高中物理復(fù)習(xí)講義第08章第02節(jié)

第二節(jié)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用第八章磁場(chǎng)一、洛倫茲力1．定義：______________電荷在磁場(chǎng)中所受的力．2．大小(1)v∥B時(shí)，F(xiàn)＝_____________.(2)v⊥B時(shí)，F(xiàn)＝____________.(3)v與B夾角為θ時(shí)，F(xiàn)＝_____________.運(yùn)動(dòng)0qvBqvBsinθ3．方向(1)判定方法：應(yīng)用左手定則，注意四指應(yīng)指向正電荷運(yùn)動(dòng)方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向．(2)方向特點(diǎn)：F⊥B，F(xiàn)⊥v.即F垂直于___________決定的平面．(注意B和v可以有任意夾角)．由于F始終____________v的方向，故洛倫茲力永不做功．B、v垂直于1.(單選)(2013·高考安徽卷)圖中a、b、c、d為四根與紙面垂直的長(zhǎng)直導(dǎo)線，其橫截面位于正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上，導(dǎo)線中通有大小相同的電流，方向如圖所示．一帶正電的粒子從正方形中心O點(diǎn)沿垂直于紙面的方向向外運(yùn)動(dòng)，它所受洛倫茲力的方向是(

)A．向上B．向下

C．向左

D．向右B二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1．若v∥B，帶電粒子以入射速度v做___________運(yùn)動(dòng)．2．若v⊥B，帶電粒子在垂直于磁感線的平面內(nèi)，以入射速度v做_______________運(yùn)動(dòng)．勻速直線勻速圓周A考點(diǎn)一洛倫茲力和電場(chǎng)力的比較

考點(diǎn)二

帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)三“磁偏轉(zhuǎn)”和“電偏轉(zhuǎn)”考點(diǎn)一洛倫茲力和電場(chǎng)力的比較1．洛倫茲力方向的特點(diǎn)(1)洛倫茲力的方向總是垂直于運(yùn)動(dòng)電荷速度方向和磁場(chǎng)方向確定的平面．(2)當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化時(shí)，洛倫茲力的方向也隨之變化．(3)左手判斷洛倫茲力方向，但一定分正、負(fù)電荷．2．洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較對(duì)應(yīng)力內(nèi)容項(xiàng)目洛倫茲力電場(chǎng)力產(chǎn)生條件大小力方向與場(chǎng)方向的關(guān)系v≠0且v不與B平行電荷處在電場(chǎng)中F＝qvB(v⊥B)F＝qE一定是F⊥B，F(xiàn)⊥v正電荷受力與電場(chǎng)方向相同，負(fù)電荷受力與電場(chǎng)方向相反對(duì)應(yīng)力內(nèi)容項(xiàng)目洛倫茲力電場(chǎng)力做功情況作用效果任何情況下都不做功可能做正功、負(fù)功，也可能不做功只改變電荷的速度方向，不改變速度大小既可以改變電荷的速度大小，也可以改變運(yùn)動(dòng)的方向(單選)(2015·北京東城區(qū)統(tǒng)測(cè))如圖所示，界面MN與水平地面之間有足夠大正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B和勻強(qiáng)電場(chǎng)E，磁感線和電場(chǎng)線都處在水平方向且互相垂直．在MN上方有一個(gè)帶正電的小球由靜止開始下落，經(jīng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)到達(dá)水平地面．若不計(jì)空氣阻力，小球在通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．小球做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)B．小球的電勢(shì)能保持不變C．洛倫茲力對(duì)小球做正功D．小球動(dòng)能的增量等于其電勢(shì)能和重力勢(shì)能減少量的總和D[解析]

帶電小球在剛進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)時(shí)受力如圖所示，則帶電小球進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)后做曲線運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗俣葧?huì)發(fā)生變化，洛倫茲力就會(huì)跟著變化，所以不可能是勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)電勢(shì)能公式Ep＝qφ，知只有帶電小球豎直向下做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，電勢(shì)能才保持不變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；洛倫茲力的方向始終和速度方向垂直，所以洛倫茲力不做功，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；從能量守恒角度分析，選項(xiàng)D正確．1.(單選)(2015·長(zhǎng)春模擬)如圖所示，把一個(gè)裝有Na2SO4導(dǎo)電溶液的圓形玻璃器皿放入磁場(chǎng)中，玻璃器皿的中心放一個(gè)圓柱形電極，沿器皿邊緣內(nèi)壁放一個(gè)圓環(huán)形電極，把兩電極分別與電池的正、負(fù)極相連．對(duì)于導(dǎo)電溶液中正、負(fù)離子的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．正、負(fù)離子均做逆時(shí)針?lè)较虻穆菪芜\(yùn)動(dòng)B．正、負(fù)離子均做順時(shí)針?lè)较虻穆菪芜\(yùn)動(dòng)C．正離子沿圓形玻璃器皿的半徑向邊緣內(nèi)壁移動(dòng)D．負(fù)離子做順時(shí)針?lè)较虻穆菪芜\(yùn)動(dòng)A解析：假設(shè)玻璃器皿的中心為正極，磁場(chǎng)方向向下，在電場(chǎng)力作用下，正離子沿半徑向邊緣運(yùn)動(dòng)，同時(shí)由于磁場(chǎng)的作用，沿逆時(shí)針做圓周運(yùn)動(dòng)；負(fù)離子沿半徑向中心運(yùn)動(dòng)，同時(shí)由于磁場(chǎng)的作用，沿逆時(shí)針做圓周運(yùn)動(dòng)．它們實(shí)際的運(yùn)動(dòng)都是螺旋線，只是正離子是半徑增大，負(fù)離子半徑減?。键c(diǎn)二帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1．圓心的確定(1)已知入射點(diǎn)、出射點(diǎn)、入射方向和出射方向時(shí)，可通過(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直于入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌跡的圓心(如圖甲所示，圖中P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn))．(2)已知入射方向、入射點(diǎn)和出射點(diǎn)的位置時(shí)，可以通過(guò)入射點(diǎn)作入射方向的垂線，連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，作其中垂線，這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌跡的圓心(如圖乙所示，P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn))．2．半徑的確定可利用物理學(xué)公式或幾何知識(shí)(勾股定理、三角函數(shù)等)求出半徑大?。瓸[總結(jié)提升]求解粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的步驟：(1)畫軌跡：即確定圓心，畫出運(yùn)動(dòng)軌跡．(2)找聯(lián)系：軌跡半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)速度的聯(lián)系，偏轉(zhuǎn)角度與圓心角、運(yùn)動(dòng)時(shí)間的聯(lián)系，在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與周期的聯(lián)系．(3)用規(guī)律：即牛頓運(yùn)動(dòng)定律和圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，特別是周期公式、半徑公式．C考點(diǎn)三“磁偏轉(zhuǎn)”和“電偏轉(zhuǎn)”

勻強(qiáng)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生條件受力特征運(yùn)動(dòng)性質(zhì)軌跡動(dòng)能變化處理方法帶電粒子以速度v0垂直射入勻強(qiáng)電場(chǎng)帶電粒子以速度v0垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)只受恒定的電場(chǎng)力F＝Eq，方向與初速度方向垂直只受大小恒定的洛倫茲力F＝qv0B，方向始終與速度方向垂直勻變速曲線運(yùn)動(dòng)(類平拋)勻速圓周運(yùn)動(dòng)拋物線圓或圓弧動(dòng)能增大動(dòng)能不變運(yùn)動(dòng)的合成和分解勻速圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)規(guī)律[思路點(diǎn)撥]

(1)粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？用什么知識(shí)求解？(2)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)？用什么知識(shí)求解？3.(多選)如圖所示，空間的某一區(qū)域存在著相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶電粒子以某一初速度由A點(diǎn)進(jìn)入這個(gè)區(qū)域沿直線運(yùn)動(dòng)，從C點(diǎn)離開區(qū)域；如果將磁場(chǎng)撤去，其他條件不變，則粒子從B點(diǎn)離開場(chǎng)區(qū)；如果將電場(chǎng)撤去，其他條件不變，則這個(gè)粒子從D點(diǎn)離開場(chǎng)區(qū)．已知BC＝CD，設(shè)粒子在上述三種情況下，從A到B、從A到C和從A到D所用的時(shí)間分別是t1、t2和t3，離開三點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能分別是Ek1、Ek2、Ek3，粒子重力忽略不計(jì)，以下關(guān)系正確的是(

)A．t1＝t2<t3

B．t1<t2＝t3C．Ek1>Ek2＝Ek3D．Ek1＝Ek2<Ek3AC解析：當(dāng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)同時(shí)存在時(shí)，粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)qE＝qvB；當(dāng)只有電場(chǎng)時(shí)，粒子從B點(diǎn)射出，做類平拋運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)的合成與分解可知，水平方向?yàn)閯蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，所以t1＝t2；當(dāng)只有磁場(chǎng)時(shí)，粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，速度大小不變，但路程變長(zhǎng)，則t2<t3，因此A選項(xiàng)正確．粒子從B點(diǎn)射出時(shí)，電場(chǎng)力做正功，動(dòng)能變大，故C選項(xiàng)正確．方法技巧——帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的臨界和極值問(wèn)題帶電粒子進(jìn)入有界磁場(chǎng)區(qū)域，一般存在臨界問(wèn)題(或邊界問(wèn)題)以及極值問(wèn)題．解決這類問(wèn)題的方法思路如下：(1)直接分析、討論臨界狀態(tài)，找出臨界條件，從而通過(guò)臨界條件求出臨界值．(2)以定理、定律為依據(jù)，首先求出所研究問(wèn)題的一般規(guī)律和一般解的形式，然后再分析、討論臨界條件下的特殊規(guī)律和特殊解．(18分)(2015·沈陽(yáng)質(zhì)量檢測(cè))如圖所示，在屏蔽裝置底部中心位置O點(diǎn)放一醫(yī)用放射源，可通過(guò)細(xì)縫沿扇形區(qū)域向外輻射速率為v＝3.2×106m/s的

α粒子．已知屏蔽裝置寬AB＝9cm，縫長(zhǎng)AD＝18cm，α粒子的質(zhì)量m＝6.64×10－27kg，電荷量q＝3.2×10－19C.若在屏蔽裝置右側(cè)條形區(qū)域內(nèi)加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)來(lái)隔離輻射，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.332T，方向垂直于紙面向里，整個(gè)裝置放于真空環(huán)境中．(1)若所有的α粒子均不能從條形磁場(chǎng)隔離區(qū)的右側(cè)穿出，則磁場(chǎng)的寬度d至少是多少？(2)若條形磁場(chǎng)的寬度d＝20cm，則射出屏蔽裝置的α粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間和最短時(shí)間各是多少？(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)[審題點(diǎn)睛]

(1)判斷α粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)方向；計(jì)算α粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑．(2)采取作圖法找α粒子軌跡的右邊界，確定第(1)問(wèn)中的臨界條件．(3)在α粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相同、圓半徑相同的條件下，運(yùn)動(dòng)時(shí)間與圓弧所對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)有關(guān)．找到最長(zhǎng)弦和最短弦對(duì)應(yīng)的圓心角即可求解第(2)問(wèn)中的問(wèn)題．甲乙[答案]

(1)0.34m

(2)2.0×10－7s

6.5×10－8s