1、,大一轮复习讲义,第2讲 磁场对运动电荷的作用,第八章 磁场,NEIRONGSUOYIN,内容索引,过好双基关,研透命题点,随堂测试,回扣基础知识 训练基础题目,细研考纲和真题 分析突破命题点,随堂检测 检测课堂学习效果,课时作业,限时训练 练规范 练速度,过好双基关,一、洛伦兹力的大小和方向,1.定义：磁场对 的作用力. 2.大小 (1)vB时，F ； (2)vB时，F ； (3)v与B的夹角为时，F .,运动电荷,0,qvB,qvBsin ,3.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动的反方向； (2)方向特点：FB，Fv，即F垂直于 决定的平面.(注意
2、B和v可以有任意夹角) 4.做功：洛伦兹力 .,B、v,不做功,自测1 带电荷量为q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是 A.只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同 B.如果把q改为q，且速度反向、大小不变，则其所受洛伦兹力的大小、方向均不变 C.洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直 D.粒子在只受洛伦兹力作用下运动的动能、速度均不变,二、带电粒子(不计重力)在匀强磁场中的运动,1.若vB，带电粒子以入射速度v做 运动. 2.若vB，带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速度大小v做_ 运动. 3.基本公式 (1)向心力公式：qvB ； (2)轨道半径公式：r
3、 ； (3)周期公式：T . 注意：带电粒子在匀强磁场中运动的周期与速率 .,匀速直线,匀速圆周,无关,自测2 (多选)如图1所示，在匀强磁场中，磁感应强度B12B2，当不计重力的带电粒子从B1磁场区域运动到B2磁场区域时，粒子的 A.速率将加倍 B.轨迹半径加倍 C.周期将加倍 D.做圆周运动的角速度将加倍,图1,研透命题点,1.洛伦兹力的特点 (1)利用左手定则判断洛伦兹力的方向，注意区分正、负电荷. (2)运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用. (3)洛伦兹力一定不做功. 2.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
4、以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功.,命题点一 对洛伦兹力的理解,3.洛伦兹力与电场力的比较,例1 (2018南京市、盐城市二模)如图2所示，在磁感应强度大小为B，范围足够大的水平匀强磁场内，固定着倾角为的绝缘斜面，一个质量为m、电荷量为q的带电小物块以初速度v0沿斜面向上运动，小物块与斜面间的动摩擦因数为.设滑动时电荷量不变，在小物块上滑过程中，其加速度大小a与时间t的关系图象，可能正确的是,图2,解析 物块向上运动的过程中合力为Fmgsin Ffmgsin mgcos qvB，方向沿斜面向下，故物块做减速运动，当物块速度减小时，所受合力减小，加速度减小，速度的变化越来越慢，即合力的变化越来
5、越慢，又因合力大小大于等于mgsin mgcos ，所以加速度减小得越来越慢，但大于等于某个值，不会逐渐减小到零，故C正确.,变式1 (2018南京市、盐城市一模)如图3所示，电视显像管中有一个电子枪，工作时它能发射电子，荧光屏被电子束撞击就能发光.在偏转线圈处有垂直于纸面的磁场B1和平行于纸面方向竖直的磁场B2，就是靠这样的磁场来使电子束偏转，使整个荧光屏发光.经检测仅有一处故障：磁场B1不存在，则荧光屏上 A.不亮 B.仅有一个中心亮点 C.仅有一条水平亮线 D.仅有一条竖直亮线,图3,解析 磁场B1 不存在，只有平行于纸面方向竖直的磁场B2，电子垂直进入该磁场后，所受的洛伦兹力为水平方向
6、，所以在荧光屏上仅有一条水平亮线，故C正确.,命题点二 带电粒子在有界匀强磁场中的运动,直线边界，粒子进出磁场具有对称性(如图4所示),模型1 直线边界匀强磁场,图4,例2 (2018南通市等七市三模)如图5所示，水平虚线MN上方有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里.大量带正电的相同粒子，以相同的速率沿位于纸面内水平向右到竖直向上90范围内的各个方向，由小孔O射入磁场区域，做半径为R的圆周运动.不计粒子重力和粒子间相互作用.下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域，其中正确的是,图5,解析 入射粒子轨迹圆半径相同，入射方向变化，可看作轨迹圆旋转，如图由，只有与两圆的“交集”区域没有粒子经过.,
7、平行边界存在临界条件(如图6所示),模型2 平行边界匀强磁场,图6,例3 (2018海安中学开学考)如图7，在0xl区域内存在与xOy平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B.一位于坐标原点的粒子源在xOy平面内发射出大量同种带负电粒子，所有粒子的初速度大小均为v0，方向与x轴正方向的夹角分布在060范围内，在xl处垂直x轴放置一荧光屏S.已知沿x轴正方向发射的粒子经过了荧光屏S上yl的点，则,图7,B.粒子的运动半径一定大于等于l,D.粒子打在荧光屏S上亮线的长度大于2l,解析 沿x轴正方向入射的粒子轨迹如图，,与x轴正方向的夹角在060范围内向x轴下方入射的粒子不会 打到屏S上，与x轴正方
8、向成60角向x轴上方入射的粒子轨迹如图，与屏S交于Q点，由图可知Q点纵坐标一定小于l，故PQ长度小于2l，故D错误；,沿径向射入圆形磁场必沿径向射出，运动具有对称性(如图8所示)90.,模型3 圆形边界匀强磁场,图8,例4 (多选)(2018江苏一模) 如图9所示，在半径为R的虚线圆形区域内存在一垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场.大量带电荷量为q的粒子以相同的速率从M点沿纸面以不同的方向射入该磁场，只有磁场边界MN劣弧上有粒子射出，已知NOM60.不计粒子重力及带电粒子之间的相互作用，则 A.这些粒子带负电,图9,解析 根据左手定则知，这些粒子带正电，故A错误； 当粒子在磁场中运动
9、半个圆周时，打到虚线圆形磁场的位置最远，根据几何关系知，粒子做匀速圆周运动的直径等于磁场区域圆的半径，即粒子运动轨迹半径r,命题点三 带电粒子在匀强磁场中运动的多解问题,例5 如图10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，两板中央各有一个小孔O、O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乙所示.有一群正离子在t0时垂直于M板从小孔O射入磁场.已知正离子质量为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，不计离子所受重力及离子之间的相互作用.求： (1)磁感应强度B0的大小；,
10、图10,解析 设垂直于纸面向里的磁场方向为正方向.,(2)要使正离子从O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 要使正离子从O孔垂直于N板射出磁场，v0的方向应如图所示，,随堂测试,1.(多选)(2018东台创新学校月考)以下说法正确的是 A.电荷处于电场中一定受到静电力 B.运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力 C.洛伦兹力对运动电荷一定不做功 D.洛伦兹力可以改变运动电荷的速度方向和速度大小,1,2,3,4,5,1,2,3,4,解析 电荷处于电场中一定受到静电力FqE，故A正确； 运动电荷的速度方向与磁场方向平行时，运动电荷不受洛伦兹力，故B错误； 洛伦兹力的方向始终与
11、速度方向垂直，洛伦兹力对运动电荷一定不做功，故C正确； 洛伦兹力对运动电荷一定不做功，由动能定理得，洛伦兹力不能改变运动电荷的动能，即洛伦兹力不能改变运动电荷的速度大小，只能改变速度方向，故D错误.,5,2.(多选)下列关于图11中各带电粒子所受洛伦兹力的方向或带电粒子的带电性质的判断正确的是A.甲图中粒子所受洛伦兹力方向竖直向上 B.乙图中粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面向里 C.丙图中粒子带负电 D.丁图中粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面向外,1,2,3,4,图11,5,3.(2018丰县中学月考)如图12所示，MN为铝质薄平板，铝板上方和下方分别有垂直于纸面的匀强磁场(未画出).一带电粒子从紧贴
12、铝板上表面的P点垂直于铝板向上射出，从Q点穿越铝板后到达PQ的中点O.已知粒子穿越铝板时，其动能损失一半，速度方向和电荷量不变.不计重力，铝板上方和下方的磁感应强度大小之比为,1,2,3,4,图12,5,1,2,3,4,5,4.在赤道处，将一小球向东水平抛出，落地点为a；给小球带上电荷后，仍从同一位置以原来的速度水平抛出，考虑地磁场的影响，不计空气阻力，下列说法正确的是 A.无论小球带何种电荷，小球仍会落在a点 B.无论小球带何种电荷，小球下落时间都会延长 C.若小球带负电荷，小球会落在更远的b点 D.若小球带正电荷，小球会落在更远的b点,1,2,3,4,5,5.如图13所示，在半径为R 的圆
13、形中，磁感应强度为B，圆形区域右侧有一竖直感光板MN，带正电粒子从圆弧顶点P以速率v0平行于纸面进入磁场，已知粒子的质量为m，电荷量为q，粒子重力不计.(1)若粒子对准圆心射入，求它在磁场中运动的时间；,图13,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,解析 设带电粒子进入磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径为r，由牛顿第二定律得Bqv0 解得rR 带电粒子在磁场中的运动轨迹为四分之一圆弧，轨迹对应的圆心角为 ，如图甲所示，则,(2)若粒子对准圆心射入，且速率为 v0，求它打到感光板上时速度的垂直分量；,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,其运动轨迹如图乙所示，由图可知PO2OOO2D30 所以带
14、电粒子离开磁场时速度的偏转角为60 故打到感光板上速度的垂直分量vvsin 60 v0,1,2,3,4,5,(3)若粒子以速度v0从P点以任意角射入磁场，试证明它离开磁场后均垂直打在感光板上.,答案 见解析,1,2,3,4,5,解析 当带电粒子以v0射入时，带电粒子在磁场中的运动轨迹半径为R. 设粒子射入方向与PO方向夹角为，带电粒子从区域边界S射出，带电粒子运动轨迹如图丙所示， 由图可知PO3O3SPOSOR 所以四边形POSO3为菱形 故POO3S 因此，带电粒子射出磁场时的速度方向为水平方向，与入射的方向无关，故粒子均能垂直打在感光板上.,课时作业,1.下列说法正确的是 A.运动电荷在磁
15、感应强度不为0的地方，一定受到洛伦兹力的作用 B.运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度一定为0 C.洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的速度 D.洛伦兹力对带电粒子总不做功,双基巩固练,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,2.如图1所示，电子射线管放在U形磁铁的N极和S极之间，射线管的P和Q两极分别接在直流高压电源的正极和负极，此时荧光屏上显示的电子束运动径迹将 A.向上偏转 B.向下偏转 C.不发生偏转 D.先向上偏转后向下偏转,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,图1,12,3.(多选)(2018东台创新学校月考)如图2所示，
16、质量为m、电荷量为q的带电粒子，以不同的初速度两次从O点垂直于磁场和磁场边界向上射入匀强磁场，在洛伦兹力作用下分别从M、N两点射出磁场，测得OMON34，粒子重力不计，则下列说法中不正确的是 A.带电粒子两次在磁场中运动的时间之比为34 B.带电粒子两次在磁场中运动的路程之比为34 C.带电粒子两次在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为34 D.带电粒子两次在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为43,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,图3,11,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,解析 粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律，有：qvB ，,12,由于轨道半径之
17、比为34，故弧长之比为34， 即路程之比为34，故B正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,轨道半径之比为34，故速度大小之比为34； 由于洛伦兹力FqvBv，故洛伦兹力大小之比为34， 故C正确，D错误.,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,4.(2019新海中学月考)如图3所示，圆形区域内有垂直纸面的匀强磁场，两个质量和电荷量都相同的带电粒子a、b，以不同的速率沿着AO方向对准圆心O射入磁场，其运动轨迹如图.若带电粒子只受洛伦兹力的作用，则下列说法正确的是 A.a粒子速率较大 B.b粒子速率较大 C.b粒子在磁场中运动时间较长 D.a、b粒子在磁场中运动时
18、间一样长,12,图3,5.如图4所示，长直导线ab附近有一带正电荷的小球用绝缘丝线静止悬挂在M点.当ab中通以由ba的恒定电流时，下列说法正确的是 A.小球受磁场力作用，方向与导线垂直且垂直纸面向里 B.小球受磁场力作用，方向与导线垂直且垂直纸面向外 C.小球受磁场力作用，方向与导线垂直并指向左方 D.小球不受磁场力作用,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,图4,11,12,6.(多选)(2018盐城中学模拟)如图5所示，虚线上方存在匀强磁场，磁感应强度为B；一群电子以不同速率从边界上的P点以相同的方向射入磁场.其中某一速率为v0的电子从Q点射出.已知电子入射方向与边界夹角为，则由以上条
19、件可判断 A.该匀强磁场的方向垂直纸面向里 B.所有电子在磁场中的轨迹相同 C.速率大于v0的电子在磁场中运动时间长 D.所有电子的速度方向都改变了2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,图5,11,12,解析 由左手定则可知，该匀强磁场的方向垂直纸面向里，A选项正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,所有电子偏转角度相同，所有电子的速度方向都改变了2，D选项正确.,7.(2018徐州三中月考)如图6所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m、带电荷量为Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑.在滑块下滑的过程中，下列判断正
20、确的是 A.滑块受到的摩擦力不变 B.滑块到达地面时的动能与B的大小无关 C.滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下 D.B很大时，滑块可能静止于斜面上,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,图6,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,解析 据左手定则可知，滑块受到垂直斜面向下的洛伦兹力，C正确； 随着滑块速度的变化，洛伦兹力大小变化，它对斜面的压力大小发生变化，故滑块受到的摩擦力大小变化，A错误； 速度相同时，B越大，滑块受到的洛伦兹力越大，受到的摩擦力也越大，摩擦力做功越多，根据动能定理可知，滑块到达地面时的动能就越小，B错误； 由于开始时滑块不受洛伦兹力就能下滑，故
21、B再大，滑块也不可能静止在斜面上，D错误.,12,8.(多选)(2018丰县中学月考) 如图7所示，在平板PQ上方有一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里.某时刻有a、b、c三个电子(不计重力)分别以大小相等、方向如图所示的初速度va、vb和vc经过平板PQ上的小孔O射入匀强磁场.这三个电子打到平板PQ上的位置到小孔O的距离分别是la、lb和lc，电子在磁场中运动的时间分别为ta、tb和tc.整个装置放在真空中.则下列判断正确的是 A.lalclb B.lalblc C.tatbtc D.tatbtc,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,综合提升练,图7,解析 三个电子的速度大小相
22、等，方向如图所示，垂直进入同一匀强磁场中.由于初速度va和vc的方向与PQ的夹角相等，所以这两个电子的运动轨迹正好组合成一个完整的圆，则这两个电子打到平板PQ上的位置到小孔的距离是相等的.而初速度为vb的电子初速度方向与PQ垂直，则它的运动轨迹正好是半圆，所以初速度为vb的电子打到平板PQ上的位置到小孔的距离恰好是轨迹圆的直径.由于它们的速度大小相等，因此它们的运动轨迹的半径均相同，所以lalclb，选项A正确，B错误；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,从图中可得，初速度为va的电子偏转的角度最大，初速度为vc的电子偏转的角度最小，根据粒子在磁场中运动的时间与偏转的角度之
23、间的关系：t 可得，tatbtc，故选项C错误，D正确.,9.(多选)(2018江苏省高考压轴卷)在xOy平面上以O为圆心，半径为r的圆形区域内，存在磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面.一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，从原点O以初速度v沿y轴正方向开始运动，经时间t后经过x轴上的P点，此时速度与x轴正方向成角，如图8所示.不计重力的影响，则下列关系一定成立的是,图8,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,10.(2018铜山中学模拟)如图9所示，在边长为2a的正三角形区域内存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场
24、，一个质量为m、电荷量为q的带电粒子(重力不计)从AB边的中心O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AB边的夹角为60，若要使粒子能从AC边穿出磁场，则匀强磁场的磁感应强度B需满足,图9,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,解析 若粒子刚好达到C点时，其运动轨迹与AC相切，如图所示，,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,11.(2018淮安信息调研)如图10所示，竖直平面内的光滑倾斜轨道AB、水平轨道CD与半径r0.5 m的光滑圆弧轨道分别相切于B、C点，AB与水平面的夹角为37，过B点垂直于水平面的竖直平面左侧有匀强磁场，磁感应强度B1
25、 T、方向垂直于水平面向里；过C点垂直于纸面的竖直平面右侧有电场强度大小E1104 N/C、方向水平向右的匀强电场(图中未画出).现将小物块P从倾斜轨道上A点由静止释放沿AB向下运动，运动过程中电荷量保持不变，不计空气阻力.已知物块P的质量m0.5 kg、电荷量q2.5104 C，P与水平轨道间的动摩擦因数为0.2，A、B两点间距离x1 m，取g10 m/s2， sin 370.6，cos 370.8.求： (1)P下滑到B点的速度大小；,答案 见解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,解析 小物块从A到B过程，根据动
26、能定理得,12,代入数据解得vB2 m/s,(2)P运动到C点时对圆轨道的压力；(结果可用根式表示),答案 见解析,解析 小物块从B到C过程，根据动能定理得,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(3)P与水平面间因摩擦而产生的热量.,答案 见解析,解析 小物块从C点到停止的过程，根据能量守恒定律得,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,12.如图11所示，在屏蔽装置底部中心位置O点放一医用放射源，可通过细缝沿扇形区域向外辐射速率为v3.2106 m/s的粒子.已知屏蔽装置宽AB9 cm，缝长AD18 cm，粒子的质量m6.641027 kg，电荷量q3.210
27、19 C.若,图11,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,在屏蔽装置右侧条形区域内加一匀强磁场来隔离辐射，磁感应强度B0.332 T，方向垂直于纸面向里，整个装置放于真空环境中.(结果可带根号) (1)若所有的粒子均不能从条形磁场隔离区的右侧穿出，则磁场的宽度d至少是多少？,解析 由题意：AB9 cm，AD18 cm，可得BAOODC45 所有粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径相同，设为R，根据洛伦兹力提供向心力有Bqv 解得R0.2 m. 由题意及几何关系可知：若条形磁场区域的右边界与沿OD方向进入磁场的设此时磁场宽度dd0，由几何关系得,粒子的圆周轨迹相切，则所有粒子均不能
28、从条形磁场隔离区右侧穿出，此时磁场的宽度最小，如图甲所示.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(2)若条形磁场的宽度d20 cm，则射出屏蔽装置的粒子在磁场中运动的最长时间和最短时间各是多少？,解析 设粒子在磁场内做匀速圆周运动的周期为T，则,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,设速度方向垂直于AD进入磁场区域的粒子的入射点为E，如图乙所示.,因磁场宽度d20 cmd0，且R20 cm，则在EOD间进 入磁场区域的粒子均能穿出磁场右边界，在EOA间进入磁场区域的粒子均不能穿出磁场右边界，沿OE方向进入磁场区域的粒子运动轨迹与磁场右边界相切，转过的圆心角最大，故沿OE方向进入磁场的粒子在磁场中运动时间最长，设在磁场中运动的最长时间为tmax，则tmax 106 s,若粒子在磁场中做匀速圆周运动对应的圆弧轨迹的弦长最短，则粒子在磁场中运动的时间最短.最短的弦长为磁场宽度d.轨迹如图乙所示，因Rd，则最短的弦长对应的圆心角为60，设在磁场中运动的最短时间为tmin，则tmin106 s.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,
