福建省長(zhǎng)泰一中高三物理 第八章 第2講 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用復(fù)習(xí)課件 新人教版選修31

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1、第2講 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用考點(diǎn)考點(diǎn)1 1 洛倫茲力的方向和大小洛倫茲力的方向和大小 1.1.洛倫茲力洛倫茲力: :磁場(chǎng)對(duì)磁場(chǎng)對(duì)_的作用力的作用力2.2.洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向(1)(1)判斷方法判斷方法: :左手定則左手定則 磁感線垂直穿過(guò)磁感線垂直穿過(guò)_ 四指指向四指指向_的方向的方向 拇指指向拇指指向_的方向的方向(2)(2)方向特點(diǎn)方向特點(diǎn):FB,Fv.:FB,Fv.即即F F垂直于垂直于_決定的平面決定的平面.(.(注意注意:B:B和和v v不一定垂直不一定垂直). ). 運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷掌心掌心正電荷運(yùn)動(dòng)正電荷運(yùn)動(dòng)正電荷所受洛倫茲力正電荷所受洛倫茲力B B和和v v3.3.洛

2、倫茲力的大小洛倫茲力的大小F=_,F=_,為為v v與與B B的夾角的夾角, ,如圖所示如圖所示. .(1)vB(1)vB時(shí)時(shí),=0,=0或或180180, ,洛倫茲力洛倫茲力F=_.F=_.(2)vB(2)vB時(shí)時(shí),=90,=90, ,洛倫茲力洛倫茲力F=_.F=_.(3)v =0(3)v =0時(shí)時(shí), ,洛倫茲力洛倫茲力F=_.F=_.qvBsinqvBsin0 0qvBqvB0 01.1.洛倫茲力方向三大特點(diǎn)洛倫茲力方向三大特點(diǎn)(1)(1)洛倫茲力的方向總是垂直于運(yùn)動(dòng)電荷速度方向和磁場(chǎng)方向確洛倫茲力的方向總是垂直于運(yùn)動(dòng)電荷速度方向和磁場(chǎng)方向確定的平面定的平面. .(2)(2)當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向

3、發(fā)生變化時(shí)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洛倫茲力的方向也隨之變化. .(3)(3)用左手定則判斷負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受的洛倫茲力方向時(shí)用左手定則判斷負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受的洛倫茲力方向時(shí), ,要注意判斷結(jié)果與正電荷恰好相反要注意判斷結(jié)果與正電荷恰好相反. . 2.2.洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較洛倫茲力洛倫茲力F F電場(chǎng)力電場(chǎng)力F F性質(zhì)性質(zhì)產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件大小大小力方向與場(chǎng)力方向與場(chǎng)方向的關(guān)系方向的關(guān)系做功情況做功情況對(duì)對(duì) 應(yīng)應(yīng) 力力內(nèi)內(nèi) 容容項(xiàng)項(xiàng) 目目磁場(chǎng)對(duì)在其中運(yùn)動(dòng)電磁場(chǎng)對(duì)在其中運(yùn)動(dòng)電荷的作用力荷的作用力電場(chǎng)對(duì)放入其中電荷的電場(chǎng)對(duì)放入其中電荷的作用

4、力作用力v0v0且且v v不與不與B B平行平行電場(chǎng)中的電荷一定受到電場(chǎng)中的電荷一定受到電場(chǎng)力作用電場(chǎng)力作用F=qvB(vB)F=qvB(vB)F=qEF=qE一定是一定是FB,FvFB,Fv與電荷電性無(wú)關(guān)與電荷電性無(wú)關(guān)正電荷受力與電場(chǎng)方向相同，正電荷受力與電場(chǎng)方向相同，負(fù)電荷負(fù)電荷受力受力與電場(chǎng)方向相反與電場(chǎng)方向相反任何情況下都不做功任何情況下都不做功可能做正功、負(fù)功，也可可能做正功、負(fù)功，也可能不做功能不做功帶電荷量為帶電荷量為+q+q的粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng), ,下列說(shuō)法中正確的是下列說(shuō)法中正確的是( )( )A.A.只要速度大小相同只要速度大小相同, ,所受洛倫茲力

5、就相同所受洛倫茲力就相同B.B.如果把如果把+q+q改為改為-q,-q,且速度反向且速度反向, ,大小不變大小不變, ,則洛倫茲力的大小、則洛倫茲力的大小、方向均不變方向均不變C.C.洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直, ,磁場(chǎng)方向一定與電荷磁場(chǎng)方向一定與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直運(yùn)動(dòng)方向垂直D.D.粒子在只受到洛倫茲力的作用下運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、速度均不變粒子在只受到洛倫茲力的作用下運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、速度均不變【解析】【解析】選選B.B.因?yàn)槁鍌惼澚Φ拇笮〔坏c粒子速度大小有關(guān)因?yàn)槁鍌惼澚Φ拇笮〔坏c粒子速度大小有關(guān), ,而而且與粒子速度的方向有關(guān)且與粒子速度的方向有關(guān), ,如當(dāng)粒

6、子速度與磁場(chǎng)垂直時(shí)如當(dāng)粒子速度與磁場(chǎng)垂直時(shí)F=qvB,F=qvB,當(dāng)當(dāng)粒子速度與磁場(chǎng)平行時(shí)粒子速度與磁場(chǎng)平行時(shí)F=0.F=0.又由于洛倫茲力的方向永遠(yuǎn)與粒子又由于洛倫茲力的方向永遠(yuǎn)與粒子的速度方向垂直的速度方向垂直, ,因而速度方向不同時(shí)因而速度方向不同時(shí), ,洛倫茲力的方向也不同洛倫茲力的方向也不同, ,所以所以A A選項(xiàng)錯(cuò)選項(xiàng)錯(cuò). .因?yàn)橐驗(yàn)?q+q改為改為-q-q且速度反向時(shí)所形成的電流方向與且速度反向時(shí)所形成的電流方向與原原+q+q運(yùn)動(dòng)形成的電流方向相同運(yùn)動(dòng)形成的電流方向相同, ,由左手定則可知洛倫茲力方向不由左手定則可知洛倫茲力方向不變變, ,再由再由F=qvBF=qvB知大小不變知

7、大小不變, ,所以所以B B項(xiàng)正確項(xiàng)正確. .因?yàn)殡姾蛇M(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的因?yàn)殡姾蛇M(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度方向可以與磁場(chǎng)方向成任意夾角速度方向可以與磁場(chǎng)方向成任意夾角, ,所以所以C C選項(xiàng)錯(cuò)選項(xiàng)錯(cuò). .因?yàn)槁鍌惼澮驗(yàn)槁鍌惼澚偱c速度方向垂直力總與速度方向垂直, ,因此洛倫茲力不做功因此洛倫茲力不做功, ,粒子動(dòng)能不變粒子動(dòng)能不變, ,但洛但洛倫茲力可改變粒子速度的方向倫茲力可改變粒子速度的方向, ,所以所以D D項(xiàng)錯(cuò)項(xiàng)錯(cuò). .1.1.洛倫茲力的特點(diǎn)洛倫茲力的特點(diǎn)洛倫茲力不改變帶電粒子速度的洛倫茲力不改變帶電粒子速度的_,_,或者說(shuō)或者說(shuō), ,洛倫茲力對(duì)帶電洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功粒子不做功. .2.2.粒子

8、的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)粒子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)(1)(1)若若v v0 0B,B,則粒子則粒子_,_,在磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)在磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng). .(2)(2)若若v v0 0B,B,則帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做則帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做_._.考點(diǎn)考點(diǎn)2 2帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 大小大小不受洛倫茲力不受洛倫茲力勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)3.3.半徑和周期公式半徑和周期公式(1)(1)洛倫茲力方向總與速度方向垂直洛倫茲力方向總與速度方向垂直, ,正好起到了向心力的作用正好起到了向心力的作用. .根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律, ,表達(dá)式為表達(dá)式為_(kāi) ._ .(2)(2)半徑公式半徑公式

9、r=_,r=_,周期公式周期公式T=_ .T=_ .2vqvBmrmvqB2mqB1.1.圓心的確定圓心的確定(1)(1)基本思路：與速度方向垂直的直線和圖中弦的中垂線一定過(guò)基本思路：與速度方向垂直的直線和圖中弦的中垂線一定過(guò)圓心圓心. .(2)(2)兩種常見(jiàn)情形兩種常見(jiàn)情形. .已知入射方向和出射方向時(shí)已知入射方向和出射方向時(shí), ,可通過(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂可通過(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直于入射方向和出射方向的直線直于入射方向和出射方向的直線, ,兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌道兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心的圓心( (如圖甲如圖甲a a所示所示, ,圖中圖中P P為入射點(diǎn)為入射點(diǎn),M,M為出射

10、點(diǎn)為出射點(diǎn)).).已知入射點(diǎn)和出射點(diǎn)的位置時(shí)已知入射點(diǎn)和出射點(diǎn)的位置時(shí), ,可以先通過(guò)入射點(diǎn)作入射方向的可以先通過(guò)入射點(diǎn)作入射方向的垂線垂線, ,再連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)再連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn), ,作其中垂線作其中垂線, ,這兩條垂線的交點(diǎn)就是這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心圓弧軌道的圓心( (如圖甲如圖甲b b所示所示, ,圖中圖中P P為入射點(diǎn)為入射點(diǎn),M,M為出射點(diǎn)為出射點(diǎn)).).2.2.帶電粒子在不同邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在不同邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(1)(1)直線邊界直線邊界( (進(jìn)出磁場(chǎng)具有對(duì)稱(chēng)性，如圖乙進(jìn)出磁場(chǎng)具有對(duì)稱(chēng)性，如圖乙).).(2)(2)平行邊界平行邊界( (存在臨界條件，如圖

11、丙存在臨界條件，如圖丙). ). (3)(3)圓形邊界圓形邊界( (沿徑向射入必沿徑向射出，如圖丁沿徑向射入必沿徑向射出，如圖丁).).3.3.運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間為粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間為T(mén) T，當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)的圓弧所對(duì)應(yīng)，當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)的圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角為的圓心角為時(shí)，其運(yùn)動(dòng)時(shí)間由下式表示：時(shí)，其運(yùn)動(dòng)時(shí)間由下式表示：tT(tT).3602或如圖中如圖中MNMN表示真空室中垂直于紙面表示真空室中垂直于紙面的平板的平板, ,它的一側(cè)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)它的一側(cè)有勻強(qiáng)磁場(chǎng), ,磁場(chǎng)磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里方向垂直于紙面向里, ,磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為大小為B.B.一帶電粒

12、子從平板上的狹一帶電粒子從平板上的狹縫縫O O處以垂直于平板的初速度處以垂直于平板的初速度v v射入射入磁場(chǎng)區(qū)域磁場(chǎng)區(qū)域, ,最后到達(dá)平板上的最后到達(dá)平板上的P P點(diǎn)點(diǎn). .已知已知B B、v v以及以及P P到到O O的距離的距離l, ,不不計(jì)重力計(jì)重力, ,求此粒子的電荷量求此粒子的電荷量q q與質(zhì)量與質(zhì)量m m之比之比. . 【解析】【解析】粒子初速度粒子初速度v v垂直于磁場(chǎng)垂直于磁場(chǎng), ,粒子粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)在磁場(chǎng)中受洛倫茲力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng), ,設(shè)其半徑為設(shè)其半徑為R,R,由洛倫茲力公式和牛頓第由洛倫茲力公式和牛頓第二定律二定律, ,有有因粒子經(jīng)因粒子經(jīng)O O

13、點(diǎn)時(shí)的速度垂直于點(diǎn)時(shí)的速度垂直于OP,OP,故故OPOP為直徑為直徑, ,l=2R,=2R,由此得由此得答案：答案：2vqvBmRq2vmBl2vBl1.1.質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀(1)(1)構(gòu)造構(gòu)造: :如圖所示如圖所示, ,由粒子源、由粒子源、_、_和照相底和照相底片等構(gòu)成片等構(gòu)成. . 考點(diǎn)考點(diǎn)3 3質(zhì)譜儀和回旋加速器質(zhì)譜儀和回旋加速器加速電場(chǎng)加速電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(2)(2)原理原理. .電場(chǎng)中加速電場(chǎng)中加速: :根據(jù)動(dòng)能定理根據(jù)動(dòng)能定理qU=_.qU=_.磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn): :粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用而偏轉(zhuǎn)粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用而偏轉(zhuǎn), ,做勻速圓做勻速圓周運(yùn)動(dòng)周運(yùn)動(dòng), ,根據(jù)牛頓

14、第二定律得關(guān)系式根據(jù)牛頓第二定律得關(guān)系式qvB=_.qvB=_.(3)(3)應(yīng)用應(yīng)用: :分析粒子的比荷分析粒子的比荷 或質(zhì)量或質(zhì)量, ,確定確定_的存在的存在. .21mv22vmrqm同位素同位素2.2.回旋加速器回旋加速器(1)(1)構(gòu)造構(gòu)造: :如圖所示如圖所示,D,D1 1、D D2 2是半圓金屬盒是半圓金屬盒,D,D形盒的縫隙處接形盒的縫隙處接_電源電源.D.D形盒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中形盒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中. . (2)(2)原理原理: :交流電的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期交流電的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期_,_,粒子在粒子在圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中一次一次地經(jīng)過(guò)圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中一次一次地經(jīng)過(guò)D D

15、形盒縫隙形盒縫隙, ,兩盒間的電場(chǎng)強(qiáng)兩盒間的電場(chǎng)強(qiáng)度方向周期性地發(fā)生變化度方向周期性地發(fā)生變化, ,粒子就會(huì)被一次一次地加速粒子就會(huì)被一次一次地加速. .相等相等交流交流1.1.根據(jù)質(zhì)譜儀原理可以得出需要研究的物理量根據(jù)質(zhì)譜儀原理可以得出需要研究的物理量, ,如粒子軌道半徑、如粒子軌道半徑、粒子質(zhì)量、比荷等粒子質(zhì)量、比荷等. .(1) (2) (3)(1) (2) (3)2.2.回旋加速器的最大動(dòng)能回旋加速器的最大動(dòng)能根據(jù)根據(jù) 得得 可見(jiàn)可見(jiàn), ,(1)(1)粒子最大動(dòng)能與加速電壓無(wú)關(guān)粒子最大動(dòng)能與加速電壓無(wú)關(guān). .(2)(2)最大動(dòng)能由最大動(dòng)能由D D形盒的最大半徑和磁感應(yīng)強(qiáng)度決定形盒的最大

16、半徑和磁感應(yīng)強(qiáng)度決定. . 12mUr.Bq22qr Bm.2U22q2U.mB r2vqvBm,R222kmq B RE,2m勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖所示其原理如圖所示. .這臺(tái)加速器由兩個(gè)這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)銅質(zhì)D D形盒構(gòu)成，其間留有空隙形盒構(gòu)成，其間留有空隙. .下列說(shuō)法正確的是下列說(shuō)法正確的是( )( )A.A.離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器B.B.離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器C.C.離子僅從磁場(chǎng)中獲得能量離子僅從磁場(chǎng)中獲得能量D.D.離子從電場(chǎng)和磁場(chǎng)中均可獲得能量

17、離子從電場(chǎng)和磁場(chǎng)中均可獲得能量【解析】【解析】選選A.A.離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，速度越大，軌道離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，速度越大，軌道半徑越大，所以離子要從加速器的中心附近進(jìn)入加速器半徑越大，所以離子要從加速器的中心附近進(jìn)入加速器. .洛倫茲洛倫茲力總是垂直于速度的方向，所以磁場(chǎng)是不對(duì)離子做功的，不能力總是垂直于速度的方向，所以磁場(chǎng)是不對(duì)離子做功的，不能使離子獲得能量，它的作用只是改變離子的速度方向，而電場(chǎng)使離子獲得能量，它的作用只是改變離子的速度方向，而電場(chǎng)的作用才是加速離子，使之獲得能量的作用才是加速離子，使之獲得能量. .由此可見(jiàn)，選項(xiàng)由此可見(jiàn)，選項(xiàng)A A是正確是正確的的. .

18、熱點(diǎn)考向熱點(diǎn)考向1 1 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的討論帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的討論【例證【例證1 1】(2012(2012安徽高考安徽高考) )如圖所示，如圖所示，圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶電粒子以速度場(chǎng)，一個(gè)帶電粒子以速度v v從從A A點(diǎn)沿直徑點(diǎn)沿直徑AOBAOB方向射入磁場(chǎng)，經(jīng)過(guò)方向射入磁場(chǎng)，經(jīng)過(guò)tt時(shí)間從時(shí)間從C C點(diǎn)點(diǎn)射出磁場(chǎng)，射出磁場(chǎng)，OCOC與與OBOB成成6060角角. .現(xiàn)將帶電粒現(xiàn)將帶電粒子的速度變?yōu)樽拥乃俣茸優(yōu)?, ,仍從仍從A A點(diǎn)沿原方向射入磁場(chǎng)，不計(jì)重力，則粒點(diǎn)沿原方向射入磁場(chǎng)，不計(jì)重力，則粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間

19、變?yōu)樽釉诖艌?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間變?yōu)? )( )11A.tB.2 tC.tD.3 t23v3【解題指南】【解題指南】解答本題時(shí)要注意以下三點(diǎn)：解答本題時(shí)要注意以下三點(diǎn)：關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn)(1)(1)畫(huà)出軌跡示意圖，找出圓心的位置畫(huà)出軌跡示意圖，找出圓心的位置. .(2)(2)根據(jù)幾何圖形，找出運(yùn)動(dòng)時(shí)間、速度、偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系根據(jù)幾何圖形，找出運(yùn)動(dòng)時(shí)間、速度、偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系. .(3)(3)根據(jù)速度的變化確定偏轉(zhuǎn)角的變化，進(jìn)一步求出運(yùn)動(dòng)時(shí)間根據(jù)速度的變化確定偏轉(zhuǎn)角的變化，進(jìn)一步求出運(yùn)動(dòng)時(shí)間的變化情況的變化情況. .【自主解答】【自主解答】選選B.B.設(shè)磁場(chǎng)區(qū)域的半徑為設(shè)磁場(chǎng)區(qū)域的半徑為R R，粒子的軌跡半徑為粒子的

20、軌跡半徑為r r，粒子以速度，粒子以速度v v在磁場(chǎng)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示，中運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示，則由幾何關(guān)系知，則由幾何關(guān)系知，r= Rr= R，又，又所以所以 當(dāng)粒子的速度為當(dāng)粒子的速度為v/3v/3時(shí)，軌跡半徑為時(shí)，軌跡半徑為 所以偏轉(zhuǎn)角所以偏轉(zhuǎn)角=120=120， 故選項(xiàng)故選項(xiàng)B B正確正確. .32 mTqB，60mtT3603qB， mvmvr3rRqB3qB33， 1202 mtT2 t3603qB， 【總結(jié)提升】【總結(jié)提升】帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的討論帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的討論(1)(1)粒子偏轉(zhuǎn)方向由洛倫茲力方向決定粒子偏轉(zhuǎn)方向由洛倫茲力方向決定, ,與磁場(chǎng)方向、粒

21、子的與磁場(chǎng)方向、粒子的速度方向及帶電正、負(fù)有關(guān)速度方向及帶電正、負(fù)有關(guān). .(2)(2)粒子運(yùn)動(dòng)半徑與速度大小、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和比荷有關(guān)粒子運(yùn)動(dòng)半徑與速度大小、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和比荷有關(guān). .(3)(3)粒子運(yùn)動(dòng)周期與速度大小無(wú)關(guān)粒子運(yùn)動(dòng)周期與速度大小無(wú)關(guān), ,只與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和比只與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和比荷有關(guān)荷有關(guān). .【變式訓(xùn)練】【變式訓(xùn)練】(2012(2012廣東高考廣東高考) )質(zhì)量質(zhì)量和電量都相等的帶電粒子和電量都相等的帶電粒子M M和和N,N,以不同以不同的速率經(jīng)小孔的速率經(jīng)小孔S S垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng), ,運(yùn)運(yùn)行的半圓軌跡如圖中虛線所示行的半圓軌跡如圖中虛線所示, ,

22、下列表下列表述正確的是述正確的是( )( )A.MA.M帶負(fù)電帶負(fù)電,N,N帶正電帶正電B.MB.M的速率小于的速率小于N N的速率的速率C.C.洛倫茲力對(duì)洛倫茲力對(duì)M M、N N做正功做正功D.MD.M的運(yùn)行時(shí)間大于的運(yùn)行時(shí)間大于N N的運(yùn)行時(shí)間的運(yùn)行時(shí)間【解析】【解析】選選A.A.由左手定則可知由左手定則可知M M帶負(fù)電，帶負(fù)電，N N帶正電，故帶正電，故A A選項(xiàng)正選項(xiàng)正確確. .由由qvB= qvB= 得得 由題意可知兩個(gè)帶電粒子的質(zhì)量由題意可知兩個(gè)帶電粒子的質(zhì)量和電量都相等，又進(jìn)入到同一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，由題圖及和電量都相等，又進(jìn)入到同一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，由題圖及A A選項(xiàng)選項(xiàng)的判斷可知的判

23、斷可知R RN NR RM M, ,故故v vN Nv vM M，所以，所以B B選項(xiàng)錯(cuò)誤選項(xiàng)錯(cuò)誤. .由于洛倫茲力的由于洛倫茲力的方向始終與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向垂直，故洛倫茲力永遠(yuǎn)不會(huì)方向始終與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向垂直，故洛倫茲力永遠(yuǎn)不會(huì)對(duì)對(duì)M M、N N做功，則做功，則C C選項(xiàng)錯(cuò)誤選項(xiàng)錯(cuò)誤. .由由 及題給條件可及題給條件可知，這兩個(gè)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期相等，又由題圖可知，這兩個(gè)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期相等，又由題圖可見(jiàn)兩個(gè)帶電粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)角相等，均偏轉(zhuǎn)了見(jiàn)兩個(gè)帶電粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)角相等，均偏轉(zhuǎn)了180180，故，故在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等，所以在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等，所以D

24、D選項(xiàng)錯(cuò)誤選項(xiàng)錯(cuò)誤. .2vmRmvRBq，2 R2 mTvBq熱點(diǎn)考向熱點(diǎn)考向2 2 帶電粒子在不同有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在不同有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 【例證【例證2 2】(15(15分分) )如圖所示如圖所示, ,在空間有一直在空間有一直角坐標(biāo)系角坐標(biāo)系xOy,xOy,直線直線OPOP與與x x軸正方向的夾角軸正方向的夾角為為3030, ,第一象限內(nèi)有兩個(gè)方向都垂直紙第一象限內(nèi)有兩個(gè)方向都垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域和和,直線直線OPOP是是它們的理想邊界它們的理想邊界,OP,OP上方區(qū)域上方區(qū)域中磁場(chǎng)的中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.B.一質(zhì)量為一質(zhì)量為m,m,

25、電荷量為電荷量為q q的質(zhì)子的質(zhì)子( (不計(jì)重力不計(jì)重力, ,不計(jì)質(zhì)不計(jì)質(zhì)子對(duì)磁場(chǎng)的影響子對(duì)磁場(chǎng)的影響) )以速度以速度v v從從O O點(diǎn)沿與點(diǎn)沿與OPOP成成3030角的方向垂直磁場(chǎng)角的方向垂直磁場(chǎng)進(jìn)入?yún)^(qū)域進(jìn)入?yún)^(qū)域,質(zhì)子先后通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域質(zhì)子先后通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域和和后后, ,恰好垂直打在恰好垂直打在x x軸軸上的上的Q Q點(diǎn)點(diǎn)( (圖中未畫(huà)出圖中未畫(huà)出),),試求試求: :(1)(1)區(qū)域區(qū)域中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小; ;(2)Q(2)Q點(diǎn)到點(diǎn)到O O點(diǎn)的距離點(diǎn)的距離. . 【解題指南】【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下四點(diǎn)解答本題應(yīng)注意以下四點(diǎn): :(1)(1)根據(jù)邊界條件和粒子

26、入射方向確定粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡、根據(jù)邊界條件和粒子入射方向確定粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡、圓心、圓心角等圓心、圓心角等. .(2)(2)根據(jù)幾何關(guān)系確定粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑根據(jù)幾何關(guān)系確定粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑. .(3)(3)根據(jù)洛倫茲力提供向心力列出關(guān)系式確定區(qū)域根據(jù)洛倫茲力提供向心力列出關(guān)系式確定區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度度. .(4)(4)根據(jù)幾何關(guān)系確定根據(jù)幾何關(guān)系確定Q Q點(diǎn)到點(diǎn)到O O點(diǎn)的距離點(diǎn)的距離. .【規(guī)范解答】【規(guī)范解答】(1)(1)設(shè)質(zhì)子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)設(shè)質(zhì)子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域區(qū)域和和中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑分別為道半徑分別為r r1 1和和r r2 2, ,區(qū)域

27、區(qū)域中磁感中磁感應(yīng)強(qiáng)度為應(yīng)強(qiáng)度為B,B,由牛頓第二定律得由牛頓第二定律得 (2 (2分分) ) (2 (2分分) ) 21vqvBmr22vqvBmr 質(zhì)子在兩區(qū)域運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示質(zhì)子在兩區(qū)域運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示, ,由幾何關(guān)系可知由幾何關(guān)系可知, ,質(zhì)子從質(zhì)子從A A點(diǎn)點(diǎn)出勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域出勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度方向與時(shí)的速度方向與OPOP的夾角為的夾角為3030, ,故質(zhì)子在勻故質(zhì)子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為中運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為=60=60則則O O1 1OAOA為等邊三角形為等邊三角形, ,即即OA=rOA=r1 1 (2(2分分) )r r2 2=OAsin30=O

28、Asin30= r= r1 1 (2(2分分) )解得區(qū)域解得區(qū)域中磁感應(yīng)強(qiáng)度為中磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=2B (2B=2B (2分分) )(2)Q(2)Q點(diǎn)到點(diǎn)到O O點(diǎn)的距離為點(diǎn)的距離為 (5(5分分) )答案：答案：(1)2B (2)(1)2B (2)12231 mvxOAcos30r().2qB 31 mv()2qB【總結(jié)提升】【總結(jié)提升】帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的規(guī)范求解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的規(guī)范求解1.1.一般解題步驟一般解題步驟(1)(1)分析磁場(chǎng)的邊界條件分析磁場(chǎng)的邊界條件, ,結(jié)合粒子進(jìn)出磁場(chǎng)的條件畫(huà)出帶電粒結(jié)合粒子進(jìn)出磁場(chǎng)的條件畫(huà)出帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡子運(yùn)動(dòng)軌跡, ,確定圓

29、心確定圓心. .根據(jù)幾何關(guān)系求解半徑、圓心角等根據(jù)幾何關(guān)系求解半徑、圓心角等. .(2)(2)根據(jù)洛倫茲力提供向心力建立動(dòng)力學(xué)方程根據(jù)洛倫茲力提供向心力建立動(dòng)力學(xué)方程, ,分析已知量和未分析已知量和未知量的關(guān)系知量的關(guān)系. .(3)(3)求解未知量求解未知量, ,并進(jìn)行必要的分析驗(yàn)證并進(jìn)行必要的分析驗(yàn)證. .2.2.應(yīng)注意的問(wèn)題應(yīng)注意的問(wèn)題(1)(1)不同邊界條件不同邊界條件, ,粒子運(yùn)動(dòng)臨界條件不同粒子運(yùn)動(dòng)臨界條件不同, ,應(yīng)畫(huà)圖加以說(shuō)明應(yīng)畫(huà)圖加以說(shuō)明. .(2)(2)所用幾何關(guān)系不需要進(jìn)行證明所用幾何關(guān)系不需要進(jìn)行證明. .(3)(3)多個(gè)粒子參與運(yùn)動(dòng)多個(gè)粒子參與運(yùn)動(dòng), ,運(yùn)動(dòng)過(guò)程比較復(fù)雜

30、時(shí)運(yùn)動(dòng)過(guò)程比較復(fù)雜時(shí), ,各物理量符號(hào)要提各物理量符號(hào)要提前設(shè)定前設(shè)定, ,以免混淆以免混淆. .【變式訓(xùn)練】【變式訓(xùn)練】如圖所示如圖所示, ,在直角坐標(biāo)系的第在直角坐標(biāo)系的第象限和第象限和第象限中象限中的直角三角形區(qū)域內(nèi)的直角三角形區(qū)域內(nèi), ,分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度均為分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B=5.0B=5.01010-3 -3 T T的勻的勻強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)磁場(chǎng), ,方向分別垂直紙面向外和向里方向分別垂直紙面向外和向里. .質(zhì)量為質(zhì)量為m=6.64m=6.641010-27-27kgkg、電荷量為電荷量為q=+3.2q=+3.21010-19-19 C C的的粒子粒子( (不計(jì)不計(jì)粒子的重力粒子的重力),

31、),由靜止由靜止開(kāi)始經(jīng)加速電壓為開(kāi)始經(jīng)加速電壓為U=1 205 VU=1 205 V的電場(chǎng)的電場(chǎng)( (圖中未畫(huà)出圖中未畫(huà)出) )加速后加速后, ,從坐標(biāo)從坐標(biāo)點(diǎn)點(diǎn)M(-4, )M(-4, )處平行于處平行于x x軸向右運(yùn)動(dòng)軸向右運(yùn)動(dòng), ,并先后通過(guò)兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域并先后通過(guò)兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域. . 2(1)(1)求求粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑; ;(2)(2)在圖中畫(huà)出在圖中畫(huà)出粒子從直線粒子從直線x=-4x=-4到直線到直線x=4x=4之間的運(yùn)動(dòng)軌跡之間的運(yùn)動(dòng)軌跡, ,并并在圖中標(biāo)明軌跡與直線在圖中標(biāo)明軌跡與直線x=4x=4交點(diǎn)的坐標(biāo)交點(diǎn)的坐標(biāo); ;(3)(3)求出求出粒子在

32、兩個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域偏轉(zhuǎn)所用的總時(shí)間粒子在兩個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域偏轉(zhuǎn)所用的總時(shí)間. . 【解析】【解析】(1)(1)粒子在電場(chǎng)中被加速粒子在電場(chǎng)中被加速, ,由動(dòng)能定理得由動(dòng)能定理得粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn), ,由牛頓第二定律得由牛頓第二定律得聯(lián)立解得聯(lián)立解得21qUmv22vqvBmr271912mU126.64101205r2(m).Bq0.0053.210(2)(2)由幾何關(guān)系可得由幾何關(guān)系可得,粒子恰好垂直穿過(guò)分界線粒子恰好垂直穿過(guò)分界線, ,故正確圖象如故正確圖象如圖所示圖所示. . (3)(3)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期粒子在兩個(gè)磁場(chǎng)中分別偏轉(zhuǎn)的弧度為粒子在兩個(gè)磁場(chǎng)

33、中分別偏轉(zhuǎn)的弧度為 在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)總在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)總時(shí)間：時(shí)間：答案：答案：(1) m (2)(1) m (2)見(jiàn)解析見(jiàn)解析 (3)6.5 (3)6.51010-6 -6 s s 2r2mTvqB1mtT42qB2761933.146.64 106.5 10 (s).23.2 105 10 2,4【變式備選】【變式備選】在真空中，半徑為在真空中，半徑為R R的圓的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B B，在此區(qū)域外，在此區(qū)域外圍足夠大空間有垂直紙面向里的大小也圍足夠大空間有垂直紙面向里的大小也為為B B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶正

34、電的粒子從的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶正電的粒子從邊界上的邊界上的P P點(diǎn)沿半徑向外，以速度點(diǎn)沿半徑向外，以速度v v0 0進(jìn)入外圍磁場(chǎng)，已知帶電粒進(jìn)入外圍磁場(chǎng)，已知帶電粒子質(zhì)量子質(zhì)量m=2m=21010-10 -10 kgkg，帶電量，帶電量q=5q=51010-6 -6 C C，不計(jì)重力，磁感應(yīng)強(qiáng)，不計(jì)重力，磁感應(yīng)強(qiáng)度度B=1 TB=1 T，粒子運(yùn)動(dòng)速度，粒子運(yùn)動(dòng)速度v v0 0=5=510103 3 m/sm/s，圓形區(qū)域半徑，圓形區(qū)域半徑R=0.2 mR=0.2 m，試畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡并求出粒子第一次回到試畫(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡并求出粒子第一次回到P P點(diǎn)所需時(shí)間點(diǎn)所需時(shí)間( (計(jì)算結(jié)計(jì)算結(jié)果可以用果

35、可以用表示表示).).【解析】【解析】由洛倫茲力提供向心力：由洛倫茲力提供向心力： r=0.2 m=Rr=0.2 m=R軌跡如圖所示軌跡如圖所示. .運(yùn)動(dòng)周期為運(yùn)動(dòng)周期為t=2T=16t=2T=161010-5 -5 s s答案：答案：軌跡見(jiàn)解析圖軌跡見(jiàn)解析圖 16161010-5 -5 s s 200mvqv Br502rT810sv熱點(diǎn)考向熱點(diǎn)考向3 3 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用【例證【例證3 3】(2012(2012天津高考天津高考) )對(duì)鈾對(duì)鈾235 235 的進(jìn)一步研究在核能的開(kāi)發(fā)和利用中的進(jìn)一步研究在核能的開(kāi)發(fā)和利用中具有重要意義具有重要意義.

36、.如圖所示如圖所示, ,質(zhì)量為質(zhì)量為m m、電、電荷量為荷量為q q的鈾的鈾235235離子離子, ,從容器從容器A A下方的下方的小孔小孔S S1 1不斷飄入加速電場(chǎng)不斷飄入加速電場(chǎng), ,其初速度可其初速度可視為零視為零, ,然后經(jīng)過(guò)小孔然后經(jīng)過(guò)小孔S S2 2垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B的的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, ,做半徑為做半徑為R R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的勻速圓周運(yùn)動(dòng). .離子行進(jìn)半個(gè)圓周后離離子行進(jìn)半個(gè)圓周后離開(kāi)磁場(chǎng)并被收集開(kāi)磁場(chǎng)并被收集, ,離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)離子束的等效電流為離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)離子束的等效電流為I,I,不考慮離子不考慮離子重力及離子間的相互作用重力

37、及離子間的相互作用. .(1)(1)求加速電場(chǎng)的電壓求加速電場(chǎng)的電壓U;U;(2)(2)求出在離子被收集的過(guò)程中任意時(shí)間求出在離子被收集的過(guò)程中任意時(shí)間t t內(nèi)收集到離子的質(zhì)量?jī)?nèi)收集到離子的質(zhì)量M.M.【自主解答】【自主解答】(1)(1)離子在電場(chǎng)中加速的過(guò)程中，由動(dòng)能定理得離子在電場(chǎng)中加速的過(guò)程中，由動(dòng)能定理得: : 離子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則離子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則: : 聯(lián)立聯(lián)立式解得式解得: : 21qUmv22vqvBmR22qB RU2m(2)(2)在在t t時(shí)間內(nèi)收集到的離子的總電荷量為時(shí)間內(nèi)收集到的離子的總電荷量為Q=It Q=It 這些離子個(gè)數(shù)為這些離子個(gè)數(shù)為N

38、= N= 離子的總質(zhì)量為離子的總質(zhì)量為M=Nm M=Nm 聯(lián)立聯(lián)立式解得式解得:M=:M=答案答案: :QqmItq 22qB RmIt1 22mq【總結(jié)提升】【總結(jié)提升】洛倫茲力應(yīng)用問(wèn)題的分析方法洛倫茲力應(yīng)用問(wèn)題的分析方法1.1.洛倫茲力的應(yīng)用包括回旋加速器、質(zhì)譜儀、速度選擇器等洛倫茲力的應(yīng)用包括回旋加速器、質(zhì)譜儀、速度選擇器等. .2.2.回旋加速器中經(jīng)常遇到的問(wèn)題是粒子獲得的最大動(dòng)能、加速回旋加速器中經(jīng)常遇到的問(wèn)題是粒子獲得的最大動(dòng)能、加速的次數(shù)、運(yùn)動(dòng)時(shí)間等的次數(shù)、運(yùn)動(dòng)時(shí)間等, ,分析的方法是電場(chǎng)對(duì)粒子加速分析的方法是電場(chǎng)對(duì)粒子加速, ,每次做功每次做功相同相同, ,粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓

39、周運(yùn)動(dòng)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng), ,周期相同周期相同, ,其半徑最大時(shí)動(dòng)其半徑最大時(shí)動(dòng)能最大能最大. .3.3.質(zhì)譜儀中粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡不同質(zhì)譜儀中粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡不同, ,其原因是粒子的質(zhì)量其原因是粒子的質(zhì)量不同不同. . 【變式訓(xùn)練】【變式訓(xùn)練】(2012(2012福州模擬福州模擬) )如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖圖. .初速度不同的帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后初速度不同的帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后, ,進(jìn)入速度選擇器進(jìn)入速度選擇器. .速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B B和和E.E

40、.平板平板S S上有可讓粒子通過(guò)的狹縫上有可讓粒子通過(guò)的狹縫P P和記錄粒子位置的膠片和記錄粒子位置的膠片A A1 1A A2 2. .平板平板S S下方有強(qiáng)度為下方有強(qiáng)度為B B0 0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng). .下列表述不正確的是下列表述不正確的是( )( ) A.A.質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B.B.速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外C.C.能通過(guò)狹縫能通過(guò)狹縫P P的帶電粒子的速率等于的帶電粒子的速率等于E/BE/BD.D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P,P,粒子的比荷越小粒子的比荷越小【解析】

41、【解析】選選D.D.粒子先在電場(chǎng)中加速粒子先在電場(chǎng)中加速, ,進(jìn)入速度選擇器做勻速直線進(jìn)入速度選擇器做勻速直線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng), ,最后進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)最后進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng). .在速度選擇器中受力平在速度選擇器中受力平衡衡:Eq=qvB,:Eq=qvB,得得v=E/B,v=E/B,方向由左手定則可知磁場(chǎng)方向垂直紙面向方向由左手定則可知磁場(chǎng)方向垂直紙面向外外,B,B、C C正確正確. .進(jìn)入磁場(chǎng)后進(jìn)入磁場(chǎng)后, ,洛倫茲力提供向心力洛倫茲力提供向心力, , 得得, , 粒子半徑與比荷成反比粒子半徑與比荷成反比, ,所以所以A A對(duì)對(duì),D,D錯(cuò)錯(cuò). .20mvqvBR0mvR,qB考查內(nèi)容考查內(nèi)

42、容帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解問(wèn)題帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的多解問(wèn)題【例證】【例證】如圖甲所示，如圖甲所示，MNMN為豎直放置彼此平行的兩塊平板，板為豎直放置彼此平行的兩塊平板，板間距離為間距離為d d，兩板中央各有一個(gè)小孔，兩板中央各有一個(gè)小孔O O、OO正對(duì)，在兩板間有垂正對(duì)，在兩板間有垂直于紙面方向的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化如圖乙所示直于紙面方向的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化如圖乙所示. .有有一群正離子在一群正離子在t=0t=0時(shí)垂直于時(shí)垂直于M M板從小孔板從小孔O O射入磁場(chǎng)射入磁場(chǎng). .已知正離子質(zhì)已知正離子質(zhì)量為量為m m、帶電荷量為、帶電荷量為q q，正離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)

43、動(dòng)的周期，正離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的周期都為與磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的周期都為T(mén) T0 0，不考慮由于磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生，不考慮由于磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的電場(chǎng)的影響，不計(jì)離子所受重力的電場(chǎng)的影響，不計(jì)離子所受重力. .求：求： (1)(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B B0 0的大小的大小. .(2)(2)要使正離子從要使正離子從OO孔垂直于孔垂直于N N板射出磁場(chǎng)，正離子射入磁場(chǎng)時(shí)板射出磁場(chǎng)，正離子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度的速度v v0 0的可能值的可能值. . 【規(guī)范解答】【規(guī)范解答】設(shè)垂直于紙面向里的磁場(chǎng)方向?yàn)檎较蛟O(shè)垂直于紙面向里的磁場(chǎng)方向?yàn)檎较? .(1)(1)正離子射入磁場(chǎng)，洛倫茲力提

44、供向心力正離子射入磁場(chǎng)，洛倫茲力提供向心力做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期由兩式得磁感應(yīng)強(qiáng)度由兩式得磁感應(yīng)強(qiáng)度2000mvB qvR002RTv002mBqT(2)(2)要使正離子從要使正離子從OO孔垂直于孔垂直于N N板射出磁場(chǎng)，板射出磁場(chǎng)，v v0 0的方向應(yīng)如圖所的方向應(yīng)如圖所示，示，兩板之間正離子只運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期即兩板之間正離子只運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期即T T0 0時(shí)，有時(shí)，有當(dāng)兩板之間正離子運(yùn)動(dòng)當(dāng)兩板之間正離子運(yùn)動(dòng)n n個(gè)周期，即個(gè)周期，即nTnT0 0時(shí)，時(shí)，有有R= (n=1R= (n=1，2 2，3 3) )聯(lián)立求解，得正離子的速度的可能值為聯(lián)立求解，得正離子的速度的可能值為答案：

45、答案：(1) (2) (n=1(1) (2) (n=1，2 2，3 3) ) dR4d4n000B qRdv(n1 2 3)m2nT，02mqT0d2nT1.1.帶電粒子垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到洛倫茲力的作用帶電粒子垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到洛倫茲力的作用. .下列表述正確的是下列表述正確的是( )( )A.A.洛倫茲力對(duì)帶電粒子做功洛倫茲力對(duì)帶電粒子做功B.B.洛倫茲力不改變帶電粒子的動(dòng)能洛倫茲力不改變帶電粒子的動(dòng)能C.C.洛倫茲力的大小與速度無(wú)關(guān)洛倫茲力的大小與速度無(wú)關(guān)D.D.洛倫茲力不改變帶電粒子的速度方向洛倫茲力不改變帶電粒子的速度方向【解析】【解析】選選B.B.根據(jù)洛倫茲力

46、的特點(diǎn)根據(jù)洛倫茲力的特點(diǎn), , 洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功功,A,A錯(cuò)，錯(cuò)，B B對(duì)對(duì). .根據(jù)根據(jù)F=qvB,F=qvB,可知洛倫茲力的大小與速度有關(guān)，可知洛倫茲力的大小與速度有關(guān)，C C錯(cuò)錯(cuò). . 洛倫茲力的效果就是改變物體的運(yùn)動(dòng)方向洛倫茲力的效果就是改變物體的運(yùn)動(dòng)方向, ,不改變速度的大小，不改變速度的大小，D D錯(cuò)錯(cuò). . 2.2.如圖所示如圖所示,MN,MN為兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的分為兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的分界面界面, ,兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的關(guān)兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的關(guān)系為系為B B1 1=2B=2B2 2, ,一帶電荷量為一帶電荷量為+q+q、質(zhì)量、質(zhì)量為為m m的粒子從的

47、粒子從O O點(diǎn)垂直點(diǎn)垂直MNMN進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為度為B B1 1的磁場(chǎng)的磁場(chǎng), ,則經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間它將則經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間它將向下再一次通過(guò)向下再一次通過(guò)O O點(diǎn)點(diǎn)( )( )A. B.A. B.C. D. C. D. 12mqB22mqB122mq(BB )12mq(BB )【解析】【解析】選選B.B.粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示如圖所示. .由周期公式由周期公式 知知, ,粒子粒子從從O O點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)到再一次通過(guò)點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)到再一次通過(guò)O O點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間 所以所以B B選項(xiàng)正確選項(xiàng)正確. . 2mTqB1222mm2mt,qBqBqB3.(20123.(201

48、2泉州模擬泉州模擬) )如圖所示如圖所示, ,圓形圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng), ,三個(gè)三個(gè)質(zhì)量和電荷都相同的帶電粒子質(zhì)量和電荷都相同的帶電粒子a a、b b、c,c,以不同的速率對(duì)準(zhǔn)圓心以不同的速率對(duì)準(zhǔn)圓心O O沿著沿著AOAO方方向射入磁場(chǎng)向射入磁場(chǎng), ,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示, ,若帶電粒子只受磁場(chǎng)力的作若帶電粒子只受磁場(chǎng)力的作用用, ,則下列說(shuō)法正確的是則下列說(shuō)法正確的是( )( )A.aA.a粒子動(dòng)能最大粒子動(dòng)能最大B.cB.c粒子速率最大粒子速率最大C.cC.c粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)D.D.它們做圓周運(yùn)動(dòng)的周期它們

49、做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T Ta aT Tb bT Tc c 【解析】【解析】選選B.B.從題圖可分析出從題圖可分析出c c粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑最大粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑最大, ,速率最大、動(dòng)能最大速率最大、動(dòng)能最大. .三個(gè)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期相同三個(gè)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期相同,a,a粒粒子對(duì)應(yīng)的圓心角最大子對(duì)應(yīng)的圓心角最大, ,故在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最長(zhǎng)故在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最長(zhǎng),B,B正確正確. .4.4.如圖是質(zhì)譜儀工作原理的示意圖如圖是質(zhì)譜儀工作原理的示意圖. .帶電粒子帶電粒子a a、b b經(jīng)電壓經(jīng)電壓U U加速加速( (在在A A點(diǎn)初點(diǎn)初速度為零速度為零) )后后, ,進(jìn)入磁感應(yīng)

50、強(qiáng)度為進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B的的勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng), ,最后分別最后分別打在感光板打在感光板S S上的上的x x1 1、x x2 2處處. .圖中半圓形的虛線分別表示帶電粒圖中半圓形的虛線分別表示帶電粒子子a a、b b所通過(guò)的路徑所通過(guò)的路徑, ,則則( )( )A.aA.a的質(zhì)量一定大于的質(zhì)量一定大于b b的質(zhì)量的質(zhì)量B.aB.a的電荷量一定大于的電荷量一定大于b b的電荷量的電荷量C.aC.a運(yùn)動(dòng)的時(shí)間大于運(yùn)動(dòng)的時(shí)間大于b b運(yùn)動(dòng)的時(shí)間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間D.aD.a的比荷的比荷(q(qa a/m/ma a) )大于大于b b的比荷的比荷(q(qb b/m/mb b) )

51、 【解析】【解析】選選D.D.根據(jù)動(dòng)能定理根據(jù)動(dòng)能定理qU= mvqU= mv2 2, ,再根據(jù)牛頓第二定律再根據(jù)牛頓第二定律 解得解得: : 由于由于x x2 2x x1 1, ,故故r r2 2r r1 1, ,即即a a的比荷大的比荷大于于b b的比荷的比荷, ,故故A A、B B錯(cuò)誤錯(cuò)誤,D,D正確正確. .再根據(jù)再根據(jù) a a的運(yùn)動(dòng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間小于小于b b的運(yùn)動(dòng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,C,C錯(cuò)誤錯(cuò)誤. .122mvqvB,r12mUr,Bq1mtT,2qB5.5.電子質(zhì)量為電子質(zhì)量為m m、電荷量為、電荷量為q,q,以速度以速度v v0 0與與x x軸成軸成角射入磁感應(yīng)角射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為

52、強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, ,最后落在最后落在x x軸上的軸上的P P點(diǎn)點(diǎn), ,如圖所示如圖所示, ,求求: :(1) (1) 的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度; ;(2)(2)電子從由電子從由O O點(diǎn)射入到落在點(diǎn)射入到落在P P點(diǎn)所需的時(shí)間點(diǎn)所需的時(shí)間t. t. OP【解析】【解析】(1)(1)過(guò)過(guò)O O點(diǎn)和點(diǎn)和P P點(diǎn)作速度方向的垂線點(diǎn)作速度方向的垂線, ,兩線交點(diǎn)兩線交點(diǎn)C C即為電子即為電子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心, ,如圖所示如圖所示, ,則可知?jiǎng)t可知 =2R=2Rsinsin解得解得: :(2)(2)由圖中可知由圖中可知:2=t= t:2=t= t又又解得解得: :答案：答案：(1) (2)(1) (2) OP200vBqvmR02mvOPsinBq2T02RvRT2mt.Bq02mvsinBq2mBq