2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí)講義 第8章 第2講 磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用.doc
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2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí)講義 第8章 第2講 磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用1洛倫茲力:磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力2洛倫茲力的方向(1)判斷方法:左手定則(2)方向特點(diǎn):FB,F(xiàn)v.即F垂直于B和v決定的平面(注意:B和v不一定垂直)3洛倫茲力的大小(1)vB時(shí),洛倫茲力F0.(2)vB時(shí),洛倫茲力FqvB.(3)v0時(shí),洛倫茲力F0.(1)帶電粒子在磁場中一定會(huì)受到磁場力的作用()(2)洛倫茲力的方向在特殊情況下可能與帶電粒子的速度方向不垂直()知識(shí)二帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)1洛倫茲力的特點(diǎn)洛倫茲力不改變帶電粒子速度的大小,或者說,洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功2粒子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)(1)若v0B,則粒子不受洛倫茲力,在磁場中做勻速直線運(yùn)動(dòng)(2)若v0B,則帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)3半徑和周期公式(1)根據(jù)公式T,可知帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)周期T與v成反比()(2)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),其運(yùn)動(dòng)半徑與帶電粒子的比荷有關(guān)()知識(shí)三質(zhì)譜儀和回旋加速器1質(zhì)譜儀(1)構(gòu)造:如圖821所示,由粒子源、加速電場、偏轉(zhuǎn)磁場和照相底片等組成圖821(2)原理:粒子由靜止在加速電場中被加速,根據(jù)動(dòng)能定理有qUmv2.粒子在磁場中受洛倫茲力偏轉(zhuǎn),做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律,qBv.由兩式可得出需要研究的物理量,如粒子軌道半徑、粒子質(zhì)量、比荷r,m,.2.圖822回旋加速器(1)構(gòu)造:如圖822所示,D1、D2是半圓金屬盒,D形盒的縫隙處接交流電源D形盒處于勻強(qiáng)磁場中(2)原理:交變電流的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等,粒子在做圓周運(yùn)動(dòng)的過程中一次一次地經(jīng)過D形盒縫隙,兩盒間的電場強(qiáng)度方向周期性地發(fā)生變化,粒子就會(huì)被一次一次地加速由qvB,得Ekm,可見粒子獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒半徑R決定,與加速電壓無關(guān)(1)利用質(zhì)譜儀可以測得帶電粒子的比荷()(2)經(jīng)過回旋加速器加速的帶電粒子的最大動(dòng)能是由D形盒的最大半徑、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、加速電壓的大小共同決定的()1帶電荷量為q的粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng),下列說法中正確的是()A只要速度大小相同,所受洛倫茲力就相同B如果把q改為q,且速度反向,大小不變,則洛倫茲力的大小、方向均不變C洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直,磁場方向一定與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直D粒子在只受到洛倫茲力作用下運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、速度均不變【解析】因?yàn)槁鍌惼澚Φ拇笮〔坏c粒子速度大小有關(guān),而且與粒子速度的方向有關(guān),如當(dāng)粒子速度與磁場垂直時(shí)FqvB,當(dāng)粒子速度與磁場平行時(shí)F0.又由于洛倫茲力的方向永遠(yuǎn)與粒子的速度方向垂直,因而速度方向不同時(shí),洛倫茲力的方向也不同,所以A選項(xiàng)錯(cuò)因?yàn)閝改為q且速度反向,由左手定則可知洛倫茲力方向不變,再由FqvB知大小不變,所以B項(xiàng)正確因?yàn)殡姾蛇M(jìn)入磁場時(shí)的速度方向可以與磁場方向成任意夾角,所以C選項(xiàng)錯(cuò)因?yàn)槁鍌惼澚偱c速度方向垂直,因此洛倫茲力不做功,粒子動(dòng)能不變,但洛倫茲力可改變粒子的運(yùn)動(dòng)方向,使粒子速度的方向不斷改變,所以D項(xiàng)錯(cuò)【答案】B2有關(guān)洛倫茲力和安培力的描述,正確的是()A通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中一定受到安培力的作用B安培力是大量運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)C帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)受到的洛倫茲力做正功D通電直導(dǎo)線在磁場中受到的安培力方向與磁場方向平行【解析】通電直導(dǎo)線與磁場方向平行時(shí),安培力等于零,故A錯(cuò);安培力一定垂直磁場和電流所決定的平面,即安培力方向一定垂直磁場方向,D錯(cuò);洛倫茲力也一定垂直磁場與速度方向決定的平面,即洛倫茲力一定與運(yùn)動(dòng)方向垂直,洛倫茲力一定不做功,C錯(cuò);二者的關(guān)系為安培力是大量運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn),B正確【答案】B3(多選)1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器,其原理如圖823所示這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒構(gòu)成,其間留有空隙下列說法正確的是()圖823A離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器B離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器C離子從磁場中獲得能量D離子從電場中獲得能量【解析】離子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),速度越大,軌道半徑越大,所以離子要從加速器的中心附近進(jìn)入加速器洛倫茲力總是垂直于速度的方向,所以磁場是不對(duì)離子做功的,它的作用只是改變離子的速度方向,而電場的作用才是加速離子,使之獲得能量由此可見,選項(xiàng)A、D是正確的【答案】AD4(xx北京高考)處于勻強(qiáng)磁場中的一個(gè)帶電粒子,僅在磁場力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)將該粒子的運(yùn)動(dòng)等效為環(huán)形電流,那么此電流值()A與粒子電荷量成正比B與粒子速率成正比C與粒子質(zhì)量成正比D與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比【解析】帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T,該粒子運(yùn)動(dòng)等效的環(huán)形電流I,由此可知,Iq2,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;I與速率無關(guān),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;I,即I與m成反比,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;IB,選項(xiàng)D正確【答案】D5(xx大綱全國高考)質(zhì)量分別為m1和m2、電荷量分別為q1和q2的兩粒子在同一勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)已知兩粒子的動(dòng)量大小相等下列說法正確的是()A若q1q2,則它們做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑一定相等B若m1m2,則它們做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑一定相等C若q1q2,則它們做圓周運(yùn)動(dòng)的周期一定不相等D若m1m2,則它們做圓周運(yùn)動(dòng)的周期一定不相等【解析】粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,由qvBm得r,同一勻強(qiáng)磁場,即B相等,又因?yàn)閮闪W拥膭?dòng)量大小相等,所以有r,若q1q2,則r1r2,故A選項(xiàng)正確,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;由周期公式T,由于B相等,2為常數(shù),所以T,故C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤【答案】A考點(diǎn)一 67對(duì)洛倫茲力的理解一、洛倫茲力和安培力的關(guān)系洛倫茲力是單個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力,而安培力是導(dǎo)體中所有定向移動(dòng)的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)二、洛倫茲力與電場力的比較對(duì)應(yīng)力內(nèi)容比較項(xiàng)目洛倫茲力電場力性質(zhì)磁場對(duì)在其中運(yùn)動(dòng)的電荷的作用力電場對(duì)放入其中電荷的作用力產(chǎn)生條件v0且v不與B平行電場中的電荷一定受到電場力作用大小FqvB(vB)FqE力方向與場方向的關(guān)系一定是FB,F(xiàn)v,與電荷電性無關(guān)正電荷受力與電場方向相同,負(fù)電荷受力與電場方向相反做功情況任何情況下都不做功可能做正功、負(fù)功,也可能不做功力為零時(shí)場的情況F為零,B不一定為零F為零,E一定為零作用效果只改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度方向,不改變速度大小既可以改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度大小,也可以改變電荷運(yùn)動(dòng)的方向1個(gè)示范例圖824(xx安徽高考)圖824中a、b、c、d為四根與紙面垂直的長直導(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【解析】綜合應(yīng)用磁場的疊加原理、左手定則和安培定則解題由安培定則分別判斷出四根通電導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,再由磁場的疊加原理得出O點(diǎn)的合磁場方向向左,最后由左手定則可判斷帶電粒子所受的洛倫茲力方向向下,故選項(xiàng)B正確【答案】B1個(gè)預(yù)測例圖825帶電粒子以初速度v0從a點(diǎn)垂直y軸進(jìn)入勻強(qiáng)磁場,如圖825所示運(yùn)動(dòng)中粒子經(jīng)過b點(diǎn),OaOb,若撤去磁場加一個(gè)與y軸平行的勻強(qiáng)電場,仍以v0從a點(diǎn)垂直y軸進(jìn)入電場,粒子仍能過b點(diǎn),那么電場強(qiáng)度E與磁感應(yīng)強(qiáng)度B之比為()Av0B1C2v0D.【審題指導(dǎo)】解答該題應(yīng)注意:(1)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡為圓,其運(yùn)動(dòng)半徑rOa.(2)帶電粒子在勻強(qiáng)電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng);豎直方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)【解析】帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則由r得B,帶電粒子在勻強(qiáng)電場中做類平拋運(yùn)動(dòng),則有rv0t,rat2t2,得:E,故2v0,C正確【答案】C考點(diǎn)二 68帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場中的圓周運(yùn)動(dòng)分析一、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)帶電粒子以垂直于磁場方向進(jìn)入磁場,其軌跡是一段圓弧二、圓心的確定1基本思路:與速度方向垂直的直線和圖中弦的中垂線一定過圓心2兩種常見情形(1)已知入射方向和出射方向時(shí),可通過入射點(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)就是圓弧軌道的圓心(如圖826所示,圖中P為入射點(diǎn),M為出射點(diǎn))圖826圖827(2)已知入射點(diǎn)、入射方向和出射點(diǎn)的位置時(shí),可以通過入射點(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)就是圓弧軌道的圓心(如圖827所示,P為入射點(diǎn),M為出射點(diǎn))3帶電粒子在不同邊界磁場中的運(yùn)動(dòng) (1)直線邊界(進(jìn)出磁場具有對(duì)稱性,如圖828)圖828(2)平行邊界(存在臨界條件,如圖829)圖829(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出,如圖8210)圖8210三、半徑的確定1做出帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的幾何關(guān)系圖2運(yùn)用幾何知識(shí)(勾股定理、正余弦定理、三角函數(shù))通過數(shù)學(xué)方法求出半徑的大小四、運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間為T,當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)的圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角為時(shí),其運(yùn)動(dòng)時(shí)間由下式表示:tT(或tT)1個(gè)示范例圖8211(xx新課標(biāo)全圈卷)如圖8211,半徑為R的圓是一圓柱形勻強(qiáng)磁場區(qū)域的橫截面(紙面),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于紙面向外,一電荷量為q(q0)、質(zhì)量為m的粒子沿平行于直徑ab的方向射入磁場區(qū)域,射入點(diǎn)與ab的距離為.已知粒子射出磁場與射入磁場時(shí)運(yùn)動(dòng)方向間的夾角為60,則粒子的速率為(不計(jì)重力)()A.B.C. D.【解析】本題應(yīng)從帶電粒子在磁場中的圓周運(yùn)動(dòng)角度入手并結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)解決問題帶電粒子從距離ab為處射入磁場,且射出時(shí)與射入時(shí)速度方向的夾角為60,粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖,ce為射入速度所在直線,d為射出點(diǎn),射出速度反向延長交ce于f點(diǎn),磁場區(qū)域圓心為O,帶電粒子所做圓周運(yùn)動(dòng)圓心為O,則O、f、O在一條直線上,由幾何關(guān)系得帶電粒子所做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為R,由F洛Fn得qvB,解得v,選項(xiàng)B正確【答案】B帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的解題程序三步法(1)畫軌跡:即確定圓心,用幾何方法求半徑并畫出軌跡(2)找聯(lián)系:軌道半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)速度相聯(lián)系,偏轉(zhuǎn)角度與圓心角、運(yùn)動(dòng)時(shí)間相聯(lián)系,在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與周期相聯(lián)系(3)用規(guī)律:即牛頓第二定律和圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,特別是周期公式、半徑公式1個(gè)預(yù)測例圖8212如圖8212所示,在邊長為2a的正三角形區(qū)域內(nèi)存在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場,一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子(重力不計(jì))從AB邊的中點(diǎn)O以速度v進(jìn)入磁場,粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速度方向垂直于磁場且與AB邊的夾角為60,若要使粒子能從AC邊穿出磁場,則勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B需滿足()ABBB DBr0,解得B0)的粒子以速率v0沿橫截面的某直徑射入磁場,離開磁場時(shí)速度方向偏離入射方向60.不計(jì)重力,該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為()A.B.C. D.【解析】帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),利用幾何關(guān)系和洛倫茲力公式即可求解如圖所示,粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,即qv0Bm,據(jù)幾何關(guān)系,粒子在磁場中的軌道半徑rRtan 60R,解得B,選項(xiàng)A正確【答案】A3(xx廣東高考)質(zhì)量和電荷量都相等的帶電粒子M和N,以不同的速率經(jīng)小孔S垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場,運(yùn)行的半圓軌跡如圖8219中虛線所示下列表述正確的是()圖8219AM帶負(fù)電,N帶正電BM的速率小于N的速率C洛倫茲力對(duì)M、N做正功DM的運(yùn)行時(shí)間大于N的運(yùn)行時(shí)間【解析】由左手定則知M帶負(fù)電,N帶正電,選項(xiàng)A正確;帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)且向心力F向F洛,即qvB得r,因?yàn)镸、N的質(zhì)量、電荷量都相等,且rMrN,所以vMvN,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;M、N運(yùn)動(dòng)過程中,F(xiàn)洛始終與v垂直,F(xiàn)洛不做功,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由T知M、N兩粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等且在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間均為,選項(xiàng)D錯(cuò)誤【答案】A多解問題4長為L的水平極板間,有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,如圖8220所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,板間距離也為L,板不帶電,現(xiàn)有質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子(不計(jì)重力)從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁感線以速度v水平射入磁場使粒子不打在極板上,可采用的辦法是()圖8220A使粒子的速度v5BqL/4mC使粒子的速度vBqL/mD使粒子的速度BqL/4mv5BqL/4m【解析】恰打在極板左邊緣時(shí)r1,qv1Bm解得v1恰打在上極板右邊緣時(shí)L2(r2)2rqv2Bm,解得v2【答案】B質(zhì)譜儀5.圖8221(xx天津高考)對(duì)鈾235的進(jìn)一步研究在核能的開發(fā)和利用中具有重要意義如圖8221所示,質(zhì)量為m、電荷量為q的鈾235離子,從容器A下方的小孔S1不斷飄入加速電場,其初速度可視為零,然后經(jīng)過小孔S2垂直于磁場方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)離子行進(jìn)半個(gè)圓周后離開磁場并被收集,離開磁場時(shí)離子束的等效電流為I.不考慮離子重力及離子間的相互作用(1)求加速電場的電壓U;(2)求出在離子被收集的過程中任意時(shí)間t內(nèi)收集到離子的質(zhì)量M;【解析】(1)設(shè)離子經(jīng)電場加速后進(jìn)入磁場時(shí)的速度為v,由動(dòng)能定理得qUmv2離子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),所受洛倫茲力提供向心力,即qvBm由式解得U.(2)設(shè)在t時(shí)間內(nèi)收集到的離子個(gè)數(shù)為N,總電荷量為Q,則QItNMNm由式解得M.【答案】(1)(2)- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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