（新课标）河南省2015高考物理总复习讲义 第8章 第2讲 磁场对运动电荷的作用

（新课标）河南省2015高考物理总复习讲义 第8章 第2讲 磁场对运动电荷的作用内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 磁场对运动电荷的作用知识一洛伦兹力的方向和大小1洛伦兹力：磁场对运动电荷 的作用力2洛伦兹力的方向(1)判断方法：左手定则2)方向特点：FB，F 垂直于 B 和 v 决定的平面(注意：B 和 v 不一定垂直)3洛伦兹力的大小(1)vB 时，洛伦兹力 F0.(2)vB 时，洛伦兹力 F3)v0 时，洛伦兹力 F0.(1)带电粒子在磁场中一定会受到磁场力的作用()(2)洛伦兹力的方向在特殊情况下可能与带电粒子的速度方向不垂直()知识二带电粒子在匀强磁场中的运动1洛伦兹力的特点洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小，或者说，洛伦兹力对带电粒子不做功2粒子的运动性质( 2、1)若 ，则粒子不受洛伦兹力，在磁场中做匀速直线运动(2)若 ，则带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动3半径和周期公式(1)根据公式 T ，可知带电粒子在匀强磁场中的运动周期 T 与 v 成反比()2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，其运动半径与带电粒子的比荷有关()光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 质谱仪和回旋加速器1质谱仪(1)构造：如图 821 所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等组成图 82 1(2)原理：粒子由静止在加速电场中被加速，根据动能定理有 粒子在磁12场中受洛伦兹力偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律， .由两式可得出需粒子轨道半径、粒子质量、比荷 r 3、 ，m ， 2 2回旋加速器(1)构造：如图 822 所示，D 1、D 2 是半圆金属盒，D 形盒的缝隙处接 交流电源2)原理：交变电流的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过 D 形盒缝隙，两盒间的电场强度方向周期性地发生变化，粒子就会被一次一次地加速由 ，得 ，可见粒子获得的最大动能由 磁感应强度 B 和盒 半径 R 决定，与加速电压无关(1)利用质谱仪可以测得带电粒子的比荷()(2)经过回旋加速器加速的带电粒子的最大动能是由 D 形盒的最大半径、磁感应强度B、加速电压的大小共同决定的()1带电荷量为q 的粒子在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是()A只要速 4、度大小相同，所受洛伦兹力就相同B如果把q 改为q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直D粒子在只受到洛伦兹力作用下运动的动能、速度均不变【解析】因为洛伦兹力的大小不但与粒子速度大小有关，而且与粒子速度的方向有关，如当粒子速度与磁场垂直时 F粒子速度与磁场平行时 F而速度方向不同时，洛伦兹力的方向也不同，所以A 选项错因为 q 改为q 且速度反向，由左手定则可知洛伦兹力方向不变，再由 F以 B 项正确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 C 选项错因为洛伦 5、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，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 D 项错【答案】关洛伦兹力和安培力的描述，正确的是( )A通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用B安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现C带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力做正功D通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行【解析】通电直导线与磁场方向平行时，安培力等于零，故 A 错；安培力一定垂直磁场和电流所决定的平面，即安培力方向一定垂直磁场方向，D 错；洛伦兹力也一定垂直磁场与速度方向决定的平面，即洛伦兹力一定与运动方向垂直，洛伦兹力一定不做功，者的关系 6、为安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，B 正确【答案】(多选)1930 年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图 823 所示这台加速器由两个铜质 D 形盒构成，其间留有空隙下列说法正确的是 ()图 82 3A离子由加速器的中心附近进入加速器B离子由加速器的边缘进入加速器C离子从磁场中获得能量D离子从电场中获得能量【解析】离子在磁场中做匀速圆周运动，速度越大，轨道半径越大，所以离子要从加速器的中心附近进入加速器洛伦兹力总是垂直于速度的方向，所以磁场是不对离子做功的，它的作用只是改变离子的速度方向，而电场的作用才是加速离子，使之获得能量由此可见，选项 A、D 是正确的【答案】(2 7、012北京高考)处于匀强磁场中的一个带电粒子，仅在磁场力作用下做匀速圆周运动将该粒子的运动等效为环形电流，那么此电流值( )A与粒子电荷量成正比B与粒子速率成正比C与粒子质量成正比D与磁感应强度成正比【解析】带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期 T ，该粒子运动等效2 ，由此可知，Iq 2，故选项 A 错误； I 与速率无关，选项 B 错误；qT ，即 I 与 m 成反比，故选项 C 错误；IB，选项 D 正确1m【答案】(2012大纲全国高考)质量分别为 荷量分别为 两粒子在同一匀强磁场中做匀速圆周运动已知两粒子的动量大小相等下列说法正确的是()A若 q1q 2，则它们做圆周运动的半径一 8、定相等B若 m1m 2，则它们做圆周运动的半径一定相等C若 q1q 2，则它们做圆周运动的周期一定不相等D若 m1m 2，则它们做圆周运动的周期一定不相等【解析】粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由 m得 r ，同一匀强磁场，即 B 相等，又因为两粒子的动量大小相等，所以有 r ，若 r1r 2，故 A 选项正确，B 选项错误；由周期公式 T ，由于 B 相等，2 为2以 T ，故 C、D 选项错误案】67对洛伦兹力的理解一、洛伦兹力和安培力的关系洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现二、洛伦兹力与电场力的比较对 9、应力内容比较项目 洛伦兹力 电场力性质 磁场对在其中运动的电荷的作用 力 电场对放入其中电荷的作用力产生条件 v0 且 v 不与 B 平行 电场中的电荷一定受到电场力作 用大小 FvB) FB，Fv，与电荷电性无关正电荷受力与电场方向相同，负电荷受力与电场方向相反做功情况 任何情况下都不做功 可能做正功、负功，也可能不做 功力为零时场的情况 F 为零，B 不一定为零 F 为零， E 一定为零作用效果 只改变电荷运动的速度方向，不 改变速度大小 既可以改变电荷运动的速度大小， 也可以改变电荷运动的方向1 个示范例 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 2 4(2013安徽高考)图 82 4 中 10、 a、b、c、d 为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示一带正电的粒子从正方形中心 O 点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是()A向上 B向下C向左 D向右【解析】综合应用磁场的叠加原理、左手定则和安培定则解题由安培定则分别判断出四根通电导线在 O 点产生的磁感应强度的方向，再由磁场的叠加原理得出 O 点的合磁场方向向左，最后由左手定则可判断带电粒子所受的洛伦兹力方向向下，故选项 B 正确【答案】B1 个预测例 图 82 5带电粒子以初速度 a 点垂直 y 轴进入匀强磁场，如图 825 所示运动中粒子经过 b 点，b， 11、若撤去磁场加一个与 y 轴平行的匀强电场，仍以 a 点垂直 y 轴进入电场，粒子仍能过 b 点，那么电场强度 E 与磁感应强度 B 之比为()Av 0B1C2v 0题指导】解答该题应注意：(1)带电粒子在匀强磁场中运动轨迹为圆，其运动半径 r2)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动水平方向做匀速直线运动；竖直方向做匀加速直线运动【解析】带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，则由r 得 B ，带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，则有r ： E ，故 2v 0，C 正确12 12B【答案】68带电粒子在有界匀强磁场中的圆周运动分析一、运动特点带电粒子以垂直于磁场方向进入磁场，其轨迹是一段圆弧二、圆心的确定 12、1基本思路：与速度方向垂直的直线和图中弦的中垂线一定过圆心2两种常见情形(1)已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图 826 所示，图中 P 为入射点，M 为出射点) 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 2 6图 827(2)已知入射点、入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图 827 所示，P 为入射点， M 为出射点) 3带电粒子在不同边界磁场中的运动(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图 82 8)图 82 8 13、(2)平行边界(存在临界条件，如图 82 9)图 82 9(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图 82 10)图 8210三、半径的确定1做出带电粒子在磁场中运动的几何关系图2运用几何知识(勾股定理、正余弦定理、三角函数)通过数学方法求出半径的大小四、运动时间的确定粒子在磁场中运动一周的时间为 T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为 时，其运动时间由下式表示：t T(或 t T)360 21 个示范例 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 211(2013新课标全圈卷)如图 82 11，半径为 R 的圆是一圆柱形匀强磁场区域的横截面(纸面 )，磁感应强度大小为 B，方向垂直于纸面向外，一电荷量为 q(q0)、质量为 方向射入磁场区域，射入点。