高考物理复习方案 第2讲 磁场对运动电荷的作用

高考物理复习方案 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 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： 手定 则(2)方向特点：FB，Fv。 即 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F ， 为 v 与 B 的夹角，如图 821 所示。 图 821(1)vB 时， 0或 180，洛伦兹力 F0。 (2)vB 时， 90，洛伦兹力 F3)v0 时，洛伦兹力 F0。 1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，洛伦兹力对运动电荷永不做功，而安培力对通电导线，可做正功，可做负 2、功，也可不做功。 2洛伦兹力方向的特点(1)洛伦兹力的方向与电荷运动的方向和磁场方向都垂直，即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化时，洛伦兹力的方向也随之变化。 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (3)用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时，要注意将四指指向电荷运动的反方向。 3洛伦兹力与电场力的比较对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 F(vB) FB ，F v，与电荷电性无关正电荷与电场方向相同，负电 3、荷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 F 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以下说法正确的是()A电荷处于电场中一定受到电场力B运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力C洛伦兹力对运动电荷一定不做功D洛伦兹力可以改变运动电荷的速度方向和速度大小解析：选 荷处在电场中一定受到电场力作用，A 正确；当运动电荷速度方向与磁场平行时不受洛伦兹力，B 项错误；洛伦兹力与电荷运动速度时刻垂直不做功，只改变速度的方向，不改变速度的大小，C 项正 4、确，D 项错误。 带电粒子在匀强磁场中的运动(1)若 vB，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做匀速直线 运动。 (2)若 vB，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 做匀速圆周运动。 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 向心力由洛伦兹力提供：；道半径公式：R ；期：T ；( 周期 T 与速度 v、轨道半径 R 无关)2率：f ；1T 速度：。 2T 电粒子在有理想边界的匀强磁场中的运动带电粒子在有理想边界的匀强磁场中做匀速圆周运动，其运动规律是洛伦兹力做向心力，解题的关键是画粒子运动的示意图，确定圆心、半径及圆心角。 (1)圆心的确定：已知入射点、出射点、入射方向和出射 5、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 822 甲所示，图中 P 为入射点，M 为出射点 )。 图 822已知入射方向、入射点和出射点的位置时，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(如图乙所示， 为出射点)。 (2)半径的确定：用几何知识求出半径大小。 (3)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，其运动时间为：t T(或 t T)；2 360速度为 v 的粒子在磁场中运动的弧长为 s 时，其运动时间为：光世昌老师高中物理精品 6、资源免费下载地址。 )常见的几种情形：直线边界：进出磁场具有对称性，如图 823 所示。 图 823平行边界：存在临界条件，如图 824 所示。 图 824圆形边界：沿径向射入必沿径向射出，如图 825 所示。 图 825(5)三步法解题：画轨迹：即确定圆心，用几何方法求半径并画出运动轨迹。 找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角、入射方向、出射方向相联系，在磁场中运动的时间与周期相联系。 用规律：即牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期公式和半径公式。 2带电粒子在匀强磁场中运动的多解问题图 826(1)带电粒子电性不确定形成多解：受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电，也可能带 7、负电，在相同的初速度的条件下，正、负粒子在磁场中运动的轨迹不同，形成多解。 如光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 26 所示，带电粒子以速度 v 垂直进入匀强磁场，如果带正电，其轨迹为 a；如果带负电，其轨迹为 b。 图 827(2)磁场方向不确定形成多解：有些题目只告诉了磁感应强度的大小，而未具体指出磁感应强度的方向，此时必须考虑因磁感应强度方向不确定而形成的多解。 如图 827 所示，带正电粒子以速率 v 垂直进入匀强磁场，如果 B 垂直于纸面向里，其轨迹为 a；如果B 垂直于纸面向外，其轨迹为 b。 图 828(3)临界状态不唯一形成多解：带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，由于粒子运动 8、轨迹是圆弧状，因此，它可能穿过去了，也可能转过 180从入射界面这边反向飞出，如图 828 所示，于是形成了多解。 (4)运动的周期性形成多解：带电粒子在磁场或部分是电场、部分是磁场的空间运动时，运动往往具有周期性，从而形成多解，如图 829 所示。 图 8292长为 L 的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图 8210 所示，磁感应强度为 B，板间距离也为 L，板不带电，现有质量为 m、电荷量为 q 的带正电粒子(不计重力)，从左边极板间中点处垂直磁感线以速度 v 水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是()光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 210A使粒子的速度 粒子的速度 9、 v粒子的速度 m 即 L，所以 v ，故 A、B 正确，L4 错误。 对洛伦兹力的理解命题分析 洛伦兹力公式在考纲中属级要求，常以选择题形式命题。 例 1带电荷量为q 的粒子在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是 ()A只要速度大小相同，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，则洛伦兹力的大小和方向均不变C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粒子只受到洛伦兹力作用时，运动的速度、动能均不变解析带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力，既与速度的大小有关，还与速度的方向有关，速度大小相同，洛伦兹力不一定相同，A 错；由洛伦兹力公式及左手定则可知 B 项正确；洛 10、伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，但磁场方向与电荷运动方向不一定垂直，C 项错误；粒子只受到洛伦兹力作用，动能不改变，但速度的方向要改变，D 项错误。 答案B 1洛伦兹力的大小与磁场的强弱、电量的大小、速度的大小和速度方向与磁场方向的夹角都有关。 2洛伦兹力的方向用左手定则判断，与磁场方向、带电粒子的速度方向及带电粒子的电性都有关。 3洛伦兹力一定与运动方向垂直，始终不做功，不改变速度大小，只改变速度方向。 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 变式训练初速度为 电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图 8211 所示，则()图 8211A电子将向右偏转，速率不 11、变B电子将向左偏转，速率改变C电子将向左偏转，速率不变D电子将向右偏转，速率改变解析：选 A由右手定则判定直线电流右侧磁场的方向垂直纸面向里， 再根据左手定则判定电子所受洛伦兹力向右，所以电子向右偏，由于洛伦兹力不做功，电子动能不变，即速率不变。 带电粒子在匀强磁场中的运动命题分析 本考点是历年高考的热点，特别是带电粒子在有界磁场中运动的临界问题，考查以综合计算为主，也有选择题出现。 例 2一足够长的矩形区域 充满磁感应强度为 B，方向垂直纸面向里的匀强磁场，矩形区域的左边界 为 L，现从 点 O 垂直于磁场射入一带电粒子，速度大小为 向与 夹角为 30，如图 8212 所示。 已知粒子的电荷量为 12、q，质量为m(重力不计)。 图 8212(1)若粒子带负电，且恰能从 d 点射出磁场，求 大小。 (2)若粒子带正电，使粒子能从 射出磁场，求 取值范围及粒子在磁场中运动的最长时间是多少。 思维流程第一步：抓信息关键点光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (1)粒子带负电从 d 点射出 粒子向左下方偏转， 弦(2)粒子带正电从 出 粒子向右上方偏转，画出两个临界圆第二步：找解题突破口当粒子带负电且从 d 点射出时，欲求 需确定圆心，画出圆求得半径；当粒子带正电时，画出与 、相切的圆，求出半径范围，进而求出 取值范围。 第三步：条理作答解析 (1)若粒子带负电，且恰能从 d 点射出，如图所示 30由 13、几何关系得 R 得。 )若粒子带正电，由于磁场边界的限制，粒子从 出磁场时速度有一定范围。 当 最小值 ，粒子径迹恰与相切；当 最大值 ，粒子径迹恰与 相切。 轨迹示意图见右图。 当 最小值 ，有：R 1R 10 L，12由轨道半径公式 Rmv/：v 13m；当 最大值 ，有：R 2R 20 ，mv/：v 2m。 所以带电粒子从磁场中 射出时，其速度范围应为：l，这些粒子在磁场中的偏角均小于 60，在磁场中的运动时间 t t 5 “芯”技法“对称法”在带电粒子圆周运动中的应用1 “对称法”在单边界磁场中的应用带电粒子进出单边界磁场具有对称性，入射点和出射点间连接弦的中垂线就是偏转轨迹的对称轴。 具体应用如下： 2 电 荷 性 质 ， 入 射 点 ，出 射 点 ， 入 射 角 度 确 定 偏 转 方 向 ， 连 接弦 及 圆 心 所 在 直 线 出 射 角 度。