2020高考物理一轮总复习 第九章 磁场 基础课2 磁场对运动电荷的作用课件 新人教版

第九章磁场磁场对运动电荷的作用栏目导航1234板块一双基巩固板块二考点突破板块三素养培优板块四跟踪检测双基巩固固双基、明易错、强化记忆板块一填一填|——知识体系一、洛伦兹力、洛伦兹力的方向和大小1．洛伦兹力：磁场对____________的作用力．运动电荷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：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的____________.垂直反方向洛伦兹力平面3．洛伦兹力的大小(1)v∥B时，洛伦兹力F＝____________.(θ＝0°或180°)(2)v⊥B时，洛伦兹力F＝____________.(θ＝90°)(3)v＝0时，洛伦兹力F＝____________.0qvB0二、带电粒子在匀强磁场中的运动1．若v∥B，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做____________运动．2．若v⊥B，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___________运动．如下图，带电粒子在磁场中，①中粒子做____________运动，②中粒子做____________运动，③中粒子做____________运动．匀速直线匀速圆周匀速圆周匀速直线匀速圆周3．半径和周期公式：(v⊥B)判一判|——易混易错(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．()(3)洛伦兹力的方向一定与磁感应强度方向垂直．()(4)根据公式T＝2πrv，说明带电粒子在匀强磁场中的运动周期T与v成反比．()××√×(5)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．()(6)带电粒子在同一磁场中运动只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同．()(7)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．()(8)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．()××√×记一记|——规律结论1．带电粒子在磁场中运动时，不一定受洛伦兹力作用，但在电场中一定受电场力．2．公式F洛＝qvB只适用于速度和磁感应强度相垂直的情况．3．应用带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时的半径和周期公式时，一定要进行推导，不能直接应用．4．解决带电粒子在磁场中运动的基本思路：圆心的确定→半径的确定和计算→运动时间的确定．5．粒子速度垂直于磁场时，做匀速圆周运动：R＝mvqB，T＝2πmqB(周期与速率无关)．考点突破记要点、练高分、考点通关板块二考点一对洛伦兹力的理解——自主练透|记要点|1．洛伦兹力的特点(1)洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷的速度方向和磁场方向共同确定的平面，所以洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，即洛伦兹力永不做功．(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．(3)用左手定则判断负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时，要注意将四指指向负电荷运动的反方向．2．洛伦兹力与安培力的联系及区别(1)安培力是洛伦兹力的宏观表现，二者是相同性质的力．(2)安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功．|练高分|1．在北半球，地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下(以“×”表示)．如果你家中电视机显像管的位置恰好处于南北方向，那么由南向北射出的电子束在地磁场的作用下将向哪个方向偏转()A．不偏转B．向东C．向西D．无法判断解析：选B根据左手定则可判断由南向北运动的电子束所受洛伦兹力方向向东，因此电子束向东偏转，故选项B正确．2．如图所示，表面粗糙的绝缘斜面固定于水平地面上，并处于方向垂直纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出)中，质量为m、电荷量为＋Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑．在滑块下滑的过程中，下列判断正确的是()A．滑块受到的摩擦力不变B．滑块到达斜面底端时的动能与B的大小无关C．B很大时，滑块最终可能静止于斜面上D．滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面并指向斜面解析：选D小滑块向下运动的过程中受到重力、垂直斜面向下的洛伦兹力、斜面的支持力和摩擦力，向下运动的过程中，速度增大，洛伦兹力增大，支持力增大，滑动摩擦力增大，选项A错误，D正确；B的大小不同，洛伦兹力的大小不同，导致滑动摩擦力大小不同，根据动能定理，摩擦力做功不同，滑块到达斜面底端的动能不同，选项B错误；滑块之所以开始时能由静止下滑，是因为重力沿斜面向下的分力大于摩擦力，B很大时，滑块一旦运动，不会停止，最终当滑块受到的摩擦力等于重力沿斜面的分力时做匀速直线运动，选项C错误．3．(多选)带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场，恰做匀速直线运动，如图所示，若油滴质量为m,磁感应强度为B，则下述说法正确的是()A．油滴必带正电荷，电荷量为mgv0BB．油滴必带正电荷，比荷qm＝gv0BC．油滴必带负电荷，电荷量为mgv0BD．油滴带什么电荷都可以，只要满足q＝mgv0B解析：选AB油滴水平向右匀速运动，其所受洛伦兹力必向上，与重力平衡，故带正电，其电荷量q＝mgv0B，油滴的比荷为qm＝gBv0，选项A、B正确．考点二带电粒子在匀强磁场中的运动——师生共研|记要点|1．带电粒子在匀强磁场中圆周运动分析(1)圆心的确定方法方法一：若已知粒子轨迹上的两点的速度方向，则可根据洛伦兹力F⊥v，分别确定两点处洛伦兹力F的方向，其交点即为圆心，如图(a)；方法二：若已知粒子运动轨迹上的两点和其中某一点的速度方向，则可作出此两点的连线(即过这两点的圆弧的弦)的中垂线，中垂线与速度垂线的交点即为圆心，如图(b)．(2)半径的计算方法方法一：由物理方法求：半径R＝mvqB；方法二：由几何方法求：一般由数学知识(勾股定理、三角函数等)计算来确定．(3)时间的计算方法方法一：由圆心角求：t＝θ2π·T；方法二：由弧长求：t＝sv.速度的偏向角φ等于圆弧所对应的圆心角θ；圆弧所对应的圆心角(回旋角)θ＝2α(α为弦切角)，如图(c)所示．2．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，如图所示)．(2)平行边界(存在临界条件，如图所示)．(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图所示)．|析典例|【例】如图甲所示有界匀强磁场Ⅰ的宽度与图乙所示圆形匀强磁场Ⅱ的半径相等，一不计重力的粒子从左边界的M点以一定初速度水平向右垂直射入磁场Ⅰ，从右边界射出时速度方向偏转了θ角；该粒子以同样的初速度沿半径方向垂直射入磁场Ⅱ，射出磁场时速度方向偏转了2θ角．已知磁场Ⅰ、Ⅱ的磁感应强度大小分别为B1、B2，则B1与B2的比值为()A．2cosθB．sinθC．cosθD．tanθ[思路点拨]解此题要注意两点：(1)根据带电粒子进入磁场和射出磁场的特点画出运动轨迹图；(2)根据边角关系结合半径表达式求解．[解析]设有界磁场Ⅰ宽度为d，则粒子在磁场Ⅰ和磁场Ⅱ中的运动轨迹分别如图甲、乙所示，由洛伦兹力提供向心力知Bqv＝mv2r，得B＝mvrq，由几何关系知d＝r1sinθ，d＝r2tanθ，联立得B1B2＝cosθ，选项C正确．[答案]C|反思总结|带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析方法|练高分|1．(多选)(2018届甘肃兰州高三诊断考试)如图所示，空间存在四分之一圆形磁场区域，半径为R，磁感应强度为B，磁场方向垂直纸面向外．质量为m，电荷量为q的电子，以初速度v从圆心O沿OC方向射入磁场，恰好由A点射出．要使电子从弧AD之间射出，弧AD是弧DC长度的2倍，则电子从O点射入的初速度可能是(不计电子的重力)()A.v2B.3v2C.4v3D.5v2解析：选BC分别画出电子从A点和D点离开磁场时的轨迹图，电子恰好由A点离开磁场，则电子的轨迹半径大小为r1＝R2，由牛顿第二定律可得qBv＝mv2r1，解得R＝2mvqB；电子恰好由D点离开磁场时，由几何关系可知电子的轨迹圆心恰好在A点，此时电子的轨迹半径为r2＝R，由牛顿第二定律可得qBv′＝mv′2r2，解得v′＝2v.由以上分析可知，欲使电子从弧AD之间离开磁场，初速度应满足vv02v，则B、C正确，A、D错误．2．如图所示，三个速度大小不同的同种带电粒子(重力不计)，沿同一方向从图中长方形区域的匀强磁场上边缘射入，当它们从下边缘飞出时对入射方向的偏角分别为90°、60°、30°，则它们在磁场中运动的时间之比为()A．1∶1∶1B．1∶2∶3C．3∶2∶1D．1∶2∶3解析：选C粒子在磁场中运动的周期公式为T＝2πmqB，所以粒子在磁场中的周期相同，由粒子的运动的轨迹可知，三种速度的粒子的偏转角分别为90°、60°、30°，所以偏转角为90°的粒子的运动时间为14T，偏转角为60°的粒子的运动时间为16T，偏转角为30°的粒子的运动时间为112T，所以有14T∶16T∶112T＝3∶2∶1，选项C正确．3．(2017年全国卷Ⅲ)如图，空间存在方向垂直于纸面(xOy平面)向里的磁场．在x≥0区域，磁感应强度的大小为B0；x0区域，磁感应强度的大小为λB0(常数λ1)．一质量为m、电荷量为q(q0)的带电粒子以速度v0从坐标原点O沿x轴正向射入磁场，此时开始计时．当粒子的速度方向再次沿x轴正向时，求(不计重力)(1)粒子运动的时间；(2)粒子与O点间的距离．解析：(1)在匀强磁场中，带电粒子做圆周运动．设在x≥0区域，圆周半径为R1；在x0区域，圆周半径为R2.由洛伦兹力公式及牛顿第二定律得qB0v0＝mv02R1①qλB0v0＝mv02R2②粒子速度方向转过180°时，所需时间t1为t1＝πR1v0③粒子再转过180°时，所需时间t2为t2＝πR2v0④联立①②③④式得，所求时间为t0＝t1＋t2＝πmB0q1＋1λ.⑤(2)由几何关系及①②式得，所求距离为d0＝2(R1－R2)＝2mv0B0q1－1λ.答案：(1)πmB0q1＋1λ(2)2mv0B0q1－1λ考点三带电粒子在匀强磁场中运动的临界、极值和多解问题——多维探究|记要点|1．临界问题的分析重点是临界状态临界状态就是指物理现象从一种状态变化成另一种状态的中间过程，这时存在着一个过渡的转折点，此转折点即为临界状态点．与临界状态相关的物理条件则称为临界条件，临界条件是解决临界问题的突破点．2．极值问题所谓极值问题就是对题中所求的某个物理量最大值或最小值的分析或计算，求解的思路一般有以下两种：一是根据题给条件列出函数关系式进行分析、讨论；二是借助几何图形进行直观分析．3．多解问题形成的原因(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，由于电性不同，当速度相同时，正、负粒子在磁场中运动轨迹不同，形成多解．如图甲所示，带电粒子以速率v垂直进入匀强磁场，如带正电，其轨迹为a，如带负电，其轨迹为b.(2)磁场方向不确定形成多解：有些题目只知磁感应强度的大小，而不知其方向，此时必须要考虑磁感应强度方向不确定而形成的多解．如图乙所示，带正电粒子以速率v垂直进入匀强磁场，如B垂直纸面向里，其轨迹为a，如B垂直纸面向外，其轨迹为b.(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，由于粒子运动轨迹是圆弧状，因此，它可能穿过去，也可能转过180°从入射界面反向飞出，从而形成多解，如图丙所示．(4)运动的周期性形成多解：带电粒子在部分是电场，部分是磁场的空间运动时，运动往往具有往复性，从而形成多解，如图丁所示．|明考向|考向一带电粒子在磁场中运动的临界问题【例1】平面OM和平面ON之间的夹角为30°，其横截面(纸面)如图所示，平面OM上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外．一带电粒子的质量为m，电荷量为q(q0)．粒子沿纸面以大小为v的速度从OM的某点向左上方射入磁场，速度与OM成30°角．已知该粒子在磁场中的运动轨迹与ON只有一个交点，并从OM上另一点射出磁场．不计重力．