第20課時磁場對運動電荷的作用 知識點一洛倫茲力的方向 c c 1 2016 寧波學考模擬 如圖1所示 觀察陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn) 實驗中 當條形磁鐵一端從后方垂直屏幕靠近陰極射線管 圖中從左向右運動的電子向上偏轉(zhuǎn) 對該實驗 下列說法正確的是 圖1 A 條形磁鐵的N極靠近陰極射線管 陰極射線受到洛倫茲力向上B 條形磁鐵的N極靠近陰極射線管 陰極射線受到洛倫茲力向下C 條形磁鐵的S極靠近陰極射線管 陰極射線受到洛倫茲力向下D 條形磁鐵的S極靠近陰極射線管 陰極射線受到洛倫茲力向上解析由于電子從左向右運動 電子向上偏轉(zhuǎn) 受到的洛倫茲力方向向上 由左手定則可知磁場方向從后向前 即條形磁鐵的N極靠近陰極射線管 選項A正確 答案A 2 2016 溫州學考模擬 老師在課堂上做了一個演示實驗 裝置如圖2所示 在容器的中心放一個圓柱形電極B 沿容器邊緣內(nèi)壁放一個圓環(huán)形電極A 把A和B分別與電源的兩極相連 然后在容器內(nèi)放入液體 將該容器放在磁場中 液體就會旋轉(zhuǎn)起來 王同學回去后重復老師的實驗步驟 但液體并沒有旋轉(zhuǎn)起來 造成這種現(xiàn)象的原因可能是該同學在實驗過程中 圖2 A 將磁鐵的磁極倒置了B 將直流電源的正負極接反了C 使用的液體為能導電的飽和食鹽溶液D 使用的電源為50Hz的低壓交流電源解析通電液體在磁場中受磁場力作用而旋轉(zhuǎn) 將磁鐵的磁極倒置 電源正負極接反 換用飽和食鹽溶液都能使液體旋轉(zhuǎn) 當使用低壓交流電源時 由于電流方向不斷改變 所受磁場力方向迅速改變 因此液體并不旋轉(zhuǎn) 選項D正確 答案D 知識點二洛倫茲力大小 c c 3 有關(guān)電荷所受電場力和洛倫茲力的說法中 正確的是 A 電荷在磁場中一定受磁場力的作用B 當電荷平行于電場方向運動時 不受電場力的作用C 電荷受電場力的方向與該處的電場方向一致D 電荷若受磁場力 則受力方向與該處的磁場方向垂直 解析電荷在電場中一定受電場力 其方向與正電荷所受電場力方向相同 選項B C錯誤 當電荷靜止或運動方向與磁場方向平行 電荷不受磁場力的作用 選項A錯誤 磁場力的方向一定垂直于磁場方向 選項D正確 答案D 4 如圖3所示 一束電子流沿管的軸線進入螺線管 忽略重力 電子在管內(nèi)的運動應該是 圖3 A 當從a端通入電流時 電子做勻加速直線運動B 當從b端通入電流時 電子做勻加速直線運動C 不管從哪端通入電流 電子都做勻速直線運動D 不管從哪端通入電流 電子都做勻速圓周運動 解析由于長通電螺線管中產(chǎn)生的磁場方向平行于螺線管的中心軸線 與電子的運動方向平行 則電子在磁場中不受洛倫茲力 電子重力不計 則電子做勻速直線運動 答案C 易錯點一不能正確理解洛倫茲力的特點1 洛倫茲力的特點 1 洛倫茲力的方向總是垂直于運動電荷速度方向和磁場方向確定的平面 2 當電荷運動方向發(fā)生變化時 洛倫茲力的方向也隨之變化 3 運動電荷在磁場中不一定受洛倫茲力作用 4 根據(jù)左手定則判斷洛倫茲力方向 但一定分正 負電荷 5 洛倫茲力一定不做功 2 洛倫茲力與安培力的聯(lián)系及區(qū)別 1 安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) 二者是相同性質(zhì)的力 都是磁場力 2 安培力可以做功 而洛倫茲力對運動電荷不做功 練1 兩個質(zhì)量相同 所帶電荷量相等的帶電粒子a b 以不同的速率對準圓心O沿著AO方向射入垂直紙面向里的圓形勻強磁場區(qū)域 其運動軌跡如圖4 不計粒子的重力 則下列說法正確的是 圖4 A a粒子帶正電 b粒子帶負電B a粒子在磁場中所受洛倫茲力較大C b粒子動能較大D b粒子在磁場中運動時間較長 答案C 疑難點二帶電粒子在有界磁場中的運動1 圓心的確定 1 已知入射點 出射點 入射方向和出射方向時 可通過入射點和出射點分別作垂直于入射方向和出射方向的直線 兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心 如圖5甲所示 P為入射點 M為出射點 圖5 2 已知入射方向 入射點和出射點的位置時 可以通過入射點作入射方向的垂線 連接入射點和出射點 作其中垂線 這兩條垂線的交點就是圓弧軌跡的圓心 如圖乙所示 P為入射點 M為出射點 2 半徑的計算可利用物理學公式或幾何知識 勾股定理 三角函數(shù)等 求出半徑大小 練2 多選 如圖6 兩個初速度大小相同的同種離子a和b 從O點沿垂直磁場方向進入勻強磁場 最后打到屏P上 不計重力 下列說法正確的有 A a b均帶正電B a在磁場中飛行的時間比b的短C a在磁場中飛行的路程比b的短D a在P上的落點與O點的距離比b的近 圖6 答案AD 疑難點三帶電粒子在磁場中極值 臨界問題1 臨界問題的分析思路物理現(xiàn)象從一種狀態(tài)變化成另一種狀態(tài)時存在著一個過渡的轉(zhuǎn)折點 此轉(zhuǎn)折點即為臨界狀態(tài)點 與臨界狀態(tài)相關(guān)的物理條件稱為臨界條件 臨界問題的一般解題模式為 1 找出臨界狀態(tài)及臨界條件 2 總結(jié)臨界點的規(guī)律 3 解出臨界量 2 帶電體在磁場中的臨界問題的處理方法 1 帶電體在磁場中 離開一個面的臨界狀態(tài)是對這個面的壓力為零 2 射出或不射出磁場的臨界狀態(tài)是帶電體運動的軌跡與磁場邊界相切 圖7 答案B 疑難點四帶電粒子在磁場中運動的多解問題1 帶電粒子電性不確定形成多解受洛倫茲力作用的帶電粒子 可能帶正電 也可能帶負電 在相同的初速度條件下 正 負粒子在磁場中的運動軌跡不同 因而形成多解 如圖8所示 圖8 2 磁場方向不確定形成多解有些題目只告訴了磁感應強度的大小 而未具體指出磁感應強度的方向 此時必須考慮由磁感應強度方向不確定而形成的多解 如圖9所示 圖9 3 臨界狀態(tài)不唯一形成多解如圖10所示 帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場時 由于粒子運動軌跡是圓弧狀 因此 它可能直接穿過去了 也可能轉(zhuǎn)過180 從入射界面反向飛出 于是形成了多解 圖10 圖11 真題示例 例 2015 9月浙江選考測試卷 某科研小組設計了一個粒子探測裝置 如圖12甲所示 一個截面半徑為R的圓筒 筒長大于2R 水平固定放置 筒內(nèi)分布著垂直于軸線的水平方向勻強磁場 磁感應強度大小為B 圖乙為圓筒的入射截面 圖丙為豎直方向過筒軸的切面 質(zhì)量為m 電荷量為q的正離子以不同的初速度垂直于入射截面射入筒內(nèi) 圓筒內(nèi)壁布滿探測器 可記錄粒子到達筒壁的位置 筒壁上的P點和Q點與入射面的距離分別為R和2R 離子碰到探測器即被吸收 忽略離子間的相互作用 甲 乙 丙圖12 1 離子從O點垂直射入 偏轉(zhuǎn)后到達P點 求該入射離子的速度v0 2 離子從OC線上垂直射入 求位于Q點處的探測器接收到的離子的入射速度范圍 3 若離子以第 2 問求得范圍內(nèi)的速度垂直入射 從入射截面的特定區(qū)域入射的離子偏轉(zhuǎn)后仍能到達距入射面為2R的筒壁位置 畫出此入射區(qū)域的形狀并求其面積 沖刺訓練 1 如圖13所示 a是豎直平面P上的一點 P前有一條形磁鐵垂直于P 且S極朝向a點 P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場的共同作用下 在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過a點 在電子經(jīng)過a點的瞬間 條形磁鐵的磁場對該電子的作用力的方向 圖13 A 向上B 向下C 向左D 向右解析條形磁鐵的磁感線在a點垂直P向外 電子在條形磁鐵的磁場中向右運動 由左手定則可得電子所受洛倫茲力的方向向上 A正確 答案A 2 2016 麗水學考模擬 兩相鄰勻強磁場區(qū)域的磁感應強度大小不同 方向平行 一速度方向與磁感應強度方向垂直的帶電粒子 不計重力 從較強磁場區(qū)域進入到較弱磁場區(qū)域后 粒子的 A 軌道半徑減小 角速度增大B 軌道半徑減小 角速度減小C 軌道半徑增大 角速度增大D 軌道半徑增大 角速度減小 答案D 3 在真空室中 有垂直于紙面向里的勻強磁場 三個質(zhì)子1 2和3分別以大小相等 方向如圖14所示的初速度v1 v2和v3經(jīng)過平板MN上的小孔O射入勻強磁場 這三個質(zhì)子打到平板MN上的位置到小孔O的距離分別是s1 s2和s3 不計質(zhì)子重力 則有 圖14 A s1 s2 s3B s1 s2 s3C s1 s3 s2D s1 s3 s2解析由已知條件可知三個質(zhì)子運動軌跡的半徑相等 由于初速度v1和v3的方向與MN的夾角相等 所以這兩個質(zhì)子的運動軌跡正好能組合成一個完整的圓 則這兩個質(zhì)子打到平板MN上的位置到小孔的距離是相等的 且小于軌跡圓的直徑 而初速度為v2的質(zhì)子方向與MN垂直 則它的運動軌跡正好是半圓 所以質(zhì)子打到平板MN上的位置到小孔的距離恰好是圓的直徑 即s1 s3 s2 D正確 答案D 4 如圖15所示 有界勻強磁場邊界線SP MN 速率不同的同種帶電粒子從S點沿SP方向同時射入磁場 其中穿過a點的粒子速度v1與MN垂直 穿過b點的粒子速度v2與MN成60 角 設兩粒子從S到a b所需時間分別為t1和t2 則t1 t2為 重力不計 圖15 A 1 3B 4 3C 1 1D 3 2 答案D 圖16 答案B