1.2 磁场对运动电荷的作用力(举一反三)【四大题型】(解析版)-A4.docxVIP

1.2 磁场对运动电荷的作用力(举一反三)【四大题型】(解析版)-A4.docx

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1.2磁场对运动电荷的作用力【四大题型】

【人教版2019】

TOC\o1-3\h\u

【题型1洛伦兹力方向的判定】 2

【题型2洛伦兹力大小的计算】 3

【题型3电子束的磁偏转】 5

【题型4带电体在磁场中的运动】 8

知识点1:洛伦兹力的方向

1.F、B、v三者方向间的关系

洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向及磁场方向垂直,即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.

说明:F、B、v三个量的方向关系是:F⊥B,F⊥v,但B与v不一定垂直,如图甲、乙所示.

2.洛伦兹力方向的判断

在用左手定则判断运动的电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向时,对于正电荷,四指指向电荷的运动方向;但对于负电荷,四指应指向电荷运动的反方向.

3.洛伦兹力的特点

(1)洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化.但无论怎样变化,洛伦兹力都与运动方向垂直.

(2)洛伦兹力永不做功,它只改变电荷的运动方向,不改变电荷的速度大小.

知识点2:洛伦兹力与安培力的关系

分类

洛伦兹力

安培力

区别

单个运动的带电粒子所受到的磁场力

通电直导线所受到的磁场力

洛伦兹力不做功

安培力可以做功

联系

①安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观本质;

②方向关系:洛伦兹力与安培力均可用左手定则进行判断

【题型1洛伦兹力方向的判定】

【例1】(多)一束混合粒子流从一发射源射出后,进入如图所示的磁场,分离为1、2、3三束粒子流,则下列选项正确的是()

A.1带正电 B.1带负电

C.2不带电 D.3带负电

【答案】ACD

【详解】根据左手定则,带正电的粒子向左偏,即粒子1带正电;不偏转说明不带电,即粒子2不带电;带负电的粒子向右偏,即粒子3带负电.

【变式1-1】带电粒子进入磁场时速度的方向和磁感应强度的方向如图所示,则粒子在磁场中受到的洛伦兹力方向垂直纸面向里的是()

【答案】C

【详解】根据左手定则可知,A、B选项中粒子所受洛伦兹力方向竖直向上,C选项中粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面向里,D选项中粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面向外,故选C.

【变式1-2】(多)一根通电直导线水平放置,通过直导线的电流方向如图所示,现有一电子从直导线下方以水平向右的初速度开始运动,不考虑电子的重力,关于接下来电子的运动,下列说法正确的是()

A.电子将向上偏转

B.电子将向下偏转

C.电子运动的速率保持不变

D.电子运动的速率开始变大

【答案】AC

【详解】根据安培定则可知导线下方的磁场方向垂直纸面向外,由左手定则可知,导线下方向右运动的电子所受的洛伦兹力方向向上,则电子将向上偏转,而洛伦兹力不做功,电子运动的速率不变,故选A、C.

【变式1-3】如图所示,a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线,它们位于同一圆的两条相互垂直的直径的四个端点上,导线中通有大小相同的电流,方向如图.一带负电的粒子从圆心O沿垂直于纸面向里的方向运动,它所受洛伦兹力的方向是()

A.从O指向a B.从O指向b

C.从O指向c D.从O指向d

【答案】C

【详解】根据题意,由安培定则可知,b与d导线中电流在圆心O处产生的磁场正好相互抵消,而a与c导线中的电流在O处产生的磁场方向都向左,相互叠加,则合磁场方向水平向左,当一带负电的粒子从圆心O沿垂直于纸面向里的方向运动时,根据左手定则可知,它所受洛伦兹力的方向向下,即从O指向c,选项C正确,A、B、D错误.

知识点3:洛伦兹力的大小

洛伦兹力的大小:F=qvBsinθ,θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角.

(1)当θ=90°时,v⊥B,sinθ=1,F=qvB,即运动方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力最大.

(2)当θ=0时,v∥B,sinθ=0,F=0,即运动方向与磁场方向平行时,不受洛伦兹力.

【题型2洛伦兹力大小的计算】

【例2】如图所示,各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B,带电粒子的速率均为v,带电荷量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小,并指出洛伦兹力的方向.

【答案】(1)qvB垂直于v指向左上方

(2)eq\f(1,2)qvB垂直纸面向里

(3)qvB垂直纸面向里

(4)qvB垂直于v指向左上方

【详解】(1)因v⊥B,所以F=qvB,方向垂直于v指向左上方.

(2)v与B的夹角为30°,将v分解成垂直磁场的分量和平行磁场的分量,v⊥=vsin30°,F=qvBsin30°=eq\f(1,2)qvB,方向垂直纸面向里.

(3)因v⊥B,所以F=qvB,由左手定则判断出洛伦兹力的方向垂直纸面向里.

(4)因v⊥B,所以F=qvB,方向垂直于v指向左上方.

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