2015高三物理第一轮总复习课件：磁场第二节

第二节磁场对运动电荷的作用⑴v∥B时，洛伦兹力F＝0(θ＝0°或180°)⑵v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB(θ＝90°)⑶一般角度时，可认为Bsinθ为垂直于速度方向上的分量，也可认为vsinθ为垂直于磁场方向上的分量．一．洛伦兹力的大小和方向1、定义：磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力．2、洛伦兹力的大小：F＝qvBsinθ，θ为v与B的夹角．⑴判定方法：应用左手定则，注意四指应指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向．⑵方向特点：F⊥B，F⊥v.即F垂直于B和v决定的平面．(注意B和v可以有任意夹角)3、洛伦兹力的方向特别提醒：1．洛伦兹力方向的特点(1)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．(3)用左手定则判断负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力方向时，要注意判断结果与正电荷恰好相反．(4)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，影响带电体所受其他力的大小，影响带电体的运动时间等．2、⑴洛伦兹力的方向总是与粒子速度方向垂直．所以洛伦兹力始终不做功．⑵安培力是洛伦兹力的宏观表现，但各自的表现形式不同，洛伦兹力对运动电荷永远不做功，而安培力对通电导线可做正功，可做负功，也可不做功．【例与练】如图所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面向外、强度为B的匀强磁场中，质量为m、带电荷量为+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.滑块到达地面时的动能与B的大小无关C.滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下D.滑块最终可能会沿斜面做匀速直线运动CD【例与练】如图所示，ABC为竖直平面内的光滑绝缘轨道，其中AB为倾斜直轨道，BC为与AB相切的圆形轨道，并且圆形轨道处在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里．质量相同的甲、乙、丙三个小球中，甲球带正电、乙球带负电、丙球不带电，现将三个小球在轨道AB上分别从不同高度处由静止释放，都恰好通过圆形轨道的最高点，则()A．经过最高点时，三个小球的速度相等B．经过最高点时，甲球的速度最小C．甲球的释放位置比乙球的高D．运动过程中三个小球的机械能均保持不变CD1．带电质点在匀强磁场中运动，某时刻速度方向如图8-2-15所示，所受的重力和洛伦兹力的合力恰好与速度方向相反，不计阻力，则在此后的一小段时间内，带电质点将（)．A．可能做直线运动B．可能做匀减速运动C．一定做曲线运动D．可能做匀速圆周运动C2．用绝缘细线悬挂一个质量为m，带电荷量为＋q的小球，让它处于图8-2-16所示的磁感应强度为B的匀强磁场中．由于磁场的运动，小球静止在图中位置，这时悬线与竖直方向夹角为α，并被拉紧，则磁场的运动速度和方向是()．A．v＝mgBq，水平向左B．v＝mgtanαBq，竖直向下C．v＝mgtanαBq，竖直向上D．v＝mgBq，水平向右解析根据运动的相对性，带电小球相对磁场的速度与磁场相对于小球(相对地面静止)的速度大小相等、方向相反．洛伦兹力F＝qvB中的v是相对于磁场的速度．根据力的平衡条件可以得出，当小球相对磁场以速度v＝mgtanαqB竖直向下运动或以速度v＝mgBq水平向右运动，带电小球都能处于平衡状态，但题目中要求“绳被拉紧”，由此可以知道只有选项C正确．答案C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做匀速圆周运动．二．带电粒子在匀强磁场中的运动规律（只受洛沦兹力）1、速度方向与磁场方向平行若v∥B，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做匀速直线运动．2、速度方向与磁场方向垂直3、带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面内做匀速圆周运动的基本公式：⑴向心力公式：⑵轨道半径公式：2vFBqvmr向mvrBq⑶周期公式：2mTBq12BqfTm2BqTm特别提醒：T的大小与轨道半径r和运行速率v无关，只与磁场的磁感应强度B和粒子的比荷q/m有关．三、带电粒子在有界磁场中的运动1．圆心的确定⑴两种情形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迹的圆心(如图所示，图中P为入射点，M为出射点)．②已知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迹的圆心(如图所示，P为入射点，M为出射点)．⑵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)②平行边界(存在临界条件，如图)③圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图)2．半径的确定OvθθO′v(偏向角)AB用几何知识(勾股定理、三角函数等),求出该圆的可能半径(或圆心角)．并注意以下两个重要的几何特点：⑴粒子速度的偏向角(φ)等于回旋角(α)，并等于AB弦与切线的夹角(弦切角θ)的2倍(如图)，即．φ=α=2θ=ωt⑵相对的弦切角(θ)相等，与相邻的弦切角(θ′)互补，即．θ+θ′=180°⑴直接根据公式t=s/v或t=α/ω求出运动时间t⑵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α时，其运动时间可由下式表示：3.运动时间的确定OvθθO′v(偏向角)ABTtTt360或2TtTt360或2或【例与练】电子以垂直磁场的速度v从图的P处沿PQ方向进入长d，高h的矩形PQNM匀强磁场区域，结果从N离开磁场。若电子质量为m，电荷量为e，磁感应强度为B，则()A.电子在磁场中运动的时间B.电子在磁场中运动的时间C.电子横向偏移D.偏向角φ满足dtvPNtv21()2Bevdhmv/()mvsindBeBD【例与练】（2011海南卷）.空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，图中的正方形为其边界。一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从O点入射。这两种粒子带同种电荷，它们的电荷量、质量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子。不计重力。下列说法正确的是()A.入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同B.入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同C.在磁场中运动时间相同的粒子，其运动轨迹一定相同D.在磁场中运动时间越长的粒子，其轨迹所对的圆心角一定越大BD【例与练】如图所示，一匀强磁场垂直穿过平面直角坐标系的第I象限，磁感应强度为B.一质量为m、带电量为q的粒子以速度v从O点沿着与y轴夹角为30°方向进入磁场，运动到A点时速度方向与x轴的正方向相同，不计粒子重力，则（）A、粒子带负电B、点A与x轴的距离为C、粒子由O到A经历的时间为D、粒子运动的速度没有变化32mvBq3mtBqAC【例与练】如图所示，在半径为R的圆形区域内有匀强磁场．在边长为2R的正方形区域里也有匀强磁场，两个磁场的磁感应强度大小相同．两个相同的带电粒子以相同的速率分别从M、N两点射入匀强磁场．在M点射入的带电粒子，其速度方向指向圆心；在N点射入的带电粒子，速度方向与边界垂直，且N点为正方形边长的中点，则下列说法正确的是()A．带电粒子在磁场中飞行的时间可能相同B．从M点射入的带电粒子可能先飞出磁场C．从N点射入的带电粒子可能先飞出磁场D．从N点射入的带电粒子不可能比M点射入的带电粒子先飞出磁场ABD【例与练】如图甲所示，在平面直角坐标系中有一个垂直纸面向里的圆形匀强磁场，其边界过原点O和y轴上的点a(0，L).一质量为m、电荷量为e的电子从a点以初速度v0平行于x轴正方向射入磁场，并从x轴上的b点射出磁场，此时速度的方向与x轴正方向的夹角为60°.下列说法正确的是()A.电子在磁场中运动的时间为B.电子在磁场中运动的时间为C.磁场区域的圆心坐标为D.电子在磁场中做圆周运动的圆心坐标为(0，－2L)0Lv023Lv3(,)22LLBC【例与练】（2011浙江）.利用如图所示装置可以选择一定速度范围内的带电粒子。图中板MN上方是磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，板上有两条宽度分别为2d和d的缝，两缝近端相距为L。一群质量为m、电荷量为q，具有不同速度的粒子从宽度为2d的缝垂直于板MN进入磁场，对于能够从宽度为d的缝射出的粒子，下列说法正确的是（）A.粒子带正电B.射出粒子的最大速度为C.保持d和L不变，增大B，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大D.保持d和B不变，增大L，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大mdLqB2)3(BC【例与练】如图所示，带负电的粒子垂直磁场方向进入圆形匀强磁场区域，出磁场时速度偏离原方向60°角，已知带电粒子质量m＝3×10-20Kg，电量q＝10-13C，速度v0＝105m/s，磁场区域的半径R＝3×10-1m，不计重力，求磁场的磁感应强度。rrOO′解析：画出轨迹和半径如图所示。0tan60Rr3rRFF洛向200vBqvmr205013131010330103310mvBTTqr带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，有：【例与练】（05年广东卷）如图所示，在一个圆形域内，两个方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场分布在以直径A2A4为边界的两个半圆形区域Ⅰ、Ⅱ中，A2A4与A1A3的夹角为60°.一质量为m、带电量为+q的粒子以某一速度从Ⅰ区的边缘点A1处沿与A1A3成30°角的方向射入磁场，随后该粒子以垂直于A2A4的方向经过圆心O进入Ⅱ区，最后再从A4处射出磁场。已知该粒子从射入到射出磁场所用的时间为t，求Ⅰ区和Ⅱ区中磁感应强度的大小（忽略粒子重力）。解析：画出轨迹如图所示。222vBqvmr211vBqvmr11mvrBq22mvrBq由几何关系可知：r1=2r2。所以B2=2B111122rmTvBq22222rmTvBq111163mtTBq22212mtTBq12ttt156mBqt253mBqt由以上各式可解得：【例与练】如图，真空室内存在匀强磁场，磁场方向垂直于图中纸面向里，磁感应强度的大小B＝0.60T。磁场内有一块平面感光干板ab，板面与磁场方向平行。在距ab的距离为l＝16cm处，有一个点状的α放射源S，它向各个方向发射α粒子，α粒子的速度都是v＝3.0×106m/s。已知α粒子的电荷与质量之比q/m＝5.0×107C/kg。现只考虑在图纸平面中运动的α粒子，求ab上被α粒子打中的区域的长度。Sab解析：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，有：可见，2R＞l＞R.2vBqvmR67310100.6510mvRmcmBq因朝不同方向发射的α粒子的圆轨迹都过S,任何α粒子在运动中离S的距离不可能超过2R,作出轨迹如图所示。由图中几何关系得：221()8NPRlRcm222(2)12NPRlcm121220PPNPNPcm