高考物理沖刺專題復(fù)習(xí)課件第八章 第二講 磁場對運(yùn)動電荷的作用

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歡迎進(jìn)入物理課堂 一 洛倫茲力1 大小 1 v B時 F 2 v B時 F 3 v與B夾角為 時 F 0 qvB qvBsin 2 方向 1 判斷方法 左手定則 注意四指指向正電荷運(yùn)動方向或負(fù)電荷運(yùn)動的反方向 2 特點(diǎn) 洛倫茲力垂直于B與v所決定的平面 洛倫茲力永不做功 二 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動1 若v B 帶電粒子不受洛倫茲力 在勻強(qiáng)磁場中做運(yùn)動 2 若v B 帶電粒子僅受洛倫茲力作用 在垂直于磁感線的平面內(nèi)以入射速度v做運(yùn)動 勻速直線 勻速圓周 1 帶電粒子垂直勻強(qiáng)磁場方向運(yùn)動時 會受到洛倫茲力的作用 下列表述正確的是 A 洛倫茲力對帶電粒子做功B 洛倫茲力不改變帶電粒子的動能C 洛倫茲力的大小與速度無關(guān)D 洛倫茲力不改變帶電粒子的速度方向 解析 根據(jù)洛倫茲力的特點(diǎn) 洛倫茲力對帶電粒子不做功 A錯B對 根據(jù)F qvB 可知洛倫茲力大小與速度有關(guān) C錯 洛倫茲力的作用效果就是改變粒子的運(yùn)動方向 不改變速度的大小 D錯 答案 B 2 如圖8 2 1所示 一束電子流沿管的軸線進(jìn)入螺線管 忽略重力 電子在管內(nèi)的運(yùn)動應(yīng)該是 A 當(dāng)從a端通入電流時 電子做勻加速直線運(yùn)動B 當(dāng)從b端通入電流時 電子做勻加速直線運(yùn)動C 不管從哪端通入電流 電子都做勻速直線運(yùn)動D 不管從哪端通入電流 電子都做勻速圓周運(yùn)動 解析 通電螺線管內(nèi)部磁感線方向與螺線管軸線平行 電子束不受洛倫茲力 故做勻速直線運(yùn)動 C項(xiàng)正確 答案 C 3 如圖8 2 2是電子射線管示意圖 接通電源后 電子射線由陰極沿x軸方向射出 在熒光屏上會看到一條亮線 要使熒光屏上的亮線向下 z軸負(fù)方向 偏轉(zhuǎn) 在下列措施中可采用的是 A 加一磁場 磁場方向沿z軸負(fù)方向B 加一磁場 磁場方向沿y軸正方向C 加一電場 電場方向沿z軸負(fù)方向D 加一電場 電場方向沿y軸正方向 解析 當(dāng)加一沿y軸正方向的磁場時 電子會受到沿z軸的洛倫茲力而向下偏轉(zhuǎn) 如果加的是電場 其方向必須有向上 z軸方向 的分量 答案 B 4 月球勘探者號 空間探測器運(yùn)用高科技手段對月球進(jìn)行了近距離勘探 在月球重力分布 磁場分布及元素測定方面取得了新的成果 月球上的磁場極其微弱 通過探測器拍攝電子在月球磁場中的運(yùn)動軌跡 可分析月球磁場的強(qiáng)弱分布情況 如圖8 2 3所示是探測器通過月球表面 四個位置時 拍攝到的電子運(yùn)動軌跡照片 尺寸比例相同 設(shè)電子速率相同 且與磁場方向垂直 則可知磁場從強(qiáng)到弱的位置排列正確的是 A B C D 答案 A 典例啟迪 例1 帶電荷量為 q的粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動 下面說法中正確的是 A 只要速度大小相同 所受洛倫茲力就相同B 如果把 q改為 q 且速度反向大小不變 則洛倫茲力的大小和方向均不變C 洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直 磁場方向一定與電荷運(yùn)動方向垂直D 粒子只受到洛倫茲力作用時 運(yùn)動的速度 動能均不變 思路點(diǎn)撥 解答本題注意以下三個方面 1 公式F qvB中 v與B應(yīng)垂直 2 洛倫茲力的方向與電荷的電性有關(guān) 3 洛倫茲力總與速度方向垂直永不做功 解析 因?yàn)槁鍌惼澚Φ拇笮〔坏c粒子速度大小有關(guān) 而且與粒子速度的方向有關(guān) 如當(dāng)粒子速度與磁場垂直時F qvB 當(dāng)粒子速度與磁場平行時F 0 再者由于洛倫茲力的方向永遠(yuǎn)與粒子的速度方向垂直 因而速度方向不同時 洛倫茲力的方向也不同 故A選項(xiàng)錯 因?yàn)?q改為 q且速度反向時所形成的電流方向與原 q運(yùn)動形成的電流方向相同 由左手定則可知洛倫茲力方向不變 再由F qvB知大小不變 故B選項(xiàng)正確 因?yàn)殡姾蛇M(jìn)入磁場時的速度方向可以與磁場方向成任意夾角 故C選項(xiàng)錯 因 為洛倫茲力總與速度方向垂直 因此洛倫茲力不做功 粒子動能不變 但洛倫茲力可改變粒子的運(yùn)動方向 使速度的方向不斷改變 故D選項(xiàng)錯 答案 B 歸納領(lǐng)悟 洛倫茲力與電場力的比較 題組突破 1 帶電粒子 重力不計(jì) 穿過飽和蒸汽時 在它走過的路徑上飽和蒸汽便凝成小液滴 從而顯示了粒子的徑跡 這是云室的原理 如圖8 2 4所示是云室的拍攝照片 云室中加了垂直于照片向外的勻強(qiáng)磁場 圖中oa ob oc od是從o點(diǎn)發(fā)出的四種粒子的徑跡 下列說法中正確的是 A 四種粒子都帶正電B 四種粒子都帶負(fù)電C 打到a b點(diǎn)的粒子帶正電D 打到c d點(diǎn)的粒子帶正電 答案 D 解析 由左手定則知打到a b點(diǎn)的粒子帶負(fù)電 打到c d點(diǎn)的粒子帶正電 D正確 2 2011 深圳調(diào)研 如圖8 2 5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 則示波管中的電子束將 A 向上偏轉(zhuǎn)B 向下偏轉(zhuǎn)C 向紙外偏轉(zhuǎn)D 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向外 由左手定則可判斷 電子受到的洛倫茲力向上 故A正確 答案 A 典例啟迪 例2 如圖8 2 6所示 一足夠長的矩形區(qū)域abcd內(nèi)充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場 現(xiàn)從矩形區(qū)域ad邊的中點(diǎn)O處 垂直磁場射入一速度方向與ad邊夾角為30 大小為v0的帶電粒子 已知粒子質(zhì)量為m 電荷量為q ad邊長為l 重力影響不計(jì) 1 試求粒子能從ab邊射出磁場的v0值 2 在滿足粒子從ab邊射出磁場的條件下 粒子在磁場中運(yùn)動的最長時間是多少 思路點(diǎn)撥 由于磁場邊界的限制 粒子從ab射出時速度有一定的范圍 當(dāng)v0有最小值時 粒子軌道恰好與ab邊相切 當(dāng)v0有最大值時 粒子軌道恰好與cd邊相切 粒子運(yùn)動的最長時間 對應(yīng)粒子在磁場中運(yùn)動的圓心角的最大值 歸納領(lǐng)悟 解決帶電粒子在有界磁場中的圓周運(yùn)動時 可按以下三步進(jìn)行 1 畫軌跡 確定圓心 半徑 注意可能情況 臨界問題的出現(xiàn) 2 找聯(lián)系 軌道半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度 運(yùn)動速度相聯(lián)系 偏轉(zhuǎn)角度與圓心角 運(yùn)動時間相聯(lián)系 在磁場中運(yùn)動的時間與周期相聯(lián)系 3 用規(guī)律 即牛頓第二定律和圓周運(yùn)動的規(guī)律 特別是周期公式 半徑公式 題組突破 3 如圖8 2 7所示 在屏MN的上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場 磁場方向垂直于紙面向里 P為屏上的一個小孔 PC與MN垂直 一群質(zhì)量為m 帶電荷量為 q的粒子 不計(jì)重力 以相同的速率v 從P處沿垂直于磁場的方向射入磁場區(qū)域 粒子入射方向在與磁場B垂直的平面內(nèi) 且散開在與PC夾角為 的范圍內(nèi) 則在屏MN上被粒子打中的區(qū)域的長度為 答案 D 4 2011 南平模擬 半徑為r的圓形空間內(nèi) 存在著垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場 一個帶電粒子 不計(jì)重力 從A點(diǎn)以速度v0垂直于磁場方向射入磁場中 并從B點(diǎn)射出 AOB 120 如圖8 2 8所示 則該帶電粒子在磁場中運(yùn)動的時間為 答案 D 典例啟迪 例3 如圖8 2 9甲所示 M N為豎直放置彼此平行的兩塊平板 板間距離為d 兩板中央各有一個小孔O O 且正對 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 有一群正離子在t 0時垂直于M板從小孔O射入磁場 已知正離子質(zhì)量為m 帶電荷量為q 正離子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期與磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的周期都為T0 不考慮由于磁場變化而產(chǎn)生的電場的影響 不計(jì)離子所受重力 求 1 磁感應(yīng)強(qiáng)度B0的大小 2 要使正離子從O 孔垂直于N板射出磁場 正離子射入磁場時的速度v0的可能值 思路點(diǎn)撥 根據(jù)粒子運(yùn)動的周期和磁場變化的周期關(guān)系 畫出粒子運(yùn)動的可能軌跡 從而找出板間距離d與粒子運(yùn)動半徑的關(guān)系 再根據(jù)半徑公式找出v0的可能值 歸納領(lǐng)悟 1 帶電粒子電性不確定受洛倫茲力作用的帶電粒子 可能帶正電 也可能帶負(fù)電 當(dāng)粒子具有相同速度時 正負(fù)粒子在磁場中運(yùn)動軌跡不同 導(dǎo)致多解 如圖8 2 10帶電粒子以速率v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場 若帶正電 其軌跡為a 若帶負(fù)電 其軌跡為b 2 磁場方向不確定形成多解磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量 如果題述條件只給出磁感應(yīng)強(qiáng)度大小 而未說明磁感應(yīng)強(qiáng)度方向 則應(yīng)考慮因磁場方向不確定而導(dǎo)致的多解 如圖8 2 11帶正電粒子以速率v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場 若B垂直紙面向里 其軌跡為a 若B垂直紙面向外 其軌跡為b 3 臨界狀態(tài)不惟一形成多解帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場時 由于粒子運(yùn)動軌跡是圓弧狀 因此 它可能穿過去了 也可能轉(zhuǎn)過180 從入射面邊界反向飛出 如圖8 2 12所示 于是形成了多解 4 運(yùn)動的往復(fù)性形成多解帶電粒子在部分是電場 部分是磁場的空間運(yùn)動時 運(yùn)動往往具有往復(fù)性 從而形成多解 如圖8 2 13所示 題組突破 5 如圖8 2 14所示 在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場的邊界上 有兩個電荷量絕對值相同 質(zhì)量相同的正 負(fù)粒子 不計(jì)重力 從O點(diǎn)以相同的速度先后射入磁場中 入射方向與邊界成 角 則關(guān)于正 負(fù)粒子在磁場中的運(yùn)動的判斷錯誤的是 A 運(yùn)動時間相同B 運(yùn)動軌跡的半徑相同C 重新回到邊界時速度大小和方向相同D 重新回到邊界時與O點(diǎn)的距離相等 答案 A 6 如圖8 2 15所示 在坐標(biāo)系xOy中 第一象限內(nèi)充滿著兩個勻強(qiáng)磁場a和b OP為分界線 在區(qū)域a中 磁感應(yīng)強(qiáng)度為2B 方向垂直于紙面向里 在區(qū)域b中 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 方向垂直于紙面向外 P點(diǎn)坐標(biāo)為 4l 3l 一質(zhì)量為m 電荷量為q的帶正電的粒子從P點(diǎn)沿y軸負(fù)方向射入?yún)^(qū)域b 經(jīng)過一段時間后 粒子恰能經(jīng)過原點(diǎn)O 不計(jì)粒子重力 sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 粒子從P點(diǎn)運(yùn)動到O點(diǎn)的時間最少是多少 2 粒子運(yùn)動的速度可能是多少 撞前后 x方向的分速度不變 y方向的分速度反向 大小不變 質(zhì)量為m 電荷量為q q 0 的粒子從P點(diǎn)瞄準(zhǔn)N0點(diǎn)入射 最后又通過P點(diǎn) 不計(jì)重力 求粒子入射速度的所有可能值 自主嘗試 試一試 能否做到正確解答 錯解1 不明確擋板的作用 對帶電粒子通過擋板返回磁場的周期性運(yùn)動過程分析不到位 認(rèn)為帶電粒子在磁場中繞行后直接通過P點(diǎn) 則只解出一個結(jié)果 認(rèn)為帶電粒子與擋板會碰撞一次 則可解出兩個結(jié)果 發(fā)生漏解 錯解2 應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力較差 幾何關(guān)系分析判斷不準(zhǔn) 導(dǎo)致解析中 三式的確定錯誤或不能確定 因此而發(fā)生錯解 漏解 甚至是不能解答 x1 N0 N0 2Rsin 2分 粒子射出磁場與下一次進(jìn)入磁場位置間的距離x2始終不變 與N0 N1相等 由圖8 2 17可以看出x2 a 1分 設(shè)粒子最終離開磁場時 與擋板相碰n次 n 0 1 2 若粒子能回到P點(diǎn) 由對稱性 出射點(diǎn)的x坐標(biāo)應(yīng)為 a 即 n 1 x1 nx2 2a 2分 點(diǎn)擊下圖進(jìn)入 創(chuàng)新演練 大沖關(guān) 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全