高考物理第11章 第2课时 磁场对运动电荷的作用【更多资料关注微博@高中学习资料库 】.doc

第2课时　磁场对运动电荷的作用 考纲解读1.会计算洛伦兹力的大小，并能判断其方向.2.掌握带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动，并能解决确定圆心、半径、运动轨迹、周期、运动时间等相关问题． 1．[对洛伦兹力的理解]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．粒子在只受到洛伦兹力作用下运动的动能、速度均不变 答案　B 解析　因为洛伦兹力的大小不但与粒子速度大小有关，而且与粒子速度的方向有关，如当粒子速度与磁场垂直时F＝qvB，当粒子速度与磁场平行时F＝0.又由于洛伦兹力的方向永远与粒子的速度方向垂直，因而速度方向不同时，洛伦兹力的方向也不同，所以A选项错．因为＋q改为－q且速度反向，由左手定则可知洛伦兹力方向不变，再由F＝qvB知大小也不变，所以B选项正确．因为电荷进入磁场时的速度方向可以与磁场方向成任意夹角，所以C选项错．因为洛伦兹力总与速度方向垂直，因此，洛伦兹力不做功，粒子动能不变，但洛伦兹力可改变粒子的运动方向，使粒子速度的方向不断改变，所以D选项错． 2．[洛伦兹力的大小计算和方向判定]如图1所示，匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向． 图1 答案　甲：因v⊥B，所以F＝qvB，方向与v垂直斜向上 乙：v与B的夹角为30°，F＝qvBsin 30°＝qvB，方向垂直纸面向里丙：由于v与B平行，所以电荷不受洛伦兹力，F＝0 丁：v与B垂直，F＝qvB，方向与v垂直斜向上 3．[对带电粒子运动轨迹的确定]试画出图2中几种情况下带电粒子的运动轨迹． 图2 答案 考点梳理 一、洛伦兹力 1．洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力． 2．洛伦兹力的方向 (1)判定方法 左手定则：掌心——磁感线垂直穿入掌心； 四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向； 拇指——指向洛伦兹力的方向． (2)方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的平面(注意：洛伦兹力不做功)． 3．洛伦兹力的大小 (1)v∥B时，洛伦兹力F＝0.(θ＝0°或180°) (2)v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB.(θ＝90°) (3)v＝0时，洛伦兹力F＝0. 二、带电粒子在匀强磁场中的运动 1．若v∥B，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做匀速直线运动． 2．若v⊥B，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动．  4．[带电粒子在有界匀强磁场中运动的分析]如图3所示，半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子(不计重力)从A点以速度v0垂直于磁场方向射入磁场中，并从B点射出，若∠AOB＝120°，则该带电粒子在磁场中运动的时间为(　　) 图3 A. B. C. D. 答案　D解析　画出带电粒子进、出磁场时速度方向的垂线交于O′点，O′点即为粒子做圆周运动轨迹的圆心，如图所示．连接O′O，设轨迹半径为R，由几何关系可知带电粒子在磁场中运动的轨迹半径R＝rtan 60°＝r.因为∠AOB＝120°，故∠AO′B＝60°，运动时间t＝T＝×＝，D正确． 5．[带电粒子在匀强磁场中有关问题分析]如图4所示，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点垂直于磁感线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OM∶ON＝3∶4，则下列说法中错误的是(　　) 图4 A．两次带电粒子在磁场中经历的时间之比为3∶4 B．两次带电粒子在磁场中运动的路程长度之比为3∶4 C．两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为3∶4 D．两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为4∶3 答案　AD 解析　设OM＝2r1，ON＝2r2，故＝＝，路程长度之比＝＝，B正确；由r＝知＝＝，故＝＝，C正确，D错误；由于T＝，则＝＝1，A错． 规律总结 1．带电粒子在有界磁场中运动的几种常见情形 (1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图5所示) 图5 (2)平行边界(存在临界条件，如图6所示) 图6 (3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图7所示) 图7 2．确定粒子运动的圆心，找出轨迹对应的圆心角，再求运动时间． 考点一　洛伦兹力和电场力的比较 1．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的速度方向和磁场方向共同确定的平面． (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． 2．洛伦兹