（通用版）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 第56課時(shí) 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用（重點(diǎn)突破課）講義（含解析）.doc

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第56課時(shí)　磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用(重點(diǎn)突破課) 考點(diǎn)一　對(duì)洛倫茲力的理解 1．洛倫茲力的大小 (1)v∥B時(shí)，F(xiàn)＝0。 (2)v⊥B時(shí)，F(xiàn)＝qvB。 (3)v與B夾角為θ時(shí)，F(xiàn)＝qvBsin_θ。 2．洛倫茲力的方向(左手定則) 如圖，①表示正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向，②表示磁感線的方向，③表示洛倫茲力的方向。 3．對(duì)洛倫茲力的理解 (1)洛倫茲力的方向總是垂直于運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向和磁場(chǎng)方向共同確定的平面，所以洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小，即洛倫茲力永不做功。 (2)當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化時(shí)，洛倫茲力的方向也隨之變化。 (3)用左手定則判斷負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受的洛倫茲力時(shí)，要注意將四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向。 [典例]　(多選)如圖為顯像管原理示意圖，電子束經(jīng)電子槍加速后，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，不加磁場(chǎng)時(shí)，電子束打在熒光屏正中的O點(diǎn)。若要使電子束打在熒光屏上的位置由O逐漸向A移動(dòng)，則(　　) A．在偏轉(zhuǎn)過程中，洛倫茲力對(duì)電子束做正功 B．在偏轉(zhuǎn)過程中，電子束做勻加速曲線運(yùn)動(dòng) C．偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)逐漸變大 D．偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向應(yīng)垂直于紙面向外 [解析]　在偏轉(zhuǎn)過程中，洛倫茲力與電子束運(yùn)動(dòng)方向始終垂直，對(duì)電子束不做功，A錯(cuò)誤；在偏轉(zhuǎn)過程中，加速度的方向始終指向運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心，即加速度方向時(shí)刻改變，故電子束做變加速曲線運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)誤；電子束打在熒光屏上的OA之間，即電子束受向上偏左的洛倫茲力，由左手定則可知磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)垂直于紙面向外，電子束打在熒光屏上的位置由O逐漸向A移動(dòng)，即電子束偏轉(zhuǎn)角度越來(lái)越大，運(yùn)動(dòng)軌跡半徑越來(lái)越小，由r＝知，磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)逐漸變大，C、D正確。 [答案]　CD 洛倫茲力的方向，取決于磁感線方向和粒子運(yùn)動(dòng)的方向。應(yīng)特別注意其方向還和粒子所帶電荷的正、負(fù)有關(guān)。　　 [集訓(xùn)沖關(guān)] 1.如圖所示，a是豎直平面P上的一點(diǎn)，P前有一條形磁鐵垂直于P，且S極朝向a點(diǎn)，P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場(chǎng)的共同作用下，在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過a點(diǎn)。在電子經(jīng)過a點(diǎn)的瞬間，條形磁鐵的磁場(chǎng)對(duì)該電子的作用力的方向(　　) A．向上　　　　　　　　 B．向下 C．向左 D．向右 解析：選A　條形磁鐵的磁感線方向在a點(diǎn)為垂直P向外，電子在條形磁鐵的磁場(chǎng)中向右運(yùn)動(dòng)，根據(jù)左手定則可得電子受到的洛倫茲力方向向上，A正確。 2．在選項(xiàng)圖中，運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和電荷的受力方向之間的關(guān)系正確的是(　　) 解析：選B　根據(jù)左手定則，A中F方向向上，B中F方向向下，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；C、D中v都與B的方向平行，F(xiàn)＝0，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。 3.如圖所示，a、b、c、d為四根與紙面垂直的長(zhǎng)直導(dǎo)線，其橫截面位于正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上，導(dǎo)線中通有大小相同的電流，方向如圖所示。一帶正電的粒子從正方形中心O點(diǎn)沿垂直于紙面的方向向外運(yùn)動(dòng)，它所受洛倫茲力的方向是(　　) A．向上 B．向下 C．向左 D．向右 解析：選B　根據(jù)安培定則及磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量疊加，可得O點(diǎn)處的磁場(chǎng)方向水平向左，再根據(jù)左手定則判斷可知，帶電粒子受到的洛倫茲力方向向下，B正確。 考點(diǎn)二　帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1．若v∥B，帶電粒子以入射速度v做勻速直線運(yùn)動(dòng)(如圖甲)。 2．若v⊥B，帶電粒子在垂直于磁感線的平面內(nèi)，以入射速度v做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(如圖乙、丙)。 (1)向心力公式：qvB＝m。 (2)軌道半徑公式：r＝。 (3)周期公式：T＝＝。 [考法細(xì)研] [例1]　如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一電荷量為q的正離子，由a點(diǎn)沿半圓軌跡運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)時(shí)，突然吸收了附近若干電子，接著沿另一半圓軌跡運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)，已知a、b、c在同一直線上，且ac＝ab。電子的電荷量為e，質(zhì)量可忽略不計(jì)，則該離子吸收的電子個(gè)數(shù)為(　　) A．　　　　　　　　　　 B． C． D． [解析]　正離子由a到b的過程，軌跡半徑r1＝，此過程有qvB＝，正離子在b點(diǎn)吸收n個(gè)電子，因電子質(zhì)量不計(jì)，所以正離子的速度不變，電荷量變?yōu)閝－ne，正離子從b到c的過程中，軌跡半徑r2＝＝ab，且(q－ne)vB＝，解得n＝，D正確。 [答案]　D [例2]　如圖所示，在MNQP中有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。質(zhì)量和電荷量都相等的帶電粒子a、b、c，以不同的速率從O點(diǎn)沿垂直于PQ的方向射入磁場(chǎng)，圖中實(shí)線是它們的運(yùn)動(dòng)軌跡。已知O是PQ的中點(diǎn)，不計(jì)粒子重力。下列說法中正確的是(　　) A．粒子a帶負(fù)電，粒子b、c帶正電 B．射入磁場(chǎng)時(shí)粒子a的速率最小 C．射出磁場(chǎng)時(shí)粒子b的動(dòng)能最小 D．粒子c在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最長(zhǎng) [解析]　若粒子a、b、c均帶正電，根據(jù)左手定則，可判斷出粒子a、b、c均應(yīng)向左偏轉(zhuǎn)，粒子b、c偏轉(zhuǎn)方向與假設(shè)相反，因此粒子a帶正電，粒子b、c帶負(fù)電，故A錯(cuò)誤；帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供，即Bvq＝m，解得r＝，由此可知，粒子速率越大時(shí)，軌跡半徑越大，易知射入磁場(chǎng)時(shí)粒子c的速率最小，動(dòng)能最小，又洛倫茲力不做功，故B、C錯(cuò)誤；粒子運(yùn)動(dòng)的周期為T＝，故粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)角越大，運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，可知粒子c在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最長(zhǎng)，故D正確。 [答案]　D [集訓(xùn)沖關(guān)] 1．(2019深圳模擬)一個(gè)重力不計(jì)的帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。則能正確表示運(yùn)動(dòng)周期T與半徑R之間關(guān)系的圖像是(　　) 解析：選D　帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，有qvB＝m，可得R＝，由圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律，T＝＝，可見運(yùn)動(dòng)周期與半徑無(wú)關(guān)，故D項(xiàng)正確。 2.(2019楚雄檢測(cè))如圖所示，平行金屬板P、Q間有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，靜止的電子在O點(diǎn)經(jīng)加速電壓U作用后，由P板上的小孔垂直進(jìn)入磁場(chǎng)，打在Q板上的A點(diǎn)?，F(xiàn)使磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B加倍，要使電子的運(yùn)動(dòng)軌跡不發(fā)生變化，仍打在Q板上的A點(diǎn)，應(yīng)該使U變?yōu)樵瓉?lái)的(　　) A．4倍 B．2倍 C．倍 D． 解析：選A　要使電子仍打在A點(diǎn)，則電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑不變，由Bqv＝m可知R＝；B加倍，而R不變，速度v一定也要加倍；對(duì)加速過程分析可知，Uq＝mv2，解得v＝ ，要使速度v加倍，U應(yīng)變?yōu)樵瓉?lái)的4倍，故A正確。 3.(2019蘭州模擬)如圖所示，兩相鄰且范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ和Ⅱ的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同(磁場(chǎng)未畫出)，大小分別為B和2B。一帶正電粒子(不計(jì)重力)以速度v從磁場(chǎng)分界線MN上某處射入?yún)^(qū)域Ⅰ，其速度方向與磁場(chǎng)方向垂直且與分界線MN成60角，經(jīng)過t1時(shí)間后粒子進(jìn)入到區(qū)域Ⅱ，又經(jīng)過t2時(shí)間后回到區(qū)域Ⅰ，設(shè)粒子在區(qū)域Ⅰ、Ⅱ中的角速度分別為ω1、ω2，則(　　) A．ω1∶ω2＝1∶1 B．ω1∶ω2＝2∶1 C．t1∶t2＝1∶1 D．t1∶t2＝2∶1 解析：選C　由qvB＝m和v＝ωR得ω＝，故ω1∶ω2＝1∶2，A、B錯(cuò)誤；若磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，由幾何關(guān)系知，粒子在區(qū)域Ⅰ中的軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為120，在區(qū)域Ⅱ中的軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為240，由T1＝、T2＝和t＝T知t1∶t2＝1∶1，C正確；若磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，由幾何關(guān)系知，粒子在區(qū)域Ⅰ中的軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為240，在區(qū)域Ⅱ中的軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為120，可知t1∶t2＝4∶1，D錯(cuò)誤。