【學案與測評】高中物理 第八章磁場課件 魯科選修31

考綱點擊備考導讀1.磁場、磁感應強度和磁感線Ⅰ2.通電直導線和通電線圈周圍磁場的方向Ⅰ3.安培力、安培力的方向Ⅰ4.勻強磁場中的安培力Ⅱ5.洛倫茲力、洛倫茲力的方向Ⅰ6.洛倫茲力的公式Ⅱ7.帶電粒子在勻強磁場中的運動Ⅱ8.質譜儀和回旋加速器Ⅰ1.本章知識概念不多，但綜合性強，求解本章問題要注意分析粒子的受力情景、運動情景和能量情景，依據(jù)受力和初始條件來確定粒子的運動情況，結合運動情況充分利用數(shù)學知識求解相關問題．其中安培力的計算限于電流與磁感應強度垂直的情形；洛倫茲力的計算限于速度與磁場方向垂直的情形．2.縱觀近幾年高考題可以看出涉及本章知識的題目年年都有，考查最多的是與洛倫茲力有關的帶電粒子在勻強磁場或復合場中的運動，本章知識常與電場、恒定電流以及電磁感應、交流電流等知識緊密聯(lián)系、綜合考查，是高考的熱點．3.復習本章時應抓住磁感應強度、磁感線、磁通量，安培力和洛倫茲力的基本概念和規(guī)律，并能熟練應用于實際問題中.第1節(jié)磁場的描述磁場對電流的作用

一、磁場的性質1.物質存在：磁場是存在于磁體、______和運動電荷周圍的一種特殊物質．2.基本性質：磁場對放入磁場中的磁體、電流和運動電荷有________的作用．3.方向：磁場中某點的磁場方向為該點小磁針______所受磁場力的方向．二、磁場的描述1.磁感應強度(1)意義：描述磁場______的物理量．(2)定義：B＝____，式中通電直導線I與磁場方向垂直．(3)方向：小磁針靜止時______所指的方向．(4)單位：________，符號T,1T＝1N/A·m.(5)決定因素：由磁場本身決定，與I、L和F的大小均無關．2.磁感線：在磁場中人為地畫出一系列曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟這點的__________的方向一致，磁感線的疏密程度表示磁場的______，這樣的曲線叫做磁感線.三、常見的磁場1.條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場

條形磁鐵蹄形磁鐵2.地磁場地球的磁場與條形磁鐵的磁場相似，主要特點：(1)地磁場的______在地理南極附近，______在地理北極附近，如圖所示．(2)地磁場B的水平分量(Bx)總是從地理______指向______；而豎直分量(By)則南、北半球相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．(3)在赤道平面上，距離地球表面高度相等的各點，磁場強弱______，且方向水平向____．3.勻強磁場：若某個區(qū)域里磁感應強度大小處處______，方向______，那么該區(qū)域的磁場叫勻強磁場，勻強磁場中的磁感線是________的直線．如通電螺線管內(nèi)部的磁場，兩個平行放置且距離很近的異名磁極之間的磁場都可認為是勻強磁場．4.幾種常見電流周圍的磁場分布直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場特點無磁極、非勻強且距導線越遠處磁場________磁場與條形磁鐵的磁場相似，管內(nèi)為______磁場，管外為非勻強磁場環(huán)形電流的兩側是N極和S極且離圓環(huán)中心越遠，磁場______安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖5.磁通量(1)定義：磁感應強度B與垂直磁場方向的面積S的______叫做穿過這個面的磁通量Φ.(2)公式：Φ＝______＝BSsinθ，θ為S與B夾角．(3)單位：______，符號Wb.1Wb＝1T·m2.

四、磁場對電流的作用1.安培力的大小安培力F＝________，如圖所示，θ為B與I的夾角．(1)當B與I垂直時：安培力最大，F(xiàn)＝BIL.(2)當B與I平行時：安培力最小，F(xiàn)＝0.2.安培力的方向(1)判定方法——左手定則左手定則：伸開左手，使拇指跟其余四個手指______，并且都跟手掌在同一個平面內(nèi)，讓磁感線從______進入，并使______指向電流的方向，這時______所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向．(2)安培力的方向特點：F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F______于B和I決定的平面．(注意：B和I可以有任意夾角)3.磁電式電流表線圈如圖放置，磁場方向總沿著______均勻輻射地分布，在距軸線等距離處的磁感應強度的大小總是______的，線圈在安培力及螺旋彈簧彈力作用下平衡，線圈轉過的角度與所通過的電流成正比．對磁感強度及磁感線的理解1.對磁感應強度的理解(1)磁感應強度由磁場本身決定，跟在該位置放入的導線長度L、電流I的大小及受到磁場的作用力均無關，與是否放通電導線也無關．絕對不能根據(jù)公式B＝F/IL認為B與F成正比，與IL成反比．(2)由公式B＝F/IL計算B時，通電導線必須垂直于磁場放入，如果小段通電導線平行放入磁場，其所受安培力F為零，但該處磁感應強度B不為零．(3)磁感應強度的方向不是通電導線所受磁場作用力的方向，而是與受到的作用力的方向垂直．3.磁磁感感應強強度B與電場場強度度E的比較較磁感應強度B

電場強度E

物理意義描述磁場的力的性質的物理量描述電場的力的性質的物理量定義式B＝F/IL，通電導線與B垂直E＝F/q大小決定由磁場決定，與檢驗電流無關由電場決定，與檢驗電荷無關方向矢量方向為磁感線切線方向，即小磁針N極受力方向矢量方向為電場線切線方向，即放入該點的正電荷受力方向場的疊加合磁感應強度等于各磁場的磁感應強度的矢量和合場強等于各個電場的場強的矢量和單位1T＝1N/(A·m)1V/m＝1N/C3.對對磁磁感線線的理理解(1)磁感感線的的特點點①磁感線線是為為了形形象地地描述述磁場場而人人為假假設的的曲線線，并并不是是客觀觀存在在于磁磁場中中的真真實曲曲線.②磁感線線在磁磁體(螺線線管)外部部由N極到到S極極，內(nèi)內(nèi)部由由S極極到N極，，是閉閉合曲曲線．．③磁感線線的疏疏密表表示磁磁場的的強弱弱，磁磁感線線較密密的地地方磁磁場較較強，，磁感感線較較疏的的地方方磁場場較弱弱．④磁感線線上任任何一一點的的切線線方向向，都都跟該該點的的磁場場(磁磁感應應強度度)方方向一一致．．⑤磁感線線不能能相交交，也也不能能相切切．(2)磁感感線和和電場場線的的比較較磁感線電場線不同點閉合曲線起始于正電荷，終止于負電荷相似點引入目的形象描述場而引入的假想線，實際并不存在疏密程度反映場的強弱切線方向表示場的方向是否相交不能相交(電場中無電荷的空間是不相交的)(2010·聊聊城測測試)根據(jù)據(jù)磁感感應強強度的的定義義式B＝F/IL，下列列說法法中正正確的的是()A.在在磁磁場中中某確確定位位置，，B與F成正比比，與與I、L的乘積積成反反比B.一一小小段能能通電電直導導線在在空間間某處處受磁磁場力力F＝0，，那么么該處處的B一定為為零C.磁磁場場中某某處的的B的方向向跟電電流在在該處處受磁磁場力力F的方向向相同同D.一一小小段通通電直直導線線放在在B為零的的位置置，那那么它它受到到磁場場力F也一定定為零零【點撥撥】正正確確理解解磁感感應強強度(由磁磁場本本身決決定)和安安培力力(F＝BILsinθ)的決決定因因素【解析析】磁磁感感應強強度是是表征征磁場場強弱弱的物物理量量，磁磁場中中的某某點的的磁感感應強強度是是一個個確定定的值值，它它由磁磁場本本身決決定的的，與與磁場場中是是否有有通電電導體體，及及導體體的長長度，，電流流強度度的大大小，，以及及磁場場作用用力的的大小小無關關，A錯誤誤．若若電流流方向向與磁磁場方方向在在一條條直線線上，，通電電導體體將不不受到到磁場場力的的作用用，因因此在在某處處磁場場力為為零，，并不不能說說明該該處的的磁感感應強強度為為零，，B錯錯誤．．通電電導體體受到到磁場場力的的方向向垂直直于磁磁場方方向和和電流流方向向所決決定的的平面面，C錯誤誤．通通電導導體處處在一一個沒沒有磁磁場的的空間間，當當然不不受磁磁場力力的作作用，，D正正確．．【答案案】D1.在在磁磁感應應強度度為B0，豎直直向上上的勻勻強磁磁場中中，水水平放放置一一根長長通電電直導導線，，電流流的方方向垂垂直紙紙面向向里，，如圖圖所示示，a、b、c、d是以直直導線線為圓圓心的的同一一圓周周上的的四點點，在在這四四點中中()A.c、d兩點的的磁感感應強強度大大小相相等B.a、b兩點的的磁感感應強強度大大小相相等C.c點的磁磁感應應強度度的值值最小小D.b點的磁磁感應應強度度的值值最大大【解析析】由由右右手定定則判判斷電電流產(chǎn)產(chǎn)生的的磁場場情況況，所所求磁磁感應應強度度為兩兩磁場場的矢矢量和和．在在c點電流流產(chǎn)生生的磁磁場方方向與與B0反向，，故合合磁感感應強強度最最?。赼點兩者者同向向，合合磁感感應強強度最最大，，在b、d兩點，，兩者者互相相垂直直，故故合磁磁感應應強度度大小小相等等.因因此此只有有C項項正確確.【答案案】C判斷通通電導導線或或線圈圈在安安培力力作用用下的的運動動要判定定通電電導體體在安安培力力作用用下的的運動動，首首先必必須清清楚導導體所所在位位置的的磁場場分布布情況況，然然后才才能結結合左左手定定則準準確判判定導導體的的受力力情況況，進進而確確定導導體的的運動動方向向．現(xiàn)對幾幾種常常用的的方法法列表表比較較如下下：電流元分析法把整段電流等效為多段很小的直線電流元，先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力方向，最后確定運動方向特殊位置分析法把通電導線轉到一個便于分析的特殊位置后判斷其所受安培力方向，從而確定運動方向轉換研究對象法因為電流之間、電流與磁體之間相互作用滿足牛頓第三定律，因此，定性分析磁體在力的作用下如何運動的問題，可先分析電流在磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律確定磁體所受作用力，從而確定磁體所受合力及運動方向等效法環(huán)形電流和小磁針的磁場形式相同，可以相互等效；通電螺線管和條形磁鐵的磁場形式相同可以相互等效結論法對于兩平行直線導體，同向電流相互吸引，異向電流相互排斥如圖所所示，，把一一通電電直導導線放放在蹄蹄形磁磁鐵磁磁極的的正上上方，，導線線可以以自由由移動動，當當導線線通過過電流流I時，導導線的的運動動情況況是(從上上往下下看)()A.順順時時針方方向轉轉動，，同時時下降降B.順順時時針方方向轉轉動，，同時時上升升C.逆逆時時針方方向轉轉動，，同時時下降降D.逆逆時時針方方向轉轉動，，同時時上升升【解析析】解解法法一，，電流流元受受力分分析法法：把把直線線電流流等效效為AO、BO兩段電電流元元，蹄蹄形磁磁鐵磁磁感線線分布布以及及兩段段電流流元受受安培培力方方向如如圖所所示．．可見見電線線將逆逆時針針轉動動．解法二二，特特殊位位置分分析法法：選選導線線轉動動90°的的特殊殊位置置(如如圖的的虛線線位置置)來來分析析，判判定安安培力力方向向向下下．故故導線線在逆逆時針針轉動動的同同時向向下運運動，，所以以C正正確．．【答案】C(2010·晉江高高三月考)如圖所示示，把輕質質導線圈用用細線掛在在磁鐵N極極附近，磁磁鐵的軸線線穿過線圈圈的圓心且且垂直于線線圈的平面面．當線圈圈內(nèi)通過如如圖所示的的電流時，，線圈將怎怎樣運動．．【解析】解解法一等等效分析法法：把環(huán)形形電流等效效成圖(a)所示的的條形磁鐵鐵，可見兩兩條磁鐵只只是相互吸吸引而沒有有轉動，即即線圈內(nèi)磁磁鐵平移．．解法二結論論分析法：：把條形磁磁鐵等效成成圖(b)所示的環(huán)環(huán)形電流，，由圖可見見兩電流方方向相同，，故兩環(huán)形形電流沒有有轉動，只只是相互吸吸引，即線線圈將向磁磁鐵平移．．【答案】見見解析安培力的應應用1.安培培力的大小小常用公式F＝BIL要求兩兩垂垂直，應用用時要滿足足：(1)B與L垂直．(2)L是有效長度度，即垂直直磁感應強強度方向的的長度；如如彎曲導導線的有效效長度L等于兩端點點所連線段段的長度(如圖所示示)．相應的電流流方向沿L由始端流向向末端.因因為任意意形狀的閉閉合線圈，，其有效長長度為零，，所以閉合合線圈通電電后在勻強強磁場中受受到的安培培力的矢量量和為零．．(3)B并非一定是是勻強磁場場，但一定定是導線所所在處的磁磁感應強度度值．2.通電電導線在磁磁場中的平平衡和加速速(1)選定定研究對象象；(2)變?nèi)S為二維維，畫出平平面受力分分析圖，其其中安培力力的方向要要用左手定定則來判斷斷，注意F安⊥B、F安⊥I;(3)根據(jù)據(jù)力的平衡衡條件、牛牛頓第二定定律列方程程式進行求求解質量為m、長度為L的導體棒MN靜止于水平平導軌上，，通過MN的電流為I，勻強磁場場的磁感應應強度為B，方向與導導軌平面成成θ角斜向下，，如圖所示示，求棒MN受到的支持持力和摩擦擦力．【解析】求求解此題題容易犯的的錯誤是認認為磁感應應強度B與棒MN斜交成θ角．實際上上盡管磁感感線與平面面成θ角，但磁磁場方向向與棒MN仍是垂直直的．由由左手定定則判斷斷安培力力的方向向時，要要注意安安培力的的方向既既垂直于于電流方方向又垂垂直于磁磁場方向向，即垂直于于電流方方向和磁磁場方向向所決定定的平面面，棒MN受力分析析如圖所所示．由平衡條條件有水水平方向向：f＝Fsinθ，豎直方向向：N＝Fcosθ＋mg，且F＝BIL，從而得f＝BILsinθ，N＝BILcosθ＋mg.【答案】】BILcosθ＋mgBILsinθ點睛筆記記(1)解解決有關關通電導導體在磁磁場中的的平衡問問題的關關鍵是受受力分析析，只不不過比純純力學中中的平衡衡問題要要多考慮慮一個安安培力.(2)畫畫好輔助助圖(如如斜面)，標明明輔助方方向(如如B的方向、、I的方向等等)是畫畫好受力力分析圖圖的關鍵鍵.(3)由由于安培培力、電電流I、磁感應應強度B的方向之之間涉及及到三維維空間，，所以在在受力分分析時要要善于把把立體圖圖轉化為為平面圖圖.3.(2010·上上海高考考卷)如如圖所示示，長為為2L的直導線線拆成邊邊長相等等，夾角角為60°的V型，并并置于與與其所在在平面相相垂直的的勻強磁磁場中，，磁感應應強度為為B，當在該該導線中中通以電電流強度度為I的電流時時，該V型通電電導線受受到的安安培力大大小為()BILC.BILD.2BIL【解析】】本題題考查安安培力大大小的計計算，導導線有效效長度為為2Lsin30°°＝L，所以該該V型通通電導線線受到的的安培力力大小為為BIL，C正確確．【答案】】C在本章知知識應用用的過程程中，運運用安培培定則、、左手定定則判斷斷磁場方方向和載載流導線線受力情情況時易易出現(xiàn)錯錯誤，運運用幾何何知識時時出現(xiàn)錯錯誤，不不善于分分析多過過程的物物理問題題．如圖甲所所示，條條形磁鐵鐵平放于于水平桌桌面上，，在它的的正中央央上方固固定一根根直導線線，導線線與磁場場垂直，，現(xiàn)給導導線中通通以垂直直于紙面面向外的的電流，，則下列列說法正正確的是是()A.磁磁鐵對桌桌面的壓壓力減小小B.磁磁鐵對桌桌面的壓壓力增大大C.磁磁鐵對桌桌面的壓壓力不變變D.以以上說法法都不可可能【錯解】】磁鐵鐵吸引導導線而使使磁鐵、、導線對對桌面有有壓力，，選B.【正解】】在選選擇研究究對象進進行受力力分析時時出現(xiàn)問問題，也也沒有用用牛頓第第三定律律來分析析導線對對磁鐵的的反作用用力作用用到哪里里．通電導線線置于條條形磁鐵鐵上方使使通電導導線置于于磁場中中如圖乙乙所示，，由左手手定則判判斷通電電導線受受到向下下的安培培力作用用，同時時由牛頓頓第三定定律可知知，磁鐵鐵對通電電導線有有向下作作用的同同時，通通電導線線對磁鐵鐵有反作作用力，，作用在在磁鐵上上，方向向向上，，如圖丙丙所示．．對磁鐵鐵做受力力分析，，由于磁磁鐵始終終靜止，，無通電電導線時時N＝mg，有通電電導線后后N＋F′＝mg，N＝mg－F′，磁鐵對對桌面壓壓力減小小，選項項A正確確．【答案】】A第2節(jié)磁磁場對對運動電電荷的作作用一、洛倫倫茲力1.定定義：磁磁場對________的作作用力．．2.大大小：洛洛倫茲力力F＝________，，其中中θ為v與B的夾角.3.方方向：F、v、B三者的關關系滿足足______定則.4.特特點：洛洛倫茲力力的方向向與點電電荷______方向向和______方向向都垂直直，故洛洛倫茲力力永不做做功．二、帶電電粒子在在勻強磁磁場中的的運動1.帶帶電粒子子以平行行于磁場場的速度度進入勻勻強磁場場時，粒粒子不受受洛侖茲茲力作用用而做________運動動．2.帶帶電粒子子以垂直直于磁場場的速度度進入勻勻強磁場場時，粒粒子在垂垂直于磁磁感線的的平面內(nèi)內(nèi)以入射射速度v做勻速圓圓周運動動，其運運動所需需的向心心力全部部由________提供．．(1)基基本公式式做圓周運運動的向向心力由由洛倫茲茲力提供供：qvB＝mv2/R.(2)導導出公式式其中周期期T、頻率f和角速度度ω僅由磁感感應強度度B和粒子的的比荷決決定，與與速度v無關．自我校對對一、1.運動動電荷2.Bqvsinθ0Bqv3.左左手4.運運動磁磁場二、1.勻速速直線2.洛洛倫茲茲力洛倫茲力力的理解解1.洛洛倫茲力力方向的的特點(1)洛洛倫茲力力的方向向與電荷荷運動的的方向和和磁場方方向都垂垂直，即即洛倫茲茲力的方方向總是是垂直于于運動電電荷速度度方向和和磁場方方向確定定的平面面．(2)當當電荷運運動方向向發(fā)生變變化時，，洛倫茲茲力的方方向也隨隨之變化化．2.洛洛倫茲力力與電場場力的比比較

洛倫茲力F電場力F性質磁場對在其中運動的電荷的作用力電場對放入其中電荷的作用力產(chǎn)生條件v≠0且v不與B平行電場中的電荷一定受到電場力的作用大小F＝qvB(v⊥B)F＝qE力方向與場方向的關系一定是F⊥B、F⊥v正電荷受力方向與電場方向相同，負電荷受力方向與電場方向相反做功情況任何情況下都不做功可能做正功、負功，也可能不做功力F為零時場的情況F為零，B不一定為零F為零，E一定為零作用效果只改變電荷運動的速度方向，不改變速度大小既可以改變電荷運動的速度大小，也可以改變電荷運動的方向帶電量為為＋q的粒子在在勻強磁磁場中運運動，下下列說法法中正確確的是()A.只只要速度度大小相相同，所所受洛倫倫茲力就就相同B.如如果把＋＋q改為－q且速度方方向反向向，大小小不變，，則洛倫倫茲力的的大小，，方向均均改變C.洛洛倫茲力力方向一一定與電電荷速度度方向垂垂直，磁磁場方向向一定與與電荷運運動方向向垂直D.粒粒子只受受到洛倫倫茲力作作用，運運動的動動能不變變【點撥】】(1)洛倫倫茲力的的大小與與磁場的的強弱、、電量的的大小、、速度的的大小和和速度方方向與磁磁場方向向的夾角角都有關關．(2)洛倫茲茲力的方向用用左手定則判判斷，與磁場場方向、帶電電粒子的速度度方向及帶電電粒子的電性性都有關．(3)洛倫茲茲力一定與運運動方向垂直直，始終不做做功，不改變變速度大小，，只改變速度度方向．【解析】洛洛倫茲力的大大小與帶電粒粒子速度大小小有關，而且且與粒子速度度方向和磁場場方向的夾角角有關，A錯錯誤．洛倫茲茲力的方向永永遠與粒子速速度方向垂直直，與電荷的的電性有關．．若電性改變變，速度大小小不變，方向向變?yōu)榉捶较蛳?，則洛倫茲茲力大小方向向均不變，B錯誤．洛倫倫茲力不做功功，粒子動能能不變，D正正確．電荷進進入磁場時的的速度方向可可以與磁場方方向成任意夾夾角，C錯誤誤．【答案】D1.(2009·廣東東理科基礎)帶電粒子垂垂直勻強磁場場方向運動時時，會受到洛洛倫茲力的作作用．下列表表述正確的是是()A.洛倫茲茲力對帶電粒粒子做功B.洛倫茲茲力不改變帶帶電粒子的動動能C.洛倫茲茲力的大小與與速度無關D.洛倫茲茲力不改變帶帶電粒子的速速度方向【解析】根根據(jù)洛倫茲力力的特點可知知洛倫茲力對對帶電粒子不不做功，A錯錯誤、B正確確．根據(jù)F＝qvB可知大小與速速度有關，C錯誤．洛倫倫茲力的效果果就是改變物物體的運動方方向，不改變變速度的大小小，D錯誤．．【答案】B帶電粒子在有有理想邊界磁磁場中的運動動帶電粒子在有有理想邊界的的勻強磁場中中做勻速圓周周運動，其運運動規(guī)律是洛洛倫茲力提供供向心力，解解題的關鍵是是畫粒子運動動的示意圖，，確定圓心、、半徑及圓心心角．1.圓心的的確定(1)已知入入射點、出射射點、入射方方向和出射方方向時，可通通過入射點和和出射點分別別作垂直于入入射方向和出出射方向的直直線，兩條直直線的交點就就是圓弧軌道道的圓心(如如圖甲所示，，圖中P為入射點，M為出射點)．．4.常見的的幾種情形(1)直線邊邊界：進出磁磁場具有對稱稱性，如圖所所示．(2)平行邊邊界：存在臨臨界條件，如如圖所示(3)圓形邊邊界：沿徑向向射入必沿徑徑向射出，如如圖所示．5.三步法法解題(1)畫軌跡跡：即確定圓圓心，用幾何何方法求半徑徑并畫出運動動軌跡.(2)找聯(lián)系系：軌道半徑徑與磁感應強強度、運動速速度相聯(lián)系，，偏轉角度與與圓心角、入入射方向、出出射方向相聯(lián)聯(lián)系，在磁場場中運動的時時間與周期相相聯(lián)系．(3)用規(guī)律律：即牛頓第第二定律和圓圓周運動的規(guī)規(guī)律，特別是是周期公式和和半徑公式.(2010··曲阜模擬)如圖所示，，在y＜0的區(qū)域內(nèi)內(nèi)存在勻強磁磁場，磁場方方向垂直于xOy平面并指向紙紙面外，磁感感應強度為B.一帶正電的的粒子以速度度v0從O點射入磁場，，入射方向在在xOy平面內(nèi)，與x軸正向的夾角角為θ，不計重力．．若粒子射出出磁場的位置置與O點的距離為l，求該粒子的的比荷．【點撥】畫畫出粒子的運運動軌跡，利利用圓周運動動規(guī)律和幾何何知識求出粒粒子的比荷．．【解析】如如圖所示，帶帶正電的粒子子射入磁場后后，由于受到到洛倫茲力的的作用，粒子子將沿圖虛線線所示的軌跡跡運動，從A點射出磁場，，O、A間的距離為l，射出磁場時時速度的大小小仍為v0，射出的方向向與x軸的夾角仍為為θ.由洛倫茲力公公式和牛頓運運動定律可得得2.(2010·泉州州模擬)如圖圖所示是某粒粒子速度選擇擇器的示意圖圖，在一半徑徑為R＝10cm的圓柱形桶桶內(nèi)有B＝10－4T的勻強磁場場，方向平行行于軸線，在在圓柱形桶某某一直徑的兩兩端開有小孔孔，作為入射射孔和出射孔孔．粒子束以以不同角度入入射，最后有有不同速度的的粒子束射出出．現(xiàn)有一粒粒子源發(fā)射比比荷為q/m＝2×1011C/kg的陽陽離子，粒子子束中速度分分布連續(xù)，不不計重力．當當角θ＝45°時，，出射粒子速速度v的大小是()帶點粒子在磁磁場中運動的的多解問題成成因分析1.帶電粒粒子電性不確確定形成多解解：受洛倫茲茲力作用的帶帶電粒子，可可能帶正電，，也可能帶負負電，在相同同的初速度的的條件下，正正、負粒子在在磁場中運動動的軌跡不同同，形成多解解.如圖圖所示，帶電電粒子以速率率v垂直進入勻強強磁場，如果果帶正電其軌軌跡為a；如果帶負電電其軌跡為b.2.磁場方方向不確定形形成多解：有有些題目只告告訴了磁感應應強度的大小小，而未具體體指出磁感應應強度的方向向，此時必須考慮慮因磁感應強強度方向不確確定而形成的的多解．如圖圖所示，帶正正電粒子以速速率v垂直進入勻強強磁場，如果果B垂直于紙面向向里其軌跡為為a；如果B垂直于紙面向向外其軌跡為為b.3.臨界狀狀態(tài)不唯一形形成多解：帶帶電粒子在洛洛倫茲力作用用下飛越有界界磁場時，由由于粒子運動動軌跡是圓弧弧狀，因此，，它可能穿過過去，也可能能轉過180°從入射界界面這邊反向向飛出，如圖圖所示，于是是形成了多解解．4.運動的的周期性形成成多解：帶帶電粒子在在在磁場或部分分是電場、部部分是磁場的的空間運動時時，運動往往往具有周期性性，如圖所示示，從而形成成多解一足夠長的矩矩形區(qū)域abcd內(nèi)充滿磁感應應強度為B，方向垂直紙紙面向里的勻勻強磁場，矩矩形區(qū)域的左左邊界ad寬為L，現(xiàn)從ad中點O垂直于磁場射射入一帶電粒粒子，速度大大小為v0方向與ad邊夾角為30°，如圖所所示.已知知粒子的電荷荷量為q，質量為m(重力不計).(1)若粒子子帶負電，且且恰能從d點射出磁場，，求v0的大?。?2)若粒子子帶正電，使使粒子能從ab邊射出磁場，，求v0的取值范圍以以及引范圍內(nèi)內(nèi)粒子在磁場場中運動時間間t的范圍.【點撥】(1)按三步步法求解第一一問的v0.(2)找出從從ab邊射出的兩個個臨界狀態(tài)是是求解運動時時間的關鍵．．3.如圖有有垂直紙面向向里的勻強磁磁場(磁感應應強度為B)在長度為L的平行極板間間，板間距離離也為L，板不帶電，，現(xiàn)有質量為為m，電量為q的帶正電粒子子(不計重力力)，從左邊邊極板間中點點處垂直磁感感線以速度v水平射入磁場場，欲使粒子子不打在極板板上，可采用用的辦法是()【答案】B帶電粒子在磁磁場中做勻速速圓周運動，，周期，T僅由磁感應強強度B及粒子的比荷荷決定，與粒粒子速度v，回旋半徑R無關．如圖所示，帶帶電粒子在真真空環(huán)境中的的勻強磁場里里按圖示徑跡跡運動．徑跡跡為互相銜接接的兩段半徑徑不等的半圓圓弧，中間是是一塊薄金屬屬片，粒子穿穿過時有動能能損失．試判判斷粒子在上上、下兩段半半圓徑跡中哪哪段所需時間間較長．(不不計粒子重力力)第3節(jié)帶電電粒子在復合合場中的運動動一、復合場復合場是指電電場、磁場、、重力場在同同一空間并存存，或者是其其中兩種場并并存的場．帶帶電粒子在這這些復合場中中運動時，可可能同時受到到幾種不同性性質的力的作作用．二、三種場場力的特點點力的特點功和能特點重力場大?。簃g方向：__________重力做功與__________無關，與帶電粒子的質量m和初、末位置的豎直高度差h有關；重力做功與__________的變化量相對應靜電場大?。篲_________方向：由場強E的方向和帶電粒子的電性決定電場力做功與運動路徑無關，只與帶電粒子的電荷量以及初、末位置的________有關；電場力做的功與粒子______的變化量相對應磁場大小：當v∥B時，F(xiàn)＝0，當v⊥B時，F(xiàn)＝Bqv.方向：總是垂直于速度與磁場構成的平面洛倫茲力總不做功，不會改變粒子的動能三、帶電粒粒子在復合合場中的幾幾種典型運運動帶電粒子在在交替出現(xiàn)現(xiàn)的電場磁磁場中的運運動1.帶電電粒子在勻勻強電場、、勻強磁場場中可能的的運動性質質場強為E的勻強電場中磁感應強度為B的勻強磁場中初速度為零做初速度為零的勻加速直線運動保持靜止初速度平行場線做勻變速直線運動做勻速直線運動初速度垂直場線做勻變速曲線運動(類平拋運動)做勻速圓周運動特點受恒力作用，做勻變速運動洛倫茲力不做功，動能不變2.“電偏轉”和“磁偏轉”的比較(2009·全國卷卷Ⅱ)如圖，在在寬度分別別為l1和l2的兩個毗鄰鄰的條形區(qū)區(qū)域分別有有勻強磁場場和勻強電電場，磁場場方向垂直直于紙面向向里，電場方方向與電、、磁場分界界線平行向向右．一帶帶正電荷的的粒子以速速率v從磁場區(qū)域域上邊界的的P點斜射入磁磁場，然后后以垂直于于電、磁場場分界線的的方向進入入電場，最最后從電場場邊界上的的Q點射出．已已知PQ垂直于電場場方向，粒粒子軌跡與與電、磁場場分界線的的交點到PQ的距離為d.不計重力力，求電場場強度與磁磁感應強度度大小之比比及粒子在在磁場與電電場中運動動時間之比比．【點撥】(1)正正確畫出粒粒子在磁場場中運動的的軌跡，并并運用幾何何關系確定定半徑．(2)粒子子在磁場中中做勻速圓圓周運動．．(3)粒子子在電場中中做類平拋拋運動．1.如圖圖所示，勻勻強電場區(qū)區(qū)域和勻強強磁場區(qū)域域是緊鄰的的，且寬度度相等均為為d，電場方向向在紙平面面內(nèi)豎直向向下，而磁磁場方向垂垂直紙面向向里，一帶帶正電粒子子從O點以速度v0垂直電場方方向進入電電場，從A點出電場進進入磁場離離開電場時時帶電粒子子在電場方方向的偏轉轉位移為電電場寬度的的一半，當當粒子從磁磁場右邊界界上C點穿出磁場場時速度方方向與進入入電場O點時的速度度方向一致致，已知d、v0(帶電粒子子重力不計計)，求：：(1)粒子子從C點穿出磁場場時的速度度大小v.(2)電場場強度E和磁感應強強度B的比值.帶電粒子在在復合場中中運動1.基本本方法和思思路(1)認識識粒子所在在區(qū)域中場場的組成，，一般是電電場、磁場場、重力場場中兩個場場或三個場場的復合場場．(2)正確確的受力分分析是解題題的基礎，，除了重力力、彈力、、摩擦力以以外，特別別要注意電電場力和洛洛倫茲力的的分析，不不可遺漏任任一個力．．(3)在正正確的受力力分析的基基礎上進行行運動的分分析，注意意運動情況況和受力情情況的相互互結合，特特別要關注注一些特殊殊的時刻所所處的特殊殊狀態(tài)(臨臨界狀態(tài))．(4)如果果粒子在運運動過程中中經(jīng)過不同同的區(qū)域受受力發(fā)生改改變，應根根據(jù)需要對對過程分段段處理．2.粒子子在復合場場中運動時時是否考慮慮重力(1)對于于微觀粒子子，如電子子、質子、、離子等，，因為其重重力一般與與電場力或或磁場力相相比太小，，可以忽略略．而對于于一些實際際物體，如如帶電小球球、液滴、、金屬塊等等，一般應應考慮其重重力．(2)在題題目中明確確說明的按按說明要求求是否考慮慮重力．(3)不能能直接判斷斷是否考慮慮重力的，，在進行受受力分析與與運動分析析時，要由由分析結果果確定是否否考慮重力力．(5)應用用一些必要要的數(shù)學知知識，畫出出粒子的運運動軌跡示示意圖，根根據(jù)題目的的條件和問問題靈活選選擇不同的的物理規(guī)律律解題．3.選選擇擇物物理理規(guī)規(guī)律律的的角角度度：：一一是是力力和和運運動動角角度度；；二二是是能能量量的的角角度度．．(1)當當帶帶電電粒粒子子在在復復合合場場中中處處于于靜靜止止或或做做勻勻速速直直線線運運動動時時，，應應該該從從力力的的平平衡衡角角度度分分析析尋尋找找突突破破口口．．(2)當當帶帶電電粒粒子子在在復復合合場場中中做做勻勻加加速速直直線線運運動動時時，，可可以以考考慮慮用用牛牛頓頓運運動動定定律律．．(3)當當帶帶電電粒粒子子在在復復合合場場中中做做勻勻速速圓圓周周運運動動時時，，可可以以考考慮慮應應用用牛牛頓頓第第二二定定律律并并結結合合圓圓周周運運動動的的相相關關規(guī)規(guī)律律求求解解．．(4)當當帶帶電電粒粒子子做做復復雜雜的的曲曲線線運運動動時時，，一一般般運運用用動動能能定定理理或或能能量量守守恒恒規(guī)規(guī)律律求求解解．．(5)對對于于一一些些由由于于特特殊殊狀狀態(tài)態(tài)(臨臨界界狀狀態(tài)態(tài))所所帶帶來來的的臨臨界界問問題題，，應應該該充充分分挖挖掘掘臨臨界界狀狀態(tài)態(tài)下下的的特特點點和和隱隱含含條條件件．．注注意意題題目目敘敘述述中中一一些些特特殊殊詞詞語語如如“恰好好”““最大大”““剛好好”““至少少”““最高高”““最終終”等，，這這往往往往是是解解題題的的突突破破口口，，并并列列出出相相應應的的輔輔助助方方程程．．(2010··安安徽徽理理綜綜卷卷)如如圖圖甲甲所所示示，，寬寬度度為為d的豎豎直直狹狹長長區(qū)區(qū)域域內(nèi)內(nèi)(邊邊界界為為L1、L2)，，存存在在垂垂直直紙紙面面向向里里的的勻勻強強磁磁場場和和豎豎直直方方向向上上的的周周期期性性變變化化的的電電場場(如如圖圖乙乙所所示示)，，電電場場強強度度的的大大小小為為E0，E>0表表示示電電場場方方向向豎豎直直向向上上．．t＝0時時，，一一帶帶正正電電、、質質量量為為m的微微粒粒從從左左邊邊界界上上的的N1點以以水水平平速速度度v射入入該該區(qū)區(qū)域域，，沿沿直直線線運運動動到到Q點后后，，做做一一次次完完整整的的圓圓周周運運動動，，再再沿沿直直線線運運動動到到右右邊邊界界上上的的N2點．．Q為線線段段N1N2的中中點點，，重重力力加加速速度度為為g.上上述述d、E0、m、v、g為已已知知量量．．(1)求求微微粒粒所所帶帶電電荷荷量量q和磁磁感感應應強強度度B的大大小?。?2)求求電電場場變變化化的的周周期期T.(3)改改變變寬寬度度d，使使微微粒粒仍仍能能按按上上述述運運動動過過程程通通過過相相應應寬寬度度的的區(qū)區(qū)域域，，求求T的最最小小值值．．2.如如圖圖所所示示，，在在互互相相垂垂直直的的水水平平方方向向的的勻勻強強電電場場(E已知知)和和勻勻強強磁磁場場(B已知知)中中，，有有一一固固定定的的豎豎直直絕絕緣緣桿桿，，桿桿上上套套一一個個質質量量為為m、電電量量為為＋＋q的小小球球，，它它們們之之間間的的動動摩摩擦擦因因數(shù)數(shù)為為μ，現(xiàn)現(xiàn)由由靜靜止止釋釋放放小小球球，，試試求求小小球球沿沿棒棒運運動動的的最最大大加加速速度度和和最最大大速速度度vmax.(mg＞μqE，小小球球的的帶帶電電量量不不變變)用等等效效的的觀觀點點解解決決陌陌生生的的問問題題，，能能達達到到事事半半功功倍倍的的效效果果，，但但是是等等效效是是有有條條件件的的．．把把兩兩個個場場疊疊加加成成一一個個等等效效的的場場的的前前提提條條件件是是兩兩個個力力都都是是恒恒力力，，做做功功都都與與路路徑徑無無關關．．如圖所所示，，在水水平向向右的的勻強強電場場中，，一長長為L的絕緣緣輕桿桿，一一端固固定于于O點，桿桿可繞繞O點在豎豎直平平面內(nèi)內(nèi)轉動動．桿桿的另另一端端連接接一質質量為為m的帶正正電小小球，，小球球受到到的電電場力力是重重力的的倍倍，要要使小小球能能在豎豎直平平面內(nèi)內(nèi)做圓圓周運運動，，則小小球經(jīng)經(jīng)過最最高點點的速速度最最小為為多少少．【錯解解一】】忽忽略電電場的的作用用，直直接應應