【决胜新高考】高三物理一轮复习选修3-1:带电粒子在匀强磁场中的运动
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基础课2磁场对运动电荷的作用知识点一、洛伦兹力、洛伦兹力的方向和大小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。
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=q v B。
(θ=90°)(3)v=0时,洛伦兹力F=0。
知识点二、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。
如下图,带电粒子在磁场中,①中粒子做匀速圆周运动,②中粒子做匀速直线运动,③中粒子做匀速圆周运动。
3.半径和周期公式:(v⊥B)[思考判断](1)带电粒子在磁场中一定会受到磁场力的作用。
()(2)洛伦兹力的方向在特殊情况下可能与带电粒子的速度方向不垂直。
()(3)根据公式T=2πrv,说明带电粒子在匀强磁场中的运动周期T与v成反比。
(4)由于安培力是洛伦兹力的宏观表现,所以洛伦兹力也可能做功。
()(5)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时,其运动半径与带电粒子的比荷有关。
()(6)带电粒子在电场越强的地方受电场力越大,同理带电粒子在磁场越强的地方受磁场力越大。
()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√(6)×洛伦兹力的特点与应用1.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)根据左手定则判断洛伦兹力方向,但一定分正、负电荷。
带电粒子在匀强磁场中的运动知识集结知识元带电粒子在匀强磁场中的运动知识讲解带电粒子在匀强磁场中的运动1.带电粒子在匀强磁场中圆周运动分析:(1)圆心的确定方法方法一:若已知粒子轨迹上的两点的速度方向,则可根据洛伦兹力F⊥v,分别确定两点处洛伦兹力F的方向,其交点即为圆心,如图(a);方法二:若已知粒子运动轨迹上的两点和其中某一点的速度方向,则可作出此两点的连线(即过这两点的圆弧的弦)的中垂线,中垂线与垂线的交点即为圆心,如图(b);(2)半径的计算方法方法一:由物理方法求:半径;方法二:由几何方法求:一般由数学知识(勾股定理、三角函数等)计算来确定。
(3)时间的计算方法方法一:由圆心角求:;方法二:由弧长求:.带电粒子在磁场中运动的多解问题1.带电粒子电性不确定形成多解受洛伦兹力作用的带电粒子,可能带正电,也可能带负电,在相同的初速度条件下,正、负粒子在磁场中的运动轨迹不同,因而形成多解。
如图所示。
2.磁场方向不确定形成多解有些题目只告诉了磁感应强度的大小,而未具体指出磁感应强度的方向,此时必须考虑由磁感应强度方向不确定而形成的多解。
如图所示。
3.临界状态不唯一形成多解如图所示,带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时,由于粒子运动轨迹是圆弧状,因此,它可能直接穿过去了,也可能转过180°从入射界面反向飞出,于是形成了多解。
如图所示。
4.运动的往复性形成多解带电粒子在部分是电场、部分是磁场的空间运动时,往往具有往复性,因而形成多解。
如图所示。
解决多解问题的一般思路(1)明确带电粒子的电性和磁场方向;(2)正确找出带电粒子运动的临界状态;(3)结合带电粒子的运动轨迹利用圆周运动的周期性进行分析计算。
例题精讲带电粒子在匀强磁场中的运动例1.'如图所示,在空间中存在垂直纸面向里的匀强磁场,其竖直边界AB、CD的宽度为d,在边界AB左侧是竖直向下、场强为E的匀强电场.现有质量为m、带电量为+q的粒子(不计重力)从P点以大小为v0的水平初速度射入电场,随后与边界AB成45°射入磁场.若粒子能垂直CD边界飞出磁场,穿过小孔进入如图所示两竖直平行金属板间的匀强电场中减速至零且不碰到正极板。