人教版高三物理一轮总复习-第十章磁场-第二讲-磁场对运动电荷(带电体)的作用课件

第十章

磁场第2讲磁场对运动电荷(带电体)

的作用人教版高三物理一轮总复习【目标要求】1.认识洛伦兹力，能判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小.2.会分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动.3.能够分析带电体在匀强磁场中的运动.考点一对洛伦兹力的理解和应用考点二有约束情况下带电体的运动考点三带电粒子在匀强磁场中的运动课时精练考点一对洛伦兹力的理解和应用011.洛伦兹力的定义磁场对

的作用力.2.洛伦兹力的大小(1)v∥B时，F＝

；(2)v⊥B时，F＝

；(3)v与B的夹角为θ时，F＝qvBsinθ.基础回扣运动电荷0qvB3.洛伦兹力的方向(1)判定方法：应用左手定则，注意四指应指向

电荷运动的方向或

电荷运动的反方向；(2)方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于

决定的平面.(注意B和v可以有任意夹角)正负B、v技巧点拨洛伦兹力与电场力的比较

洛伦兹力电场力产生条件v≠0且v不与B平行(说明：运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用)电荷处在电场中大小F＝qvB(v⊥B)F＝qE力方向与场方向的关系F⊥B，F⊥vF∥E做功情况任何情况下都不做功可能做功，也可能不做功例1

图1中a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示，一个带正电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是A.向上

B.向下C.向左

D.向右解析在O点处，各电流产生的磁场的磁感应强度叠加.d、b电流在O点产生的磁场抵消，a、c电流在O点产生的磁场合矢量方向向左.带正电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动，由左手定则可判断出它所受洛伦兹力的方向向下，B正确.图1√例2

(多选)如图2所示，ABC为竖直平面内的光滑绝缘轨道，其中AB为倾斜直轨道，BC为与AB相切的圆形轨道，并且圆形轨道处在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里.质量相同的甲、乙、丙三个小球(均可视为质点)中，甲球带正电、乙球带负电、丙球不带电.现将三个小球在轨道AB上分别从不同高度处由静止释放，都恰好通过圆形轨道的最高点，则A.经过最高点时，三个小球的速度相等B.经过最高点时，甲球的速度最小C.甲球的释放位置比乙球的位置高D.运动过程中三个小球的机械能均保持不变图2√√三个小球在运动过程中，只有重力做功，即它们的机械能守恒，选项D正确；甲球在圆形轨道最高点处的动能最大，因为势能相等，所以甲球的机械能最大，甲球的释放位置最高，选项C正确.1.(带电体在地磁场中运动)如图3所示，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，下列说法正确的是跟进训练12A.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点图3√2.(洛伦兹力做功的特点)(多选)如图4甲所示，带电小球以一定的初速度v0竖直向上抛出，能够达到的最大高度为h1；若加上水平向里的匀强磁场(如图乙)，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h2，若加上水平向右的匀强电场(如图丙)，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h3；若加上竖直向上的匀强电场(如图丁)，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h4.不计空气阻力，则A.一定有h1＝h3B.一定有h1＜h4C.h2与h4无法比较D.h1与h2无法比较图412√√题图丁中，因小球电性未知，则电场力方向不确定，则h4可能大于h1，也可能小于h1，因为h1>h2，所以h2与h4也无法比较，故C正确，B错误.12考点二有约束情况下带电体的运动02带电体在有约束条件下做变速直线运动，随着速度的变化，洛伦兹力发生变化，加速度发生变化，最后趋于稳定状态，a＝0，做匀速直线运动；当FN＝0时离开接触面.例3

(多选)如图5所示，粗糙木板MN竖直固定在方向垂直纸面向里的匀强磁场中.t＝0时，一个质量为m、电荷量为q的带正电物块沿MN以某一初速度竖直向下滑动，则物块运动的v－t图象可能是图5√√√解析设初速度为v0，则FN＝Bqv0，若满足mg＝Ff＝μFN，即mg＝μBqv0，物块向下做匀速运动，选项A正确；若mg>μBqv0，则物块开始有向下的加速度，由a＝

可知，随速度增加，加速度减小，即物块先做加速度减小的加速运动，最后达到匀速状态，选项D正确；若mg<μBqv0，则物块开始有向上的加速度，做减速运动，由a＝

可知，随速度减小，加速度减小，即物块先做加速度减小的减速运动，最后达到匀速状态，则选项C正确.3.(有约束情况下带电体的运动)(多选)电荷量为＋q、质量为m的滑块和电荷量为－q、质量为m的滑块同时从完全相同的光滑斜面上由静止开始下滑，设斜面足够长，斜面倾角为θ，在斜面上加如图6所示的磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，关于滑块下滑过程中的运动和受力情况，下列说法中正确的是(不计两滑块间的相互作用，重力加速度为g)跟进训练A.两个滑块先都做匀加速直线运动，经过一段

时间，＋q会离开斜面B.两个滑块先都做匀加速直线运动，经过一段时间，－q会离开斜面C.当其中一个滑块刚好离开斜面时，另一滑块对斜面的压力为2mgcosθD.两滑块运动过程中，机械能均守恒图6√√√解析当滑块开始沿斜面向下运动时，带正电的滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向上，带负电的滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下，开始时两滑块沿斜面方向所受的力均为mgsinθ，均做匀加速直线运动，随着速度的增大，带正电的滑块受到的洛伦兹力逐渐变大，当qvB＝mgcosθ时，带正电的滑块恰能离开斜面，而带负电的滑块将一直沿斜面运动，不会离开斜面，A正确，B错误；由于两滑块加速度相同，所以在带正电的滑块离开斜面前两者在斜面上运动的速度总相同，当带正电的滑块刚好离开斜面时，带负电的滑块受的洛伦兹力也满足qvB＝mgcosθ，方向垂直斜面向下，斜面对滑块的支持力大小为qvB＋mgcosθ＝2mgcosθ，故滑块对斜面的压力为2mgcosθ，C正确；由于洛伦兹力不做功，故D正确.03考点三带电粒子在匀强磁场中的运动1.在匀强磁场中，当带电粒子平行于磁场方向运动时，粒子做_________运动.2.带电粒子以速度v垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，若只受洛伦兹力，则带电粒子在与磁场垂直的平面内做

运动.基础回扣匀速直线匀速圆周(2)轨迹半径：r＝

.(3)周期：

，可知T与运动速度和轨迹半径

，只和粒子的

和磁场的

有关.(4)运动时间：当带电粒子转过的圆心角为θ(弧度)时，所用时间t＝

.无关比荷磁感应强度例4

(多选)有两个匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ，Ⅰ中的磁感应强度是Ⅱ中的k倍，两个速率相同的电子分别在两磁场区域做匀速圆周运动，与Ⅰ中运动的电子相比，Ⅱ中的电子A.运动轨迹的半径是Ⅰ中的k倍B.加速度的大小是Ⅰ中的k倍C.做匀速圆周运动的周期是Ⅰ中的k倍D.做匀速圆周运动的角速度与Ⅰ中的相等√√解析设电子的质量为m，速率为v，电荷量为e，所以选项A、C正确，选项B、D错误.例5

如图7，在坐标系的第一和第二象限内存在磁感应强度大小分别为

B和B、方向均垂直于纸面向外的匀强磁场.一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子垂直于x轴射入第二象限，随后垂直于y轴进入第一象限，最后经过x轴离开第一象限.粒子在磁场中运动的时间为图7√4.(带电粒子做圆周运动相关物理量的比较)在探究射线性质的过程中，让质量为m1、带电荷量为2e的α粒子和质量为m2、带电荷量为e的β粒子，分别垂直于磁场方向射入同一匀强磁场中，发现两种粒子沿半径相同的圆轨道运动.则α粒子与β粒子的动能之比是跟进训练45√455.(运动轨迹分析)如图8，MN为铝质薄平板，铝板上方和下方分别有垂直平面的匀强磁场(未画出).一带电粒子从紧贴铝板上表面的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图845√45解析根据题图中的几何关系及带电粒子在匀强磁场中的运动性质可知：带电粒子在铝板上方做匀速圆周运动的轨道半径r1是其在铝板下方做匀速圆周运动的轨道半径r2的2倍.课时精练041.从太阳和其他星体发射出的高能粒子流，在射向地球时，由于地磁场的存在，改变了运动方向，对地球起到了保护作用.如图1为地磁场的示意图(虚线，方向未标出)，赤道上方的磁场可看成与地面平行，若有来自宇宙的一束粒子流，其中含有α(氦的原子核)、β(电子)、γ(光子)射线以及质子，沿与地球表面垂直的方向射向赤道上空，则在地磁场的作用下A.α射线沿直线射向赤道B.β射线向西偏转C.γ射线向东偏转D.质子向北偏转1234567891011双基巩固练√图11213145678910112解析赤道上方磁场方向与地面平行、由南向北，根据左手定则可知，带正电的α射线和质子向东偏转，带负电的β射线向西偏转，不带电的γ射线不偏转，选项B正确.12133145678910112.电荷量为3e的正离子，自匀强磁场a点如图2所示射出，当它运动到b点时，打中并吸收了原来处于静止状态的一个电子，若忽略电子质量，则接下来离子的运动轨迹是图22√12133145678910112解析离子吸收一个电子后，离子带电荷量由＋3e变为＋2e，因为电子质量不计，故吸收电子后离子运动的速度保持不变.由洛伦兹力提供向心力qvB＝

可得离子运动半径R＝

，因为离子吸收电子后带电荷量减小且离子速度、质量不变，故离子做匀速圆周运动的轨道半径R增大，离子的电性没有发生变化，故离子做匀速圆周运动的受力方向没有发生变化，故A、B、C错误，D正确.12133145678910113.在同一匀强磁场中，α粒子()和质子()做匀速圆周运动，若它们的动量大小相等，则α粒子和质子A.运动半径之比是2∶1B.运动周期之比是2∶1C.运动速度大小之比是4∶1D.受到的洛伦兹力大小之比是2∶12√1213314567891011解析在同一匀强磁场B中，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径r＝

，故两者的运动半径之比为1∶2，选项A错误；带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期T＝

，故运动周期之比为2∶1，选项B正确；α粒子和质子质量之比为4∶1，由于动量大小相等，故速度大小之比为1∶4，选项C错误；带电粒子在匀强磁场中受到的洛伦兹力F＝qvB，故受到的洛伦兹力大小之比为1∶2，选项D错误.2121334.(多选)带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场，恰做匀速直线运动，如图3所示，若油滴质量为m，磁感应强度为B，重力加速度为g，则下列说法正确的是145678910112√√图312133145678910112121335.(多选)两个质子以不同速度均在匀强磁场中做匀速圆周运动，轨迹如图4所示，两圆周相切于A点，过A点作一直线与两圆周交于D点和C点.若两圆周半径r1∶r2＝1∶2，下列说法正确的42A.两质子速率之比v1∶v2＝1∶2B.两质子周期之比T1∶T2＝1∶2C.两质子由A点出发第一次分别到达D点和C点经历的

时间之比t1∶t2＝1∶2D.两质子分别运动到D点和C点处时的速度方向相同√√12133145678910112由题图可知两质子由A点出发第一次分别运动到D点和C点时的偏转角相等，由于周期相同，则两质子的运动时间相等，C错误；由于两质子的偏转角相等，则两质子分别运动到D点和C点时的速度方向相同，D正确.121336.(多选)如图5所示，匀强磁场的方向竖直向下，磁场中有光滑的水平桌面，在桌面上平放着内壁光滑、底部有带电小球的试管，在水平拉力F的作用下，试管向右匀速运动，带电小球能从管口处飞出，52A.小球带负电B.小球运动的轨迹是一条抛物线C.洛伦兹力对小球做正功D.维持试管匀速运动的拉力F应逐渐增大√√12133145678910112解析小球能从管口处飞出，说明小球受到指向管口的洛伦兹力，根据左手定则判断，小球带正电，故A错误；由题知试管向右匀速运动，则小球在水平向右方向上做匀速运动，设试管运动速度为v1，小球沿试管方向受到的洛伦兹力F1＝qv1B，q、v1、B均不变，F1不变，则小球沿试管方向做匀加速直线运动，与平抛运动类似，小球运动的轨迹是一条抛物线，故B正确；洛伦兹力总是与速度方向垂直，不做功，故C错误；设小球沿试管的分速度大小为v2，则小球受到垂直试管向左的洛伦兹力F2＝qv2B，v2增大，则F2增大，而拉力F＝F2，则F逐渐增大，故D正确.121337.图6甲是洛伦兹力演示仪，图乙是演示仪结构图.玻璃泡内充有稀薄的气体，由电子枪发射电子束，在电子束通过时能够显示电子的径迹.图丙是励磁线圈的原理图.两线圈之间产生近似匀强磁场，线圈中电流越大磁场越强，磁场的方向与两个线圈中心的连线平行，电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节.若电子145678910112能力提升练枪垂直磁场方向发射电子，给励磁线圈通电后，能看到电子束的径迹呈圆形.图612133关于电子束的轨道半径，下列说法正确的是A.只增大电子枪的加速电压，轨道半径不变B.只增大电子枪的加速电压，轨道半径变小C.只增大励磁线圈中的电流，轨道半径不变D.只增大励磁线圈中的电流，轨道半径变小145678910112√12133145678910112121338.(多选)如图7所示，质量为m、电荷量为＋q的圆环可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中，不计空气阻力，现给圆环向右的初速度v0，在以后的运动过程中，圆环运动的速度—时间图象可能是下列选项中的145678910112图7√√12133145678910112解析带电圆环在磁场中受到向上的洛伦兹力，当重力与洛伦兹力相等时，圆环将做匀速直线运动，A正确；当洛伦兹力大于重力时，圆环受到摩擦力的作用，并且随着速度的减小而减小，圆环将做加速度逐渐减小的减速运动，最后做匀速直线运动，D正确；如果重力大于洛伦兹力，圆环也受摩擦力作用，且摩擦力越来越大，圆环将做加速度逐渐增大的减速运动，B、C错误.121339.如图8所示，长为l的绝缘轻绳上端固定于O点，下端系一质量为m的带负电小球，在小球运动的竖直平面内有垂直该平面向里的匀强磁场.某时刻给小球一垂直于磁场、水平向右的初速度，小球能做完整的圆周运动.不计空气阻力，重力加速度为g，则A.小球做匀速圆周运动B.小球运动过程中机械能不守恒C.小球在最高点的最小速度v1＝D.最低点与最高点的绳子拉力差值大于6mg145678910112图8√12133145678910112解析重力对小球做功，所以小球在运动过程中速率不断变化，A错误；小球在运动过程中，绳子的拉力与洛伦兹力不做功，只有重力做功，故小球运动过程中机械能守恒，B错误；121331456789101121213310.(多选)如图9，矩形ABCD区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，AB＝2d，BC＝

d，E为AB中点.从E点沿垂直AB方向射入粒子a，粒子a经磁场偏转后从D点出磁场，若仍从E点沿垂直AB方向射入粒子b，粒子b经磁场偏转后从B点出磁场，已知a、b粒子的质量相等，电荷量相等，不计粒子的重力，则A.a、b粒子均带正电B.a、b粒子在磁场中做圆周运动的半径之比为4∶1C.a、b粒子在磁场中运动的速率大小之比为2∶1D.a、b粒子在磁场中运动的时间之比为1∶3145678910112图9√√12133145678910112解析根据左手定则判断可知，a粒子带正电，b粒子带负电，A错误；在磁场中，洛伦兹力提供向心力，粒子的运动轨迹如图，对a粒子，由几何知识可得(Ra－d)2＋(d)2＝Ra2，解得Ra＝2d则a、b粒子在磁场中做圆周运动的半径之比为4∶1，B正确；12133145678910112由于a、b粒子的质量相等，电荷量相等，则a、b粒子在磁场中运动的速率大小之比为4∶1，C错误；1213311.如图10所示，一个粗糙且足够长的斜面体静止于水平面上，并处于方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为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，斜面体静止不动.下列说法中正确的是A.滑块受到的摩擦力逐渐增大B.滑块沿斜面向下做匀加速直线运动C.滑块最终要离开斜面D.滑块最终可能静止于斜面上145678910112图10√12133145678910112解析滑块受重力、支持力、垂直于斜面向上的洛伦兹力和沿斜面向上的摩擦力四个力的作用，初始时刻洛伦兹力为0，滑块在重力和摩擦力的作用下沿斜面向下运动，随着速度v的增大，洛伦兹力qvB增大，滑块受到的支持力减小，则摩擦力减小，加速度增大，当qvB＝mgcosθ时，滑块离开斜面，故C正确，A、B、D错误.1213312.(多选)如图11所示，在水平匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场中，有一竖直足够长固定绝缘杆MN，小球套在杆上.已知小球的质量为m、电荷量为＋q，电场强度为E，磁感应强度为B，小球与杆间的动摩擦因数