2020届高考物理一轮复习鲁科版第九章第2讲磁场对运动电荷的作用PPT课件(168张)

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A．滑块经过最低点时的速度比磁场不存在时大 B．滑块经过最低点的加速度比磁场不存在时小 C．滑块经过最低点时对轨道的压力比磁场不存在时小 D．滑块从 M 点到最低点所用时间与磁场不存在时相等
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知识点
洛伦兹力、洛伦兹力的方向 Ⅰ
洛伦兹力公式 Ⅱ1.定义： □01 运动 电荷在磁场中所受的力。
2．方向
(1)判定方法：应用左手定则，注意四指应指向正电荷运动方向或负电荷运ຫໍສະໝຸດ 的反方向。主干梳理 对点激活
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(2)方向特点：F⊥B，F⊥v。即 F 垂直于 □02 B 和 v 所决定的平面。(注
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2．带电粒子在不同边界匀强磁场中的运动规律 有界匀强磁场是指只在局部空间存在着匀强磁场，带电粒子从磁场区域 外垂直磁场方向射入磁场，在磁场区域内做一段匀速圆周运动，也就是通过 一段圆弧轨迹后离开磁场区域。带电粒子在磁场中运动的圆弧轨迹取决于粒 子进入磁场的速度大小、方向和磁场区域边界，常见磁场区域边界可分为如 下几种情形：
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A．甲滑块飞离斜面瞬间的速度比乙滑块飞离斜面瞬间的速度大 B．甲滑块在斜面上运动的时间比乙滑块在斜面上运动的时间短 C．两滑块在斜面上运动的位移大小相同 D．两滑块在斜面上运动的过程中，重力的平均功率相等
答案 AD
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情形一：直线边界 直线边界磁场又分单边直线边界和双边平行直线边界。单边直线边界如 图甲、乙、丙所示，粒子进出磁场具有对称性；双边平行直线边界如图丁、 戊所示，粒子进出磁场存在临界条件。
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解析
2. (人教版选修 3－1·P102·T3 改编)如图所示，一束质量、速度和电荷量不 全相等的离子，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进 入另一个匀强磁场中并分裂为 A、B 两束，下列说法正确的是( )
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知识点
带电粒子在匀强磁场中的运动 Ⅱ
1．若 v∥B，带电粒子以入射速度 v 做 □01 匀速直线 运动。
2．若 v⊥B，带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速度 v 做
□02 匀速圆周 运动。
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考点 1 洛伦兹力的特点及应用 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 指指向电荷运动的反方向。
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4．用左手定则判断洛伦兹力方向时，四指指向电荷的运动方向。( × ) 5．带电粒子在磁场中运动时的轨道半径与粒子的比荷成正比。( × ) 6．当带电粒子进入匀强磁场时，若 v 与 B 夹角为锐角，带电粒子的轨 迹为螺旋线。( √ )
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解析
分析和 x＝v22ma可知，甲在斜面上的位移大于乙在斜面上的位移，故 C 错误； 由平均功率的公式得 P＝F v ·sinθ＝mg·v2msinθ＝m2g2s2iqnBθ·cosθ，因 sin30°＝ cos60°，sin60°＝cos30°，故重力的平均功率一定相等，故 D 正确。
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3．基本公式 (1)向心力公式：qvB＝mvr2。
(2)轨道半径公式：r＝mBqv。
(3)周期公式：T＝2vπr＝2qπBm；f＝T1＝□03 2qπBm ；ω＝2Tπ＝2πf＝ □04 qmB 。
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(4)T、f 和 ω 的特点 T、f 和 ω 的大小与轨道半径 r 和运行速率 v 无关，只与磁场的
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解析
考点 2 带电粒子在匀强磁场中的运动 1．带电粒子在匀强磁场中运动的解题思路 (1)圆心的确定 ①基本思路：与速度方向垂直的直线和轨迹圆中弦的中垂线一定过圆心。
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②两种常见情形 情形一：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道的圆心(如图 a 所示，图中 P 为入射点，M 为出射点)。
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答案
总结升华 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，都是磁场力。 (2)安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功。
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[变式 1] (多选)如图所示，两个倾角分别为 30°和 60°的光滑绝缘斜面 固定于水平地面上，并处于方向垂直纸面向里、磁感应强度为 B 的匀强磁场 中，两个质量为 m、电荷量为＋q 的小滑块甲和乙分别从两个斜面顶端由静 止释放，运动一段时间后，两小滑块都将飞离斜面，在此过程中( )
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(2)半径的确定和计算 利用几何知识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：
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①粒子速度的偏向角 φ 等于圆心角 α，并等于 AB 弦与切线的夹角(弦切 角 θ)的 2 倍(如图所示)，即 φ＝α＝2θ＝ωt。
意 B 和 v 可以有任意夹角)。
由于 F 始终 □03 垂直于v 的方向，故洛伦兹力永不做功。
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3．洛伦兹力的大小：F＝qvBsinθ 其中 θ 为电荷运动方向与磁场方向之间的夹角。 (1)当电荷运动方向与磁场方向垂直时，F＝qvB。 (2)当电荷运动方向与磁场方向平行时，F＝0。 (3)当电荷在磁场中静止时，F＝0。
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解题探究 (1)带负电的滑块经过最低点时的速度大小受磁场有无的影 响吗？
提示：因为洛伦兹力不做功，所以有无磁场对滑块经过最低点时的速度 大小无影响。
(2)运动到最低点时滑块所受洛伦兹力方向如何？ 提示：竖直向下。
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提示
尝试解答 选 D。 由于洛伦兹力不做功，故与磁场不存在时相比，滑块经过最低点时的速 度不变，A 错误；由圆周运动中 a＝vR2，与磁场不存在时相比，滑块经过最 低点时的加速度不变，B 错误；由左手定则，滑块经过最低点时受到的洛伦 兹力向下，而滑块所受的向心力不变，故滑块经过最低点时对轨道的压力比 磁场不存在时大，C 错误；由于洛伦兹力方向始终与运动方向垂直，在任意 一点，滑块经过时的速度与磁场不存在时相比均不变，则运动所用时间相等， D 正确。
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二 对点激活 1．(人教版选修 3－1·P98·T1 改编)下列各图中，运动电荷的速度方向、 磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是( )
答案 B
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答案
解析 由左手定则知 A 中力 F 的方向应竖直向上，B 中力 F 的方向应竖 直向下，C、D 中速度 v 与磁感应强度 B 平行，不受洛伦兹力，故选 B。
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答案
解析 小滑块飞离斜面时，洛伦兹力与重力垂直斜面的分力平衡，故： mgcosθ＝qvmB，解得 vm＝mgqcBosθ，所以斜面倾角越小，飞离斜面瞬间的速 度越大，故甲滑块飞离时速度较大，故 A 正确；滑块在斜面上运动的加速度 恒定不变，由受力分析和牛顿第二定律可得加速度 a＝gsinθ，所以甲的加速 度小于乙的加速度，因为甲飞离的最大速度大于乙的最大速度，由 vm＝at 得，甲在斜面上运动的时间大于乙在斜面上运动的时间，故 B 错误；由以上
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情形二：已知入射方向和出射点的位置时，可以先通过入射点作入射方 向的垂线，再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 弧轨道的圆心(如图 b 所示，图中 P 为入射点，M 为出射点)。
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矩形边界磁场是指分布在矩形范围内的有界磁场，带电粒子的轨迹只是 一部分圆弧。垂直于某边射入，从某一顶点射出是常见的临界情况。
解决该类问题的关键是把握临界情况，如图所示，常见的有如下几种情 况：(设粒子从 ad 边中点 e 垂直射入)
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解决这类问题的“三部曲”：画轨迹、找圆心、定半径。 如果粒子从同一直线边界射入和射出，那么粒子进入磁场时速度与边界 的夹角和射出磁场时速度和边界的夹角相等。
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情形二：矩形边界
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②相对的弦切角 θ 相等，与相邻的弦切角 θ′互补，即 θ＋θ′＝180°。 (3)运动时间的确定 粒子在磁场中运动一周的时间为 T，当粒子运动的圆弧轨迹所对应的圆 心角为 α 时，其运动时间由下式表示： t＝36α0°T或t＝2απT。
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A．组成 A 束和 B 束的离子都带负电 B．组成 A 束和 B 束的离子质量一定不同 C．A 束离子的比荷大于 B 束离子的比荷 D．速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外
答案 C
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答案
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2．洛伦兹力与电场力的比较
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例 1 如图所示，在竖直平面内放一个光滑绝缘的半圆形轨道，水平方 向的匀强磁场与半圆形轨道所在的平面垂直。一个带负电荷的小滑块由静止 开始从半圆形轨道的最高点 M 滑下到最右端的过程中，下列说法中正确的是 ()
□05 磁感应强度 B 和粒子的 □06 比荷mq 有关。比荷mq 相同的带电粒子，在同样
的匀强磁场中 T、f、ω 相同。
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一 思维辨析 1．带电粒子在磁场中运动时，一定会受到磁场力的作用。( × ) 2．洛伦兹力的方向垂直于 B 和 v 决定的平面，洛伦兹力对带电粒子永 远不做功。( √ ) 3．根据公式 T＝2vπr，说明带电粒子在匀强磁场中的运动周期 T 与 v 成 反比。( × )
解析 由左手定则结合带电粒子 A、B 在磁场中偏转的轨迹知 A、B 均 带正电，故 A 错误。由 r＝mBqv知 A 的比荷大于 B 的比荷，无法单独判断离子 质量关系，故 B 错误，C 正确。速度选择器中离子受电场力向右，所以洛伦 兹力应向左，结合左手定则可判断磁场方向应垂直纸面向里，故 D 错误。