2019届二轮复习磁场对电流及运动电荷的作用课件（共45张） 45页

第 12 讲　磁场对电流及运动电荷的作用 [ 考试要求和考情分析 ] 考试内容 选考要求 历次选考统计 命题角度 2016/04 2016/10 2017/04 2017/11 2018/04 2018/11 物理学 史、几种常见的磁场、安培力、带电粒子在磁场中的运动、质谱仪、回旋加速器等 磁现象和磁场 b     3     磁感应强度 c       22   几种常见的磁场 b   10 9   12 通电导线在磁场中受到的力 d 9 10 9   7 7 运动电荷在磁场中受到的力 c 22     8 、 23 22 带电粒子在匀强磁场中的运动 d 22 23 23 23   10、23 安培定则的应用及磁场的叠加 [ 要点总结 ] 1. 安培定则的 “ 因 ” 和 “ 果 ” 原因 ( 电流方向 ) 结果 ( 磁场方向 ) 直线电流的磁场 大拇指 四指 环形电流及通电螺线管的磁场 四指 大拇指 2. 磁场的叠加 ：磁感应强度为矢量，合成与分解遵循平行四边形定则 。 [ 典例分析 ] 【例 1 】 (2018· 浙江金华一中高二段考 ) 如图 1 是地磁场的分布图，已知地球自转方向是自西向东的，则下列说法正确的是 ( 　　 ) A . 磁感线是磁场中真实存在的曲线 B. 如果地磁场是地球表面带电产生的，则地球带正电 C. 赤道处一条通有竖直向下方向电流的导体棒受到的安培力方向向西 D. 竖直向下射向赤道的带正电的宇宙射线受到的洛伦兹力方向向 东 图 1 解析 　磁感线是假想的曲线，选项 A 错误；地球自转方向自西向东，地球的南极是地磁场的北极，由安培定则判断可知地球是带负电的，选项 B 错误；赤道处的磁场方向从南向北，电流方向竖直向下，根据左手定则，安培力的方向向东，选项 C 错误；赤道附近的地磁场方向水平向北，一个带正电的射线粒子竖直向下运动时，据左手定则可以确定，它受到水平向东的洛伦兹力，故它向东偏转，选项 D 正确。 答案 　 D [ 精典题组 ] 1. (2018· 嵊州选考模拟 ) 如图 2 所示，放在通电螺线管内部中间处的小磁针，静止时 N 极指向右端，下列说法中正确的是 ( 　　 ) 图 2 A. 电源 c 端为正极 B. 通电螺线管的 a 端为等效磁体的 N 极 C. 通电螺线管内部磁场从 b 指向 a D. 以上说法都 错 解析　 小磁针的 N 极水平向右，可知螺线管内部的磁场方向向右，根据右手螺旋定则知，电流在螺线管中的方向从 c 到 d ，则 c 端为电源的正极，选项 A 正确；根据安培定则可知通电螺线管的 a 端为等效磁体的 S 极，选项 B 错误；通电螺线管内部磁场从 a 指向 b ，选项 C 、 D 错误。 答案　 A 图 3 答案 　 A 通电导线在磁场中受到的安培力 [ 典例分析 ] 【例 2 】 (2018· 金华十校联考 ) 电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。如图 4 为美国试验所采用的电磁轨道，该轨道长 7.5 m ，宽 1.5 m 。若发射质量为 50 g 的炮弹从轨道左端初速为零开始加速，当回路中的电流恒为 20 A 时，最大速度可达 3 km/s 。轨道间所加磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力。下列说法正确的是 ( 　　 ) 图 4 A. 磁场方向为竖直向下 B. 磁场方向为水平向右 C. 磁感应强度的大小为 10 3 T D. 电磁炮的加速度大小为 3 × 10 5 m/s 2 答案　 C [ 精典题组 ] 3. (2018· 江山选考模拟 ) 某同学画的表示磁场 B 、电流 I 和安培力 F 的相互关系如图所示，其中正确的是 ( 　　 ) 解析　 根据左手定则可知， A 图中安培力方向应该向下， B 图中安培力应该垂直于磁场斜向上， C 图中磁场方向和电流方向在同一直线上，不受安培力作用， D 图中安培力方向斜向左下方垂直于电流方向，故选项 A 、 B 、 C 错误， D 正确。 答案　 D 4. (2018· 湖州选考模拟 ) 如图 5 所示，将一个半径为 R 的导电金属圆环串联接入电路中，电路的电流为 I ，接入点 a 、 b 是圆环直径上的两个端点，流过圆弧 acb 和 adb 的电流相等。金属圆环处在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向与圆环所在平面垂直。则金属圆环受到的安培力大小为 ( 　　 ) 图 5 A.0 B.π BIR C.2π BIR D.2 BIR 答案　 D 洛伦兹力的方向和大小 [ 要点总结 ] 洛伦兹力的特点 (1) 洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面。 (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。 (3) 运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用。 (4) 当 v 与 B 的夹角为 90° 时，洛伦兹力大小 F ＝ q v B 。 (5) 洛伦兹力一定不做功 。 [ 典例分析 ] 【例 3 】 如图 6 为某放射源放出的三种射线在匀强电场或匀强磁场中的轨迹示意图，已知三种射线的性质如下表 ： 图 6 射线名称 本质 电荷数 质量数 速度 α 射线 氦原子核 2 4 0.9 c β 射线 电子 － 1 0 0.99 c γ 射线 光子 0 0 c 以下判断正确的是 ( 　　 ) A. 若是在匀强磁场中，磁场垂直纸面向里，且 ② 为 α 射线 B. 若是在匀强磁场中，磁场垂直纸面向外，且 ③ 为 α 射线 C. 若是在匀强电场中，电场方向水平向右，且 ③ 为 α 射线 D. 若是在匀强电场中，电场方向水平向左，且 ① 为 α 射线 答案 　 D 图 7 A. 小球先做加速运动后做减速运动 B. 小球一直做匀加速直线运动 C. 小球对桌面的压力先增大后减小 D. 小球对桌面的压力一直在 增大 解析 　根据右手螺旋定则及矢量合成法则，可知直线 MN 处的磁场方向垂直于 MN 向里，磁感应强度大小先减小后增大，根据左手定则可知，带正电的小球受到的洛伦兹力竖直向上，根据 F ＝ q v B 可知，洛伦兹力是先减小后增大，由此可知，小球将做匀速直线运动，小球对桌面的压力先增大后减小，选项 A 、 B 、 D 错误， C 正确。 答案 　 C 6. (2018· 台州质量评估 ) 用洛伦兹力演示仪可以观察电子在磁场中的运动径迹。图 8 甲是洛伦兹力演示仪的实物图，图乙是结构示意图。励磁线圈通电后可以产生垂直纸面的匀强磁场，励磁线圈中的电流越大，产生的磁场越强。图乙中电子经电子枪中的加速电场加速后水平向左垂直磁感线方向射入磁场。下列关于实验现象和分析正确的是 ( 　　 ) 图 8 A. 仅增大励磁线圈中的电流，电子束径迹的半径变小 B. 仅升高电子枪加速电场的电压，电子束径迹的半径变小 C. 仅升高电子枪加速电场的电压，电子做圆周运动的周期将变小 D. 要使电子形成如图乙中的运动径迹，励磁线圈应通以逆时针方向的 电流 答案　 A 带电粒子在匀强磁场中的运动结合几何关系分析 [ 要点总结 ] 1. 圆心的确定 ( 1) 已知入射点、出射点、入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心。 ( 2) 已知入射方向、入射点和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨迹的圆心 。 2. 在磁场中运动时间的 确定 [ 典例分析 ] 【例 4 】 (2018· 浙江稽阳联谊学校高三选考模拟 ) 某同学在复习带电粒子在复合场中的运动时，经过思考，自己设计了一道题目：如图 9 ， C 、 D 板之间是加速电场，电压为 U ，虚线 OQ 、 QP 、 ON 是匀强磁场的边界，且磁场范围足够大， QP 与 ON 平行，间距为 d ，与 OQ 垂直且与竖直方向夹角 θ ＝ 60° ，两磁场磁感应强度大小均为 B ，方向垂直纸面向外。现有一个比荷为 k 的正电荷 ( 重力不计 ) ，从 C 板的小孔静止释放，加速后从 O 点水平进入虚线 OQ 右侧空间。该电荷第二次 ( 不包括从 O 点进入这一次 ) 到达 ON 边界时的位置为 A 点 ( 未画出 ) 。求 ： 图 9 (1) 粒子在 O 点的速度大小； (2) 粒子从 O 到 A 的时间； (3) 若两磁场整体以 O 点为轴，顺时针转过 30° ，粒子加速后从 O 点水平进入，且粒子始终在 OQ 右侧运动，试判断粒子能否通过 A 点，需说明理由 。 (2) 粒子的轨迹如图所示，连接 GA ，则 △ OGA 为等腰三角形， GA // HK 。据平面几何知识，得 OG ＝ HK ＝ 2 d 粒子在 OQ 间运动时间为 t 1 ， 劣弧 GH 与优弧 AK 合起来恰好为一整圆，粒子在磁场中运动的时间为 t 2 若两磁场整体以 O 点为轴，顺时针转过 30° 。如图为粒子运动轨迹， ∠ QOG ＝ 30° ， OQ ＝ d ， 即通过 3 个周期，粒子可以通过 A 点 。 图 10 答案　 D 图 11 (1) 粒子 A 1 与 A 2 碰后瞬间的速度大小； (2) 磁感应强度的大小； (3) 若粒子 A 2 带负电，且电荷量为 q ′ ，发现粒子 A 3 与挡板碰撞两次，能返回到 P 点，求粒子 A 2 的电荷量 q ′ 。 与静止的 A 2 发生碰撞，由动量守恒定律得 m v ＝ 2 m v 3 (2) 粒子 A 3 在磁场中做匀速圆周运动，画出运动轨迹如图所示 。 由几何关系可知 ∠ OM 1 P ＝ ∠ OPM 1 ＝ ∠ OM 1 O 3 ＝ 45° ，粒子 A 3 做匀速圆周运动的 半径 (3) 若让 A 2 带上负电 q ′ ，由于总的电荷量变大，则 A 3 粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径减小设为 r 4 ，由题设画出粒子的运动轨迹如图所示，进入磁场的方向与 PM 1 平行 ， 每次在磁场中偏转一次，沿 y 轴的负方向下移 距离 离开磁场的方向与 M 2 P 平行。从磁场出来与 C 板碰撞再进入磁场时，粒子沿 y 轴正方向上移的 距离 由题意经过两次与 C 板碰撞后回到 P 点，则有 3Δ y 1 － 2Δ y 2 ＝ 2 L