高考物理一轮复习第八章磁场第2讲磁吃运动电荷的作用教案.doc

《高考物理一轮复习第八章磁场第2讲磁吃运动电荷的作用教案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习第八章磁场第2讲磁吃运动电荷的作用教案.doc（15页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、- 1 - / 15【2019【2019 最新最新】精选高考物理一轮复习第八章磁场第精选高考物理一轮复习第八章磁场第 2 2 讲磁吃讲磁吃运动电荷的作用教案运动电荷的作用教案知识点一 洛伦兹力1.洛伦兹力磁场对 的作用力叫做洛伦兹力.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：FB，Fv，即 F 垂直于 B 和 v 决定的 .3.洛伦兹力的大小(1)vB 时，洛伦兹力 F (0或 180).(2)vB 时，洛伦兹力 F (90).(3)v0 时，洛伦兹力 F .答案：1.运动电荷 2.(1)垂直 反

2、方向 洛伦兹力 (2)平面 3.(1)0 (2)qvB (3)0知识点二 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 ，或者说，洛伦兹力对带电粒子 .2.粒子的运动性质(1)若 v0B，则粒子 ，在磁场中做 .(2)若 v0B，则带电粒子在匀强磁场中做 .- 2 - / 153.半径和周期公式(1)由 qvB ，得 r .(2)由 v，得 T .答案：1.大小 不做功 2.(1)不受洛伦兹力 匀速直线运动 (2)匀速圆周运动 3.(1)m (2)2m qB(1)带电粒子在磁场中运动时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

3、度方向不垂直.( )(3)根据公式 T，说明带电粒子在匀强磁场中的运动周期 T 与 v成反比.( )(4)由于安培力是洛伦兹力的宏观表现，所以洛伦兹力也可能做功.( )(5)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.( )(6)带电粒子在电场越强的地方受电场力越大，同理带电粒子在磁场越强的地方受磁场力越大.( )答案：(1) (2) (3) (4) (5) (6) 考点 对洛伦兹力的理解1.洛伦兹力方向的特点洛伦兹力的方向与电荷运动的方向和磁场方向都垂直，即洛伦兹力的方向是垂直于电荷运动方向和磁场方向确定的平面，但粒子速度方向与磁场方向不一定垂直.2.洛伦兹力的作用

4、效果(1)洛伦兹力对带电粒子运动状态的影响因洛伦兹力始终与带电粒子的运动方向垂直，所以洛伦兹力只改- 3 - / 15变粒子的速度方向，而不改变其速度的大小.如果没有其他外力作用，带电粒子将在磁场中做速度不变的曲线运动.(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.如果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.3.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，可做负功，也可不做功.

5、考向 1 洛伦兹力方向的判断典例 1 图中 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 a、b、c、d 四根导线上电流大小相同，它们在 O 点形成的磁场的磁感应强度 B 大小相同，方向如图甲所示.O 点合磁场方向如图乙所示，则由 O 点垂直纸面向外运动的带正电的粒子所受洛伦兹力方向据左手定则可以判定向下，B 选项正确.甲 乙答案 B考向 2 带电粒子在洛伦兹力作用下的运动典例 2 (多选)如

6、图所示，匀强磁场的方向竖直向下，磁场中- 4 - / 15有光滑的水平桌面，在桌面上平放着内壁光滑、底部有带电小球的试管，在水平拉力 F 的作用下，试管向右匀速运动，带电小球能从试管口处飞出，则( )A.小球带负电B.小球运动的轨迹是一条抛物线C.洛伦兹力对小球做正功D.维持试管匀速运动的拉力 F 应逐渐增大解题指导 小球的运动可分解为水平向右的匀速直线运动和水平向里的运动.由于水平向里的洛伦兹力不变，所以小球水平向里做匀加速直线运动.解析 小球能从管口处飞出，说明小球受到指向管口的洛伦兹力，根据左手定则判断，小球带正电，故 A 错误.设试管运动速度为v1，小球垂直于试管向右的分运动是匀速直线

7、运动，小球沿试管方向受到洛伦兹力的分力 F1qv1B，q、v1、B 均不变，F1 不变，则小球沿试管做匀加速直线运动，与平抛运动类似，小球运动的轨迹是一条抛物线，故 B 正确.洛伦兹力总是与速度垂直，不做功，故 C 错误.设小球沿试管的分速度大小为 v2，则小球受到垂直试管向左的洛伦兹力的分力 F2qv2B，v2 增大，则 F2 增大，而拉力 FF2，则 F 逐渐增大，故 D 正确.答案 BD洛伦兹力对运动电荷(或带电体)不做功，不改变速度的大小，但它可改变运动电荷(或带电体)速度的方向，改变带电体所受其他力的大小和带电体的运动，反过来洛伦兹力也发生改变，因此要注意应用动态变化的观点解决该类问

8、题.考点 带电粒子在匀强磁场中运动- 5 - / 151.圆心的确定(1)已知入射点、出射点、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(如图甲所示，图中 P 为入射点，M 为出射点).甲 乙(2)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迹的圆心(如图乙所示，图中 P 为入射点，M 为出射点).2.半径的确定(1)用几何知识求半径，一般称为几何半径，通常构建三角形，利用三角函数或勾股定理求解.(2)用物理知识求半径，即根据 qvBm，得出

9、 r，一般称为物理半径.3.运动时间的确定(1)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 tT.(2)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t.考向 1 轨道半径和周期的计算典例 3 (多选)有两个匀强磁场区域和，中的磁感应强度是中的 k 倍.两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动.与中运动的电子相比，中的电子( )A.运动轨迹的半径是中的 k 倍B.加速度的大小是中的 k 倍- 6 - / 15C.做圆周运动的周期是中的 k 倍D.做圆周运动的角速度与中的相等解析 两速率相同的电子在两匀强磁场中做匀速圆周运动，且磁场磁感

10、应强度 B1 是磁场磁感应强度 B2 的 k 倍.A：由 qvB得 r，即中电子运动轨迹的半径是中的 k 倍，选项 A 正确.B：由 F 合ma 得 aB，所以，选项 B 错误.C：由 T得 Tr，所以k，选项 C 正确.D：由 得，选项 D 错误.正确选项为 A、C.答案 AC考向 2 运动时间的计算典例 4 (多选)如图所示，两个匀强磁场方向相同，磁感应强度分别为 B1、B2，虚线 MN 为理想边界.现有一个质量为 m、电荷量为e 的电子以垂直于边界 MN 的速度 v 由 P 点沿垂直于磁场的方向射入磁感应强度为 B1 的匀强磁场中，其运动轨迹为图中虚线所示的心形图线.则以下说法正确的是(

11、 )A.电子的运动轨迹为 PDMCNEPB.电子运动一周回到 P 点所用的时间 T2m B1eC.B14B2D.B12B2解析 由左手定则可判定电子在 P 点受到的洛伦兹力方向向上，轨迹为 PDMCNEP，A 正确；由题图得两个磁场中半圆轨迹的半径之比为 12，由 r可得磁感应强度之比21，电子运动一周所用的时间 tT1，B、C 错误，D 正确.- 7 - / 15答案 AD带电粒子在无边界磁场中运动的解题技巧(1)若磁场范围足够大，粒子在运动过程中没有离开磁场，称为无边界磁场.(2)解答此类问题应充分利用轨迹半径公式和周期公式，从而顺利地判断其他物理量.考点 带电粒子在直线边界磁场中运动考向

12、 1 直线边界磁场(进出磁场具有对称性，如图所示)甲 乙丙典例 5 (多选)如图所示，在平板 PQ 上方有一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里.某时刻有 a、b、c 三个电子(不计重力)分别以大小相等、方向如图所示的初速度 va、vb 和 vc 经过平板 PQ 上的小孔O 射入匀强磁场.这三个电子打到平板 PQ 上的位置到小孔 O 的距离分别是 la、lb和 lc，电子在磁场中运动的时间分别为 ta、tb 和 tc，整个装置放在真空中，则下列判断正确的是( )B.latbtcC.tatbtc，所以 B、C 错误，A、D 正确.答案 AD考向 2 平行边界磁场(存在临界条件，如图所示)甲 乙 丙-

13、8 - / 15典例 6 如图所示，竖直线 MNPQ，MN 与 PQ 间距离为 a，其间存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为 B，O 是 MN 上一点，O 处有一粒子源，某时刻放出大量速率均为 v(方向均垂直磁场方向)、比荷一定的带负电粒子(粒子重力及粒子间的相互作用力不计)，已知沿图中与 MN 成 60角射出的粒子恰好垂直 PQ 射出磁场，则粒子在磁场中运动的最长时间为( )B. A. D.C. 2a v解析 当 60时，粒子的运动轨迹如图甲所示，则aRsin 30，即 R2a.设带电粒子在磁场中运动轨迹所对的圆心角为 ，则其在磁场中运行的时间为 tT，即 越大，粒子在磁场中运动的时间越

14、长， 最大时粒子的运行轨迹恰好与磁场的右边界相切，如图乙所示，因 R2a，此时圆心角 m 为 120，即最长运行时间为，而 T，所以粒子在磁场中运动的最长时间为，C 正确.甲 乙答案 C考向 3 三角形边界磁场典例 7 如图所示，ABC 为与匀强磁场(方向垂直纸面向外)垂直的边长为 a 的等边三角形，比荷为的电子以速度 v0 从 A 点沿 AB边入射，欲使电子经过 BC 边，磁感应强度 B 的取值为( )B.B 2mv0 aeD.B3mv0ae解析 由题意，如图所示，电子正好经过 C 点，此时圆周运动的半径 R，要想电子从 BC 边经过，电子做圆周运动的半径要- 9 - / 15大于，由带电粒

15、子在磁场中运动的公式 r有0)、质量为 m 的粒子沿平行于直径 ab 的方向射入磁场区域，射入点与 ab 的距离为.已知粒子射出磁场与射入磁场时运动方向间的夹角为 60，则粒子的速率为(不计重力)( )B. A. D.C. 2qBR m- 11 - / 15解析 作出粒子运动轨迹如图中实线所示.因 P 到 ab 距离为，可知 30.因粒子速度方向改变 60，可知转过的圆心角260.由图中几何关系有 tan Rcos ，解得 rR.再由Bqvm 可得 v，故 B 正确.答案 B考向 3 带电粒子沿不同方向入射典例 11 如图所示，在半径为 R 的圆形区域内充满磁感应强度为 B 的匀强磁场，MN

16、是一竖直放置的感光板.从圆形磁场最高点 P 垂直磁场射入大量的带正电、电荷量为 q、质量为 m、速度为 v 的粒子，不考虑粒子间的相互作用力，关于这些粒子的运动，以下说法正确的是( )A.只要对着圆心入射，出射后均可垂直打在 MN 上B.对着圆心入射的粒子，其出射方向的反向延长线不一定过圆心C.对着圆心入射的粒子，速度越大在磁场中通过的弧长越长，时间也越长D.只要速度满足 v，沿不同方向入射的粒子出射后均可垂直打在 MN 上解析 对着圆心入射的粒子，出射后不一定垂直打在 MN 上，与粒子的速度有关，故 A 错误；带电粒子的运动轨迹是圆弧，根据几何知识可知，对着圆心入射的粒子，其出射方向的反向延

17、长线也一定过圆心，故 B 错误；对着圆心入射的粒子，速度越大，在磁场中的轨迹半径越大，弧长越长，轨迹对应的圆心角越小，由 tT 知，运动时间 t 越小，故 C 错误；速度满足 v时，轨道半径 rR，入射点、出射点、O 点与轨迹的圆心构成菱形，射出磁场时的轨迹半径与最高点的磁场半径平行，粒子一定垂直打在 MN 板上，故 D 正确.- 12 - / 15答案 D带电粒子在圆形有界磁场中运动的结论(1)若入射速度沿半径方向，则出射速度反向延长线必过圆心.(2)若粒子做圆周运动的轨道半径与圆形磁场的半径相等，则从同一点沿不同方向入射的粒子出射方向相同.(3)同种粒子在圆形有界磁场中运动的时间与轨迹长短

18、无关，由圆弧所对的圆心角决定.1.洛伦兹力的方向如图所示是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿 x 轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线向下(z 轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是( )A.加一磁场，磁场方向沿 z 轴负方向B.加一磁场，磁场方向沿 y 轴正方向C.加一电场，电场方向沿 z 轴负方向D.加一电场，电场方向沿 y 轴正方向答案：B 解析：若加一磁场，要使荧光屏上的亮线向下偏转，即使电子所受的洛伦兹力方向向下，电子运动方向沿 x 轴正方向，由左手定则可知，磁场方向应沿 y 轴正方向，所以选项 A 错，B 对；若加一电场，电子应受到向下的静电力作用

19、，故电场方向沿 z 轴正方向，选项 C、D 均错.2.洛伦兹力的大小如图所示，一带电塑料小球质量为 m，用丝线悬挂于 O 点，并在竖直平面内摆动，最大摆角为 60，水平磁场垂直于小球摆动的平面.当小球自左方摆到最低点时，悬线上的张力恰为零，则小球自右方最大摆角处摆到最低点时悬线上的张力为( )A.0 B.2mg C.4mg D.6mg答案：C 解析：小球由最高点到最低点的过程中，mgL(1cos - 13 - / 1560)mv2，小球自左方运动到最低点时悬线上张力为零，由圆周运动知识可知，qvBmgm；整个过程中，机械能守恒，故小球经过最低点时速度大小不变，自右经过最低点时，洛伦兹力方向改变

20、，TqvBmgm，解以上三式可得：T4mg，C 项正确.3.带电粒子在圆形有界磁场中运动如图所示，半径为 R 的圆形区域内有一垂直纸面向里的匀强磁场，P 为磁场边界上的一点.大量质量为 m、电荷量为 q 的带正电粒子，在纸面内沿各个方向以相同速率v 从 P 点射入磁场.这些粒子射出磁场时的位置均位于 PQ 圆弧上，PQ 圆弧长等于磁场边界周长的.不计粒子重力和粒子间的相互作用，则该匀强磁场的磁感应强度大小为( )B. A.D.C.2 3mv3qR答案：D 解析：这些粒子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律可得 qvB.从 Q 点离开磁场的粒子是这些粒子中离开磁场时离P 点最远的粒子，所以 P

21、Q 为从 Q 点离开磁场的粒子的轨迹圆弧的直径，由图中几何关系可知，该粒子轨迹圆的圆心 O、磁场边界圆的圆心O 和点 P 形成一个直角三角形，由几何关系可得，rRsin 60R.联立解得 B，选项 D 正确.4.带电粒子在直线边界磁场中运动(多选)如图所示，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，最后打到屏 P 上.不计重力.下列说法正确的有( )A.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- 14 - / 15D.a 在 P 上的落点与 O 点的距离比 b 的近答案：AD 解析：因离子均向下偏转打到屏

22、 P 上，根据左手定则可知 a、b 均带正电，A 项正确.又因 a、b 为同种离子，m、q 均相同，由 R，T，可知它们的轨道半径 R 与周期 T 也均相同.而 a 离子的轨迹是一段优弧，b 离子的轨迹是一个半圆，a 的路程比 b 的路程长，飞行时间也比 b 的飞行时间长，故 B、C 项均错误.b 在 P 上的落点到O 点的距离等于圆轨迹的直径，说明 b 的落点离 O 点最远，故 D 项正确.5.带电粒子在矩形有界磁场中运动(多选)如图所示，在0xb、0ya 的长方形区域中有一磁感应强度大小为 B 的匀强磁场，磁场的方向垂直于 xOy 平面向外.O 处有一粒子源，在某时刻发射大量质量为 m、电

23、荷量为 q 的带正电粒子，它们的速度大小相同，速度方向均在 xOy 平面内的第一象限内.已知粒子在磁场中做圆周运动的周期为 T，最先从磁场上边界中飞出的粒子经历的时间为，最后从磁场中飞出的粒子经历的时间为.不计粒子的重力及粒子间的相互作用，则( )A.粒子射入磁场的速度大小 v2qBa mB.粒子做圆周运动的半径 r2aC.长方形区域的边长满足关系1D.长方形区域的边长满足关系2答案：ABC 解析：当速度方向沿 y 轴正方向时，时间最短，如图甲，此时圆弧所对的圆心角为 30，由几何关系知 r2a，所以v，A、B 正确；当粒子的轨迹与上边界相切时，时间最长，由图乙可知OCA，设最后离开磁场的发射方向与 y 轴正方向的夹角为，由几何关系得 rsin ra，得 sin 1，30，- 15 - / 15由图乙可得 brsin rcos aa(1)a，所以1，C 正确，D 错误.甲 乙