2022届高考物理 第2单元磁场对运动电荷的作用课件 新人教版

1、其次单元磁场对运动电荷的作用其次单元磁场对运动电荷的作用 1定义：电荷在磁场中所受的力2大小(1)vB时，F.(2)vB时，F.(3)v与B夹角为时：F.运动运动0qv vBqv vBsin3方向：F，v，B三者的关系满意定就4特点：由于F始终v的方向，故洛伦兹力永不做功特殊提示：洛伦兹力是安培力的微观实质，安培力是洛伦兹力的宏观表现左手左手垂直于垂直于1如带电粒子的速度方向与匀强磁场方向平行，带电粒子以入射速度v做运动2如带电粒子的速度方向与匀强磁场方向垂直，带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速度v做运动匀速直线匀速直线匀速圆周匀速圆周(2)T，f和的特点T，f和的大小与轨道半径r和运行速率v，只与磁场的和粒子的有关无关无关磁感应强度磁感应强度B1洛伦兹力和安培力的关系洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中全部定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现2洛伦兹力方向的特点(1)洛伦兹力的方向与电荷运动的方向和磁场方向都垂直，即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)用左手定就判定负

2、电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时，要留意将四指指向电荷运动的反方向3洛伦兹力与电场力的比较对应力内容项目洛伦兹力F电场力F性质磁场对在其中运动电荷的作用力电场对放入其中电荷的作用力产生条件v0且v不与B平行电场中的电荷一定受到电场力作用大小FqvB(vB)FqE对应力内容项目洛伦兹力F电场力F力方向与场方向的关系一定是FB，Fv，与电荷电性无关正电荷与电场方向相同，负电荷与电场方向相反做功情况任何情况下都不做功可能做正功、负功，也可能不做功对应力内容项目洛伦兹力F电场力F力F为零时场的情况F为零，B不一定为零F为零，E一定为零作用效果只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向(1)洛伦兹力方向与速度方向肯定垂直，而电场力的方向与速度方向无必定联系(2)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久不做功，而安培力对通电导线可做正功，可做负功，也可不做功1圆心的确定(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道的圆心(如图1(1)所示，图中P

3、为入射点，M为出射点)(2)已知入射点和出射点的位置时，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道的圆心(如图1(2)，P为入射点，M为出射点)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2所示)(2)平行边界(存在临界条件，如图3)(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出如图4)3半径的确定和运算利用平面几何关系，求出该圆的可能半径(或圆心角)并留意以下两个重要的几何特点：(1)粒子速度的偏向角()等于回旋角()，并等于弦AB与切线的夹角(弦切角)的2倍(如图5所示)，即2t.(2)相对的弦切角()相等，与相邻的弦切角()互补，即180.4运动时间的确定粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为时，其运动时间由下式表示：5带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法三步法(1)画轨迹：即确定圆心，几何方法求半径并画出轨迹(2)找联系：轨道半径与磁感应强度，运动速度相联系，偏转角度与圆心角，运动时间相联系，在磁场中运动的时间与周期相联系(3)用规律：即牛顿其次定律和圆周运动的规律，特殊是

4、周期公式，半径公式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，可能带正电，也可能带负电，在相同的初速度的条件下，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，形成多解如图6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告知了磁感应强度大小，而未具体指出磁感应强度方向，此时必需要考虑磁感应强度方向不确定而形成的多解如图7带正电粒子以速率v垂直进入匀强磁场，如B垂直纸面对里，其轨迹为a，如B垂直纸面对外，其轨迹为b.3临界状态不惟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，它可能穿过去了，也可能转过180从入射界面这边反向飞出，如图8所示，于是形成了多解4运动的往复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9所示要充分考虑带电粒子的电性，磁场方向，轨迹及临界条件的多种可能性，画出其运动轨迹，分阶段，分层次地求解带电粒子在磁场中运动，确定粒子运动的轨道半径，偏角，运动时间，粒子的比荷(q/m)，加速电压等参量求解【例1】在以坐标原点O为圆心，r为

5、半径的圆形区域内，存在磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面对里的匀强磁场，如图10所示一个不计重力的带电粒子从磁场边界与x轴的交点A处以速度v沿x方向射入磁场，它恰好从磁场边界与y轴的交点C处沿y方向飞出(1)请判定该粒子带何种电荷，并求出其比荷；(2)如磁场的方向和所在空间范畴不变，而磁感应强度的大小变为B，该粒子仍从A处以相同的速度射入磁场，但飞出磁场时的速度方向相对于入射方向转变了60，求磁感应强度B多大，此次粒子在磁场中运动所用时间t是多少高分通道电荷在磁场中做匀速圆周运动的解题模式：变式1：如图12所示，在x轴上方存在着垂直于纸面对里，磁感应强度为B的匀强磁场，一个不计重力的带电粒子从坐标原点O处以速度v进入磁场，粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与x轴正方向成120角，如粒子穿过y轴正半轴后在磁场中到x轴的最大距离为a，就该粒子的比荷和所带电荷的正负是()答案：答案：C【例2】如图14所示，匀强磁场的磁感应强度为B，宽度为d，边界为CD和EF.一电子从CD边界外侧以速率v0垂直射入匀强磁场，入射方向与CD边界间夹角为.已知电子的质量为m，电荷量为e，为使电子能从磁场的另一侧

6、EF射出，求电子的速率v0至少多大？解析：此题考查圆周运动的边界问题的求解方法当入射速率v0很小时，电子会在磁场中转动一段圆弧后又从CD一侧射出，速率越大，轨道半径越大，当轨道的边界与EF相切时，电子恰好不能从EF射出电子恰好射出时，其轨迹如图15所示由图所示几何学问可得：rrcosd高分通道临界和极值问题，常借助于半径r和速度v(或磁场B)之间的约束关系，进行动态运动轨迹分析，确定轨迹圆和边界的关系，找出临界点，然后利用数学方法求解极值变式2：如图16所示，一带正电的质子以初速度v0从O点垂直射入平行板NP和MQ之间，两个板间存在垂直于纸面对里的匀强磁场已知两板之间距离为d，板长为d，O点是NP的中点，为使粒子能从两板间射出，试求磁感应强度B应满意的条件(已知质子的带电荷量为e，质量为m)【例3】如图18甲所示，M，N为竖直放置彼此平行的两块平板，板间距离为d，两板中心各有一个小孔O，O且正对，在两板间有垂直于纸面方向的磁场，磁感应强度随时间的变化如图18乙所示有一束正离子在t0时垂直于M板从小孔O射入磁场已知正离子的质量为m，带电荷量为q，正离子在磁场中做匀速圆周运动的周期与磁感应

7、强度变化的周期都为T0，不考虑由于磁场变化而产生的电场的影响，不计离子所受重力求：(1)磁感应强度B0的大小；(2)要使正离子从O孔垂直于N板射出磁场，正离子射入磁场时的速度v0的可能值解析：先分析正离子在交变磁场中的运动性质，明确物理过程，然后判定出要使正离子垂直于N板射出磁场，必需让正离子从O孔垂直于M板射入磁场，且在磁场中运动的时间正好是磁场变化周期的整数倍设垂直于纸面对里的磁场方向为正方向高分通道求解带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的题目时，正确地画出带电粒子的轨迹是解题的关键，作图时肯定要认真，规范，不要怕耽搁时间，否就将会增大解题难度，造成失误解题中，除了要敏捷运用圆周运动的规律外，仍要留意到电荷受各种因素的制约，往往不是惟一的解，这就要求同学们必需深刻懂得题意，挖掘隐含条件，分析不确定因素，力求解答精确，完整变式3：如图20所示，一对平行极板长为x，极间距离为y，板间有垂直于纸面对里的磁感应强度为B的匀强磁场，一质量为m，电荷量为q的电子，从左侧边界线的中点处，平行于极板且垂直于磁感线的方向射入磁场，欲使电子不飞出匀强磁场区，它的速率v应满意什么条件？当vv1时，电子将不能

8、从左侧飞出磁场区设电子从下极板右端飞出磁场，其运动轨迹如右图22所示作电子射入速度和射出速度的垂线，和射入点与射出点连线的中垂线的交点O即为电子在磁场中做圆周运动的圆心，由图中几何关系就有1(2021年安徽卷)如图23是科学史上一张闻名的试验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹云室放置在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用分析此径迹可知粒子()A带正电，由下往上运动B带正电，由上往下运动C带负电，由上往下运动D带负电，由下往上运动答案：答案：A 2如图24所示，一个带正电，电荷量为q的小带电体处于蹄形磁铁两极之间的匀强磁场里，磁场的方向垂直于纸面对里，磁感应强度为B，如小带电体的质量为m，为了使它对水平绝缘面正好无压力，应当()解析：假定磁场不动，小球应向右运动且有mgqvB.由相对运动知D对答案：D3在如图25所示的三维空间中，存在方向未知的匀强磁场一电子从坐标原点动身，沿x轴正方向运动时方向不变；沿y轴正方向运动时，受到沿z轴负方向的洛伦兹力作用就当电子从O点沿z轴正方向动身时()A磁场方向沿x轴正方向B电子在O点所受洛伦兹力沿

9、y轴正方向C动身后在xOz平面内，沿逆时针方向做匀速圆周运动D动身后在yOz平面内，沿顺时针方向做匀速圆周运动解析：运动的电荷在匀强磁场中运动方向不变有两种可能：一是电荷沿磁场方向运动不受洛伦兹力；二是电荷受洛伦兹力与其他力的合力为零此题电子沿x轴正方向运动时方向不变，说明沿磁场方向运动，即磁场方向与yOz平面垂直，而电子沿y轴正方向运动时，受到沿z轴负方向的洛伦兹力作用，由左手定就可知，磁场指向纸内当电子从O点沿z轴正方向动身时，轨道平面肯定在yOz平面内，沿顺时针方向做匀速圆周运动，且圆心在y轴正方向上某一点如下图26所示故正确答案为B，D.答案：BD4(2021年丰城模拟)如图27所示，一个带负电的物体从粗糙斜面顶端滑到斜面底端时的速度为v，如加上一个垂直纸面对外的磁场，就滑到底端时()Av变大Bv变小Cv不变D不能确定解析：洛伦兹力虽然不做功，但其方向垂直斜面对下，使物体与斜面间的正压力变大，故摩擦力变大，缺失的机械能增加故B正确答案：B5(2021年山东淄博)如图28所示，ABC为与匀强磁场垂直的边长为a的等边三角形，磁场垂直纸面对外，荷质比为的电子以速度v0从A点沿AB方向射入，欲使电子能经过BC边，就磁感应强度B的取值应为()答案：答案：C 6电子质量为m，电荷量为q，以与x轴成角的速率v0射入磁感应强度为B的匀强磁场中，最终落在x轴上的P点，如图30所示，求：(1)的长度；(2)电子由O点射入到落到P点所需的时间t.

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