福建省高中物理第一轮总复习-第8章第3课时-磁场对运动电荷的作用鲁科版-新课标PPT课件.ppt

磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用第八章一、洛伦兹力一、洛伦兹力1.洛伦兹力是洛伦兹力是.2.大大小小：(此此式式只只适适用用于于电电荷荷运运动动方方向向与与磁磁场场方方向向垂垂直直的的情情况况.若若两两方方向向成成角角，洛洛伦伦兹兹力力大大小小为为F=qvBsin，当当=0时时，F=0，当，当=90时，时，F=qvB).3.方方向向：由由左左手手定定则则判判定定(注注意意正正、负负电电荷荷的的不不同同).F一一定定垂垂直直B、v所所决决定定的的平平面面，但但B与与v不一定垂直不一定垂直.磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力F=qvB4.特点：特点：(1)不不论论带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中做做何何种种运运动动，因因为为Fv，故故F一一定定不不做做功功.只只改改变变速速度度的的方方向向，因因而而不不改改变变速速度度的的大大小小，所所以以运运动动电电荷荷垂垂直直磁磁感感线线进进入入匀匀强强磁磁场场仅受洛伦兹力时，一定做仅受洛伦兹力时，一定做.(2)F与与运运动动状状态态有有关关.速速度度变变化化会会引引起起F的的变变化化，对对电电荷荷进进行行受受力力分分析析和和运运动状态分析时应注意动状态分析时应注意.匀速圆周运动匀速圆周运动二二、带带电电粒粒子子在在匀匀强强磁磁场场中中运运动动(不不计计其其他力的作用他力的作用)1.若若带带电电粒粒子子初初速速度度方方向向与与磁磁场场方方向向共共线线，则做则做.2.若若带带电电粒粒子子垂垂直直进进入入匀匀强强磁磁场场，则则做做匀匀速圆周运动速圆周运动.(1)向心力由洛伦兹力提供：向心力由洛伦兹力提供：；(2)轨道半径轨道半径，周期周期等等.匀速直线运动匀速直线运动洛伦兹力的方向判定洛伦兹力的方向判定左手定则左手定则图图936真空中两根长直金属导线真空中两根长直金属导线平行放置，其中只有一根导线中平行放置，其中只有一根导线中通有方向未知的恒定电流，一电通有方向未知的恒定电流，一电子从子从P点射入两导线之间的区域，点射入两导线之间的区域，初速度方向在两导线所确定的平初速度方向在两导线所确定的平面内，如图面内，如图936所示，今用某种所示，今用某种方法记录到电子运动轨迹的一部方法记录到电子运动轨迹的一部分如图中的曲线分如图中的曲线PQ所示，所示，由由此此判判断断两两导导线线的的通通电电情情况况是是()A.ab导线中通有从导线中通有从a到到b方向的电流方向的电流B.ab导线中通有从导线中通有从b到到a方向的电流方向的电流C.cd导线中通有从导线中通有从c到到d方向的电流方向的电流D.cd导线中通有从导线中通有从d到到c方向的电流方向的电流由由图图可可以以看看出出，电电子子运运动动的的轨轨迹迹，右右边边的的圆圆弧弧半半径径小小些些，磁磁场场强强些些，说说明明是是cd中中有有电电流流，由由左左手手定定则则知知电电子子处处在在垂垂直直纸纸面面向向里里的的磁磁场场中中，再再由由安安培培定则知，电流从定则知，电流从c流向流向d，故选，故选C.变变式式训训练练1：图图937是是科科学学史史上上一一张张著著名名的的实实验验照照片片，显显示示一一个个带带电电粒粒子子在在云云室室中中穿穿过过某某种种金金属属板板运运动动的的径径迹迹云云室室放放置置在在匀匀强强磁磁场场中中，磁磁场场方方向向垂垂直直照照片片向向里里云云室室中中横横放放的的金金属属板板对对粒粒子子的的运运动动起起阻阻碍碍作作用用分分析析此此径径迹迹可可知粒子知粒子()A带正电，由下往上运动带正电，由下往上运动 B带正电，由上往下运动带正电，由上往下运动C带负电，由上往下运动带负电，由上往下运动 D带负电，由下往上运动带负电，由下往上运动图图937带带电电粒粒子子在在匀匀强强磁磁场场中中的的运动运动一一足足够够长长的的矩矩形形区区域域abcd内内充充满满磁磁感感应应强强度度为为B、方方向向垂垂直直于于纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场，矩矩形形区区域域的的左左边边界界ad长长为为L，现现从从ad中中点点垂垂直直于于磁磁场场射射入入一一速速度度方方向向与与ad边边夹夹角角为为30，大大小小为为v0的的带带正正电电粒粒子子，如如图图938所所示示，已已知知粒粒子子电电荷荷量量为为q，质质量为量为m(重力不计重力不计).(1)若若要要求求粒粒子子能能从从ab边边射射出出磁磁场场，v0应满足什么条件应满足什么条件?(2)若若要要求求粒粒子子在在磁磁场场中中运运动动的的时时间间最最长长，粒粒子子应应从从哪哪一一条条边边界界处处射射出出，出出射射点点位于该边界上何处位于该边界上何处?最长时间是多少最长时间是多少?图图938(1)若粒子速度为若粒子速度为v0，则则 ，所以有所以有R=，如下图所示，如下图所示.设设圆圆心心在在O1处处对对应应圆圆弧弧与与ab边边相相切切，相相应应速度为速度为v01，则，则R1R1sin=，将将R1=代入上式可得，代入上式可得，v01=类类似似地地，设设圆圆心心在在O2处处对对应应圆圆弧弧与与cd边边相相切，相应速度为切，相应速度为v02，则，则R2R2sin=，将将R2=代入上式可得，代入上式可得，v02=所以粒子能从所以粒子能从ab边上射出磁场的边上射出磁场的v0应满足应满足v0(2)由由 及及可可知知，粒粒子子在在磁磁场场中中经经过过的的弧弧所所对对的的圆圆心心角角越越大大，在在磁磁场场中中运运动动的的时时间间也也越越长长.由由图图可可知知，在在磁磁场场中中运运动动的的半半径径rR1时时，运运动动时时间间最最长长，弧弧所所对对圆圆心心角角为为(22)，所以最长时间为所以最长时间为t 解解答答此此类类问问题题的的关关键键是是确确定定粒粒子子圆圆周周运运动动的的圆圆心心、半半径径和和轨轨迹迹，找找圆圆心心的的方方法法是是根根据据粒粒子子进进入入磁磁场场时时的的初初始始条条件件和和射射出出磁磁场场时时的的边边界界条条件件.确确定定粒粒子子半半径径要要用用到到几几何何知知识识，根根据据边边角角关关系系确定确定.变变式式训训练练2：如如图图939所所示示，质质量量、电电荷荷量量、速速率率相相同同的的带带电电粒粒子子垂垂直直射射入入匀匀强强磁磁场场，如如果果粒粒子子垂垂直直于于缝缝S射射入入则则粒粒子子达达到到照照相相底底片片上上的的N点点，但但实实际际上上一一些些粒粒子子偏偏离离一一个个很很小小的的角角度度射射入入，如如果果要要求求粒粒子子达达到到照照相相底底片片上上距距N的的距距离离不不大大于于直直径径2R的的0.1%，则则应应不不大大于于多多少少？(结结果果可可用用反反三三角角函数值表示函数值表示)图图939洛伦兹力和力学的综合洛伦兹力和力学的综合一一个个质质量量m=0.1g的的小小滑滑块块，带带有有q=5104C的的电电荷荷，放放置置在在倾倾角角=30的的光光滑滑斜斜面面上上(绝绝缘缘)，斜斜面面置置于于B=0.5T的的匀匀强强磁磁场场中中，磁磁场场方方向向垂垂直直纸纸面面向向里里，如如图图9310所所示示，小小滑滑块块由由静静止止开开始始沿沿斜斜面面滑滑下下，斜斜面面足足够够长长，小小滑滑块块滑滑至至某某一位置时，要离开斜面，一位置时，要离开斜面，求求(1)小滑块带何种电荷？小滑块带何种电荷？(2)小滑块离开斜面的瞬时速度多大？小滑块离开斜面的瞬时速度多大？(3)该该 斜斜 面面 的的 长长 度度 至至 少少 多多 长长？(g=10m/s2)图图9310(1)小小滑滑块块沿沿斜斜面面下下滑滑过过程程中中，受受重重力力mg、斜斜面面支支持持力力N和和洛洛伦伦兹兹力力f，若若要要小小滑滑块块离离开开斜斜面面，洛洛伦伦兹兹力力f方方向向应应垂垂直直斜斜面面向向上上，根根据据左左手手定定则则可可知知，小小滑滑块块应应带带负负电电荷荷，受受力力分分析析如右图所示如右图所示(2)小小滑滑块块沿沿斜斜面面下下滑滑时时，垂垂直直斜斜面面方方向向的的加加速速度度为为零零，即即有有Bqv+Nmgcos=0当当N=0时，小滑块开始脱离斜面，所以时，小滑块开始脱离斜面，所以v=3.5m/s(3)下下滑滑过过程程中中，只只有有重重力力做做功功，由由动动能能定理定理mgssin=mv2斜面的长度至少应是斜面的长度至少应是该该题题是是洛洛伦伦兹兹力力与与力力学学知知识识结结合合的的题题目目，考考查查左左手手定定则则及及平平衡衡条条件件的的应应用用，洛洛伦伦兹兹力力大大小小计计算算及及洛洛伦伦兹兹力力不不做做功功等等知知识识的的综综合合应应用用.解解此此题题时时要要注注意意，滑滑块块受受的的洛洛伦伦兹兹力力虽虽然然是是变变力力，但但运运动动是匀变速运动是匀变速运动.变变式式训训练练3：某某空空间间存存在在着着如如图图9311所所示示的的水水平平方方向向的的匀匀强强磁磁场场，A、B两两个个物物块块叠叠放放在在一一起起，并并置置于于光光滑滑的的绝绝缘缘水水平平地地面面上上物物块块A带带正正电电，物物块块B为为不不带带电电的的绝绝缘缘块块水水平平恒恒力力F作作用用在在物物块块B上上，使使A、B一一起起由由静静止止开开始始向向左左运运动动在在A、B一一起起向向左左运运动动的的过过程程中中，以以下下关关于于A、B受受力力的的说说法法中中正正确的是确的是()AA对对B的压力变大的压力变大 BB对对A的摩擦力变小的摩擦力变小 CA对对B的摩擦力变大的摩擦力变大 DB对地面的压力保持不变对地面的压力保持不变图图9311 解解析析：A受受到到向向下下的的洛洛伦伦兹兹力力作作用用，所所以以A对对B的的压压力力变变大大，A正正确确，D错错误误AB的的加加速速度度不不变变，所所以以A向向左左的的合合外外力力不不变，变，B、C错误错误 答案：答案：A 1.初初速速度度为为v0的的电电子子，沿沿平平行行于于通通电电直直导导线线的的方方向向射射入入，直直导导线线中中电电流流方方向向与与电电子子初初始始运运动动方向如图方向如图9312所示，则所示，则()A电子将向右偏转，速率不变电子将向右偏转，速率不变 B电子将向左偏转，速率改变电子将向左偏转，速率改变 C电子将向左偏转，速率不变电子将向左偏转，速率不变 D电子将向右偏转，速率改变电子将向右偏转，速率改变 A图图9312 2.关关于于带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中的的运运动动，下下面面说说法法错错误的是误的是(不计重力不计重力)()A粒粒子子逆逆着着磁磁感感线线射射入入磁磁场场，磁磁场场力力做做负负功功，粒子的动能减少粒子的动能减少 B粒粒子子垂垂直直磁磁感感线线射射入入匀匀强强磁磁场场，其其所所受受洛洛伦伦兹兹力力只只改改变变它它的的速速度度方方向向，不不改改变变速速度度的的大大小小，粒子将做匀速圆周运动粒子将做匀速圆周运动 C无无论论沿沿任任何何方方向向射射入入磁磁场场，洛洛伦伦兹兹力力对对粒粒子都不做功子都不做功 D粒粒子子沿沿磁磁感感线线射射入入匀匀强强磁磁场场，它它不不受受磁磁场场力作用，做匀速直线运动力作用，做匀速直线运动 A 3.电电荷荷量量为为+q的的粒粒子子，在在匀匀强强磁磁场场中中运运动动，下下面说法中正确的是面说法中正确的是()A只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同 B某某瞬瞬时时如如果果把把+q改改为为q，且且速速度度反反向向而而大大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变 C只只要要带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中运运动动，它它一一定定受受洛洛伦兹力作用伦兹力作用 D带带电电粒粒子子受受洛洛伦伦兹兹力力越越小小，则则该该磁磁场场的的磁磁感应强度越小感应强度越小B4.质质子子(p)和和a粒粒子子以以相相同同的的速速率率在在同同一一匀匀强强磁磁场场中中做做匀匀速速圆圆周周运运动动，轨轨道道半半径径分分别别为为Rp和和Ra a，周周期期分分别别为为Tp和和Ta a，则则下下列列选选项项正正确确的是的是()ARa aRp=21，Ta aTp=21BRa aRp=11，Ta aTp=11CRa aRp=11，Ta aTp=21DRa aRp=21，Ta aTp=11 5.质质量量为为m，带带正正电电荷荷量量q的的粒粒子子，垂垂直直磁磁场场方方向向从从A射射入入匀匀强强磁磁场场，磁磁感感应应强强度度为为B，途途经经P点点已已知知AP连连线线与与入入射射方方向向成成a角角如如图图9313所示，则离子从所示，则离子从A到到P经历的时间为经历的时间为()图图9313 6.图图9314中中为为一一“滤滤速速器器”装装置置示示意意图图a、b为为水水平平放放置置的的平平行行金金属属板板，一一束束具具有有各各种种不不同同速速率率的的电电子子沿沿水水平平方方向向经经小小孔孔O进进入入a、b两两板板之之间间为为了了选选取取具具有有某某种种特特定定速速率率的的电电子子，可可在在a、b间间加加上上电电压压，并并沿沿垂垂直直于于纸纸面面的的方方向向加加一一匀匀强强磁磁场场，使使所所选选电电子子仍仍能能够够沿沿水水平平直直线线OO运运动动，由由O射射出出不不计重力作用可能达到上述目的的办法是计重力作用可能达到上述目的的办法是()图图9314A使使a板电势高于板电势高于b板，磁场方向水平向右板，磁场方向水平向右B使使a板电势低于板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里板，磁场方向垂直纸面向里C使使a板电势高于板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外板，磁场方向垂直纸面向外D使使a板电势低于板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外板，磁场方向垂直纸面向外答案：答案：D 7.如如图图9315所所示示是是某某离离子子速速度度选选择择器器的的原原理理示示意意图图，在在一一半半径径为为R=10cm的的圆圆形形筒筒内内有有B=1104T的的匀匀强强磁磁场场，方方向向平平行行于于轴轴线线在在圆圆柱柱形形筒筒上上某某一一直直径径两两端端开开有有小小孔孔a、b分分别别作作为为入入射射孔孔和和出出射射孔孔现现有有一一束束比比荷荷为为=21011C/kg的的正正离离子子，以以不不同同角角度度a入入射射，最最后后有有不不同同速速度度的的离离子子束束射射出出，其其中中入入射射角角a=30，且且不不经经碰碰撞撞而而直接从出射孔射出的直接从出射孔射出的离子的速度离子的速度v大小是大小是()A4105m/s B2105m/sC4106m/s D2106m/s图图9315 8.在高纬度地区的高空，大气稀薄，常出现五颜六在高纬度地区的高空，大气稀薄，常出现五颜六色的弧状、带状或幕状的极其美丽壮观的发光现象，色的弧状、带状或幕状的极其美丽壮观的发光现象，这就是我们常说的这就是我们常说的“极光极光”“极光极光”是由太阳发射是由太阳发射的高速带电粒子受地磁场的影响，进入两极附近时，的高速带电粒子受地磁场的影响，进入两极附近时，撞击并激发高空中的空气分子和原子引起的假如我撞击并激发高空中的空气分子和原子引起的假如我们在北极地区忽然发现正上方的高空出现了射向地球们在北极地区忽然发现正上方的高空出现了射向地球的、沿顺时针方向生成的紫色弧状极光的、沿顺时针方向生成的紫色弧状极光(显示带电粒子显示带电粒子的运动轨迹的运动轨迹)则关于引起这一现象的高速粒子的电性则关于引起这一现象的高速粒子的电性及弧状极光的弯曲程度的说法中，正确的是及弧状极光的弯曲程度的说法中，正确的是()A高速粒子带负电高速粒子带负电 B高速粒子带正电高速粒子带正电 C轨迹半径不变轨迹半径不变 D轨迹半径逐渐增大轨迹半径逐渐增大 9.据据报报道道，我我国国最最近近实实施施的的“双双星星”计计划划发发射射的的卫卫星星中中放放置置一一种种磁磁强强计计，用用于于完完成成测测定定地地磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度等等研研究究项项目目磁磁强强计计的的原原理理如如图图9316所所示示，电电路路中中有有一一段段金金属属导导体体，它它的的横横截截面面是是宽宽为为a，高高为为b的的长长方方形形，使使磁磁场场沿沿z轴轴正正方方向向穿穿过过导导体体，导导体体中中通通有有沿沿y轴轴正正方方向向、大大小小为为I的的电流已知金属导体单位体积电流已知金属导体单位体积中的自由电子为中的自由电子为n，电子电荷量，电子电荷量为为e.金属导电过程中，自由电金属导电过程中，自由电子做定向移动可视为匀速运动子做定向移动可视为匀速运动 图图9316 (1)金金属属导导体体前前后后两两个个侧侧面面(x=a为为前前侧侧面面，x=0为后侧面为后侧面)哪个电势较高？哪个电势较高？(2)在在实实现现上上述述稳稳定定状状态态之之后后，如如果果再再进进一一步步测测出出该该金金属属导导体体前前后后两两个个侧侧面面间间的的电电势势差差为为U，若若通通过过导导体体内内的的磁磁场场可可以以认认为为是是匀匀强强的的，则则由由此此求出磁感应强度求出磁感应强度B的大小为多少？的大小为多少？10.如如图图9317所所示示，质质量量为为m、带带正正电电的的小小球球，电电荷荷量量为为q，可可在在半半径径为为R的的半半圆圆形形光光滑滑绝绝缘缘轨轨道道两两端端点点M、N之之间间来来回回滚滚动动，匀匀强强磁磁场场垂垂直直轨轨道道平平面面，在在M、N处处小小球球速速度度为为零零，若若小小球球在在最最低低点点对对轨道的最小压力为零，则轨道的最小压力为零，则 (1)磁场磁感应强度磁场磁感应强度B为多大？为多大？(2)小球对轨道最低点的最大小球对轨道最低点的最大压力为多大？压力为多大？9317 11.两两荧荧光光屏屏互互相相垂垂直直放放置置，俯俯视视时时两两屏屏所所在在直直线线分分别别为为x和和y轴轴，交交点点O为为原原点点，如如图图9318所所示示，在在y0,0 xa的的区区域域有有垂垂直直于于纸纸面面向向内内的的匀匀强强磁磁场场，在在y0，xa的的区区域域有有垂垂直直于于纸纸面面向向外外的的匀匀强强磁磁场场，两两区区域域内内的的磁磁感感应应强强度度大大小小均均为为B.在在O点点处处有有一一小小孔孔，一束质量为一束质量为m、带电、带电量为量为q(q0)的粒子沿的粒子沿x轴经小轴经小孔射入磁场，最后打在竖直和孔射入磁场，最后打在竖直和水平荧光屏上，使荧光屏发亮水平荧光屏上，使荧光屏发亮 图图9318入入射射粒粒子子的的速速度度可可取取从从零零到到某某一一最最大大值值之之间间的的各各种种数数值值已已知知速速度度最最大大的的粒粒子子在在0 xa的的区区域域中中运运动动的的时时间间与与在在xa的的区区域域中中运运动动的的时时间间之之比比为为25，在在磁磁场场中中运运动动的的总总时时间间为为7T/12，其其中中T为为该该粒粒子子在在磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场中中做做圆圆周周运运动动的的周周期期试试求求两两个个荧荧光光屏屏上上亮亮线线的的范围范围(不计重力的影响不计重力的影响)解解析析：对对于于y轴轴上上的的光光屏屏亮亮线线范范围围的的临临界界条条件件如如图图(a)所所示示：带带电电粒粒子子的的轨轨迹迹和和x=a相相切切，此此时时r=a，y轴上的最高点为轴上的最高点为y=2r=2a；对对于于x轴轴上上光光屏屏亮亮线线范范围围的的临临界界条条件件如如图图(b)所所示示：左左边边界界的的极极限限情情况况还还是是和和x=a相相切切，此此刻刻，带带电电粒子在右边的轨迹是个圆，粒子在右边的轨迹是个圆，12.如如图图9319为为可可测测定定比比荷荷的的某某装装置置的的简简化化示示意意图图，在在第第一一象象限限区区域域内内有有垂垂直直于于纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场，磁磁感感应应强强度度大大小小B=2.0103T，在在x轴轴上上距距坐坐标标原原点点L=0.50m的的P处处为为粒粒子子的的入入射射口口，在在y轴轴上上 安安 放放 接接 收收 器器，现现 将将 一一 带带 正正 电电 荷荷 的的 粒粒 子子 以以v=3.5104m/s的的速速率率从从P处处射射入入磁磁场场，若若粒粒子子在在y轴轴上上距距坐坐标标原原点点L=0.50m的的M处处被被观观测测到到，且且运运动动轨轨迹迹半半径径恰恰好好最最小小，设设带带电电粒粒子子的的质质量量为为m，电电量量为为q，不计其重力，不计其重力图图9319(1)求上述粒子的比荷求上述粒子的比荷 ；(2)如如果果在在上上述述粒粒子子运运动动过过程程中中的的某某个个时时刻刻，在在第第一一象象限限内内再再加加一一个个匀匀强强电电场场就就可可以以使使其其沿沿y轴轴正正方方向向做做匀匀速速直直线线运运动动，求求该该匀匀强强电电场场的的场场强强大大小小和和方方向向，并并求求出出从从粒粒子子射射入入磁磁场场开开始始计计时时经经过过多多长长时间加这个匀强电场；时间加这个匀强电场；(3)为为了了在在M处处观观测测到到按按题题设设条条件件运运动动的的上上述述粒粒子子，第第一一象象限限内内的的磁磁场场可可以以局局限限在在一一个个矩矩形形区区域域内内，求求此此矩矩形形磁磁场场区区域域的的最小面积，并在图中画出该矩形最小面积，并在图中画出该矩形 (2)设设所所加加电电场场的的场场强强大大小小为为E.如如图图乙乙，当当粒粒子子经经过过Q点点时时，速速度度沿沿y轴轴正正方方向向，依依题题意意，在在此此时时加加入入沿沿x轴轴正正方方向向的的匀匀强强电电场场，电电场场力力与与此此时时洛洛伦兹力平衡，则有伦兹力平衡，则有qE=qvB (3)如如图图丙丙，所所求求的的最最小小矩矩形形是是MM1P1P，该该区域面积区域面积 S=2r2 联立联立并代入数据得并代入数据得 S=0.25m2 矩形如图矩形如图 丙中丙中MM1P1P(虚线虚线)