2017_2018学年高中物理专题八磁吃运动电荷的作用学案新人教版选修3_.docVIP

专题八 磁场对运动电荷的作用 一、带电粒子在磁场中的运动 1．磁场对运动电荷的作用力——洛伦兹力 (1)方向判定 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； 大拇指——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)大小：F＝qvBsinθ(θ指粒子运动方向与磁场方向之间的夹角) ①v∥B时，洛伦兹力F＝0.(θ＝0或180°) ②v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB.(θ＝90°) ③v＝0时，洛伦兹力F＝0. 2．带电粒子在磁场中的圆周运动 若v⊥B，且带电粒子仅受洛伦兹力作用，则粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动． [复习过关] 1．三个完全相同的小球a、b、c带有相同电荷量的正电荷，从同一高度由静止开始下落，当落下h1高度后a球进入水平向左的匀强电场，b球进入垂直纸面向里的匀强磁场，如图1所示，a、b、c到达水平面上的速度大小分别用va、vb、vc表示，它们的关系是(　　) 图1 A．vavb＝vc B．va＝vb＝vc C．vavbvc D．va＝vbvc 答案　A 解析　小球a下落时，重力和电场力都对a做正功；小球b下落时，只有重力做功；小球c下落时只有重力做功．重力做功的大小都相同．根据动能定理可知外力对小球a所做的功最多，即小球a落地时的动能最大，小球b、c落地时的动能相等． 2．某科学考察队在地球的两极地区进行科学观测时，发现带电的太空微粒平行于地面进入两极区域上空，受空气和地磁场的影响分别留下了一段弯曲的轨迹，若垂直地面向下看，粒子在地磁场中的轨迹如图2甲、乙所示，则(　　) 图2 A．图甲表示在地球的南极处，图乙表示在地球的北极处 B．图甲飞入磁场的粒子带正电，图乙飞人磁场的粒子带负电 C．甲、乙两图中，带电粒子受到的洛伦兹力都是越来越大 D．甲、乙两图中，带电粒子动能都是越来越小，但洛伦兹力做正功 答案　A 解析　垂直地面向下看由于地球的南极处的磁场向上，地球北极处的磁场方向向下，故A正确；由左手定则可得，甲图中的磁场的方向向上，偏转的方向向右，所以飞入磁场的粒子带正电；同理由左手定则可得乙图中飞入磁场的粒子也带正电．故B错误；从图中可知，粒子在运动过程中，可能受到空气的阻力对粒子做负功，所以其动能减小，运动的半径减小，根据公式：F＝qvB，带电粒子受到的洛伦兹力都是越来越小．故C错误；由于粒子受到的洛伦兹力始终与速度垂直，所以洛伦兹力不做功，故D错误． 3．(多选)在方向垂直纸面向里的匀强磁场中，电荷量都为q的三个正、负离子从O点同时沿纸面内不同方向射出，运动轨迹如图3所示，已知ma＞mb＝mc，磁场足够大，不计离子间的相互作用，可以判定(　　) 图3 A．a、b是正离子，c是负离子 B．a、b是负离子，c是正离子 C．a最先回到O点 D．b、c比a先回到O点 答案　BD 解析　根据左手定则知，c带正电，a、b带负电，故B正确，A错误；根据T＝，因为电荷量相等，ma＞mb＝mc，可知b、c的周期相等，小于a的周期，则b、c比a先回到O点，故D正确，C错误． 二、带电粒子在有界磁场中的运动 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动解题“三步法” (1)画轨迹：根据初速度方向结合左手定则确定圆心，画出运动轨迹． (2)找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度的联系，偏转角度与圆心角、运动时间的联系，在磁场中的运动时间与周期的联系． (3)用规律：即牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期公式和半径公式． [复习过关] 4．(多选)如图4所示，在一矩形区域内，不加磁场时，不计重力的带电粒子以某一初速度垂直左边界射入，穿过此区域的时间为t.若加上磁感应强度为B、水平向外的匀强磁场，带电粒子仍以原来的初速度入射，粒子飞出时偏离原方向60°角，利用以上数据可求出下列物理量中的(　　) 图4 A．带电粒子的比荷 B．带电粒子在磁场中运动的周期 C．带电粒子的初速度 D．带电粒子在磁场中运动所对应的圆心角 答案　ABD 解析　由带电粒子在磁场中运动的偏向角，可知带电粒子运动轨迹所对的圆心角为60°，因此由几何关系得l＝Rsin 60°，又由Bqv0＝m得R＝，故l＝sin 60°，又未加磁场时有l＝v0t，所以可求得比荷＝，故A、D正确；根据周期公式T＝可得带电粒子在磁场中运动的周期T＝＝·＝，故B正确；由于半径未知，所以初速度无法求出，C错误． 5．如图5，A、C两点分别位于x轴和y轴上，∠OCA＝30°，OA的长度为L.在△OCA区域内有垂直于xOy平面向里的匀强磁场．质量为m、电荷量为q的带正电粒子，以平行于y轴的方向从OA边射入磁场．已知粒子从某点射入时，恰好垂直于OC边射出磁场，且粒子在磁场中