速度越大的電子，其運動時間越長B入射速度越大的電子，其運動軌跡越長入射速度越大的電子，其運動軌跡越長C從從AB邊出射的電子的運動時間都相等邊出射的電子的運動時間都相等D從從AC邊出射的電子的運動時間都相等邊出射的電子的運動時間都相等
42、圖圖2解析：電子以不同的速度沿解析：電子以不同的速度沿BC從從B點射入磁場，若電子以點射入磁場，若電子以AB邊射出，畫出其運動軌跡如圖邊射出，畫出其運動軌跡如圖所示，由幾何關(guān)系可知在所示，由幾何關(guān)系可知在AB邊邊射出的粒子軌跡所對的圓心角射出的粒子軌跡所對的圓心角相等，在磁場中的運動時間相等，與速度無關(guān)，相等，在磁場中的運動時間相等，與速度無關(guān)，C對，對，A錯；從錯；從AC邊射出的電子軌跡所對圓心角不相等，且入射邊射出的電子軌跡所對圓心角不相等，且入射速度越大，其運動軌跡越短，在磁場中的運動時間不相速度越大，其運動軌跡越短，在磁場中的運動時間不相等，等，B、D錯。錯。答案：答案：C3.如圖如圖
43、3所示，擺球帶負(fù)電荷的單擺，在一所示，擺球帶負(fù)電荷的單擺，在一勻強(qiáng)磁場中擺動，勻強(qiáng)磁場的方向垂勻強(qiáng)磁場中擺動，勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里，擺球在直紙面向里，擺球在AB間擺動過程中，間擺動過程中，由由A擺到最低點擺到最低點C時，擺線拉力的大小時，擺線拉力的大小為為F1，擺球加速度大小為，擺球加速度大小為a1；由；由B擺到最低點擺到最低點C時，擺時，擺線拉力的大小為線拉力的大小為F2，擺球加速度大小為，擺球加速度大小為a2，則，則()圖圖3AF1F2，a1a2BF1F2，a1a2CF1F2，a1a2DF1F2，a1a2解析：繩的拉力、洛倫茲力始終與單擺的運動方向垂解析：繩的拉力、洛倫茲力始終與單擺
44、的運動方向垂直，不做功。只有重力做功，所以直，不做功。只有重力做功，所以a1a2，當(dāng)單擺由，當(dāng)單擺由A擺到最低點擺到最低點C時，繩的拉力和洛倫茲力方向相同，由時，繩的拉力和洛倫茲力方向相同，由B擺到最低點擺到最低點C時，繩的拉力與洛倫茲力方向相反，故時，繩的拉力與洛倫茲力方向相反，故F1F2。答案：答案：B4如圖如圖4所示，矩形所示，矩形MNPQ區(qū)域內(nèi)有方向垂直于紙面的區(qū)域內(nèi)有方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，有勻強(qiáng)磁場，有5個帶電粒子從圖中箭頭所示位置垂直個帶電粒子從圖中箭頭所示位置垂直于磁場邊界進(jìn)入磁場，在紙面內(nèi)做勻速圓周運動，于磁場邊界進(jìn)入磁場，在紙面內(nèi)做勻速圓周運動，運動軌跡為相應(yīng)的圓弧。這些
45、粒子的質(zhì)量、電荷量運動軌跡為相應(yīng)的圓弧。這些粒子的質(zhì)量、電荷量以及速度大小如下表所示。以及速度大小如下表所示。圖圖4vq53v2q43v3q32v2q2v2qm1速度大小速度大小電荷量電荷量(q0)質(zhì)量質(zhì)量粒子編號粒子編號2m2m2m3m由以上信息可知，從圖中由以上信息可知，從圖中a、b、c處進(jìn)入的粒子對應(yīng)表處進(jìn)入的粒子對應(yīng)表中的編號分別為中的編號分別為 ()A3、5、4 B4、2、5C5、3、2 D2、4、5答案：答案：D5.長為長為L的水平極板間，有垂直紙面向里的的水平極板間，有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，如圖勻強(qiáng)磁場，如圖5所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，板間距離為板間距離為L，板不
46、帶電。一質(zhì)量為，板不帶電。一質(zhì)量為m、電荷量為電荷量為q帶正電的粒子帶正電的粒子(不計重力不計重力)，從，從左邊極板間中點處垂直磁感線以速度左邊極板間中點處垂直磁感線以速度v水平射入磁場，水平射入磁場，欲使粒子不打在極板上，可采用的方法是欲使粒子不打在極板上，可采用的方法是 ()圖圖5答案：答案：AB6(2012深圳模擬深圳模擬)如圖如圖6所示，在空間中存在垂直紙面所示，在空間中存在垂直紙面向外，寬度為向外，寬度為d的有界勻強(qiáng)磁場。一質(zhì)量為的有界勻強(qiáng)磁場。一質(zhì)量為m、帶電、帶電荷量為荷量為q的粒子自下邊界的的粒子自下邊界的P點處以速度點處以速度v沿與下邊沿與下邊界成界成30角的方向垂直射入磁場，恰能垂直于上邊角的方向垂直射入磁場，恰能垂直于上邊界射出，不計粒子重力，題中界射出，不計粒子重力，題中d、m、q、v均為已知均為已知量。則量。則圖圖6(1)粒子帶何種電荷？粒子帶何種電荷？(2)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為多少？磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為多少？解析：解析：(1)粒子向上偏轉(zhuǎn)，由左手定則可判斷粒子帶正電。粒子向上偏轉(zhuǎn)，由左手定則可判斷粒子帶正電。圖圖7答案：見解析答案：見解析
高考物理一輪精細(xì)復(fù)習(xí) （必備基礎(chǔ)點撥+高考考點集結(jié)+考點專訓(xùn)）磁場對運動電荷的作用課件
