物理创新设计一轮复习课程人教版3182磁场对运动电荷作用PPT课件

1、高考要求考纲要求考纲要求高考解读高考解读洛仑兹力、洛仑兹力的方向洛仑兹力、洛仑兹力的方向 洛仑兹力公式洛仑兹力公式 带电粒子在匀强磁场中的应用带电粒子在匀强磁场中的应用 纵观近几年高考，涉及本章知识点纵观近几年高考，涉及本章知识点的题目年年都有，考查次数最多的的题目年年都有，考查次数最多的是带电粒子在匀强磁场或复合场中是带电粒子在匀强磁场或复合场中的运动的运动第1页/共44页1洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小 (1)vB时，洛伦兹力时，洛伦兹力F .(0 或或180 ) (2)vB时，洛伦兹力时，洛伦兹力F .(90 ) (3)v0时，洛伦兹力时，洛伦兹力F .0qvB0第2页/共44页 2洛伦兹

2、力的方向洛伦兹力的方向 (1)判定方法：应用左手定则，注意四指应指向电流的方向即正电荷运动的判定方法：应用左手定则，注意四指应指向电流的方向即正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向方向或负电荷运动的反方向 (2)方向特点：方向特点：FB，Fv，即，即F垂直于垂直于 决定的平面决定的平面(注意注意B和和v可以有任意夹角可以有任意夹角)B和v第3页/共44页 1若若vB，带电粒子不受洛伦兹力带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做 运动 2若vB，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 运动 (1)向心力由洛伦兹力提供：qvB ； (2)轨道半径公式：R ；匀速圆周匀速直线(3)

3、周期周期：T ；(周期T与速度v、轨道半径R无关)(4)频率：f ；(5)角速度： .第4页/共44页 1质谱仪质谱仪(1)构造构造：如图823所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成(2)原理原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式 mv2 .qU第5页/共44页 粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关关 系式系式qvB . 由由两式可得出需要研究的物理量如粒子轨道半径、粒子质量、比荷两式可得出需要研究的物理量如粒子轨道半径、粒子质量、比荷第6页/共44页(1)构造：如

4、图如图824所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接 电源D形盒处于匀强磁场中(2)原理：交流电的周期交流电的周期和粒子做圆周运动的周期 ，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速由qvB ，得Ek km ，可见粒子获得的最大动能由 和D形盒半径R决定，与加速电压 交流相等磁感应强度B无关 2回旋加速器回旋加速器第7页/共44页第8页/共44页1洛伦兹力与安培力相比较洛伦兹力与安培力相比较2洛伦兹力方向的特点安培力是洛伦兹力的宏观表现，但各自的表现形式不同，洛伦兹力对运动电荷永远不做功，而安培力对通电导线可做正功，可做负功，也

5、可不做功(1)洛伦兹力的方向与电荷运动的方向和磁场方向都垂直，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(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第9页/共44页洛伦兹力洛伦兹力电场力电场力性质性质产生条件产生条件方向方向大小大小做功情况做功情况3洛伦兹力与电场力的比较磁场对在其中运动的电荷有作用力(v不平行于B)电场对放入其中的电荷有作用力磁场中静止电荷、沿磁场方向运动的电荷不受洛伦兹力电场中的电荷无论静止，还是运动都要受到电场力(1)方向由电荷正负、磁场方向以及电荷运动方向决定，方向之间关系遵循左手定则(2)洛伦兹力方向一定垂直于磁场方向以及电荷运动方

6、向(电荷运动方向与磁场方向不一定垂直)(1)方向由电荷正负、电场方向决定(2)正电荷受力方向与电场方向一致，负电荷受力方向与电场方向相反FqvB(vB)FqE一定不做功可能做正功，可能做负功，也可能不做功第10页/共44页即时应用(即时突破，小试牛刀)以下说法正确的是()A电荷处于电场中一定受到电场力B运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力C洛伦兹力对运动电荷一定不做功D洛伦兹力可以改变运动电荷的速度方向和速度大小解析：选AC.电荷在电场中一定受电场力，故A对电荷在磁场中运动，且速度方向不平行于磁感线时，才受到洛伦兹力的作用，B错误洛伦兹力的方向总是垂直于电荷的速度方向，不做功，它只改变速度的方向，

7、不改变速度的大小，C正确，D错误AC第11页/共44页反馈练习：(2009广东理基)带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用下列表述正确的是()A洛伦兹力对带电粒子做功B洛伦兹力不改变带电粒子的动能C洛伦兹力的大小与速度无关D洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向解析：根据洛伦兹力的特点，洛伦兹力对带电粒子不做功，A错B对；根据FqvB，可知洛伦兹力大小与速度有关，C错；洛伦兹力的作用效果就是改变粒子的运动方向，不改变速度的大小，D错B第12页/共44页不考虑其它力第13页/共44页 1.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的分析方法带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的分析方法圆心的确圆心

8、的确定定半径的计半径的计算算法一：如图829(a)所示，图中P为入射点，M为出射点，已知入射方向和出射方向时，可以通过入射点和出射点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轨迹的圆心O法二：如图829(b)所示，图中P为入射点，M为出射点，已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作它的中垂线，这两条垂线的交点就是圆轨迹的圆心O.即圆轨迹的圆心位于弦的垂直平分线上法三：如图829(c)所示，圆轨迹的圆心位于速度偏向角()的补角的角平分线上一般利用几何知识(三角函数勾股定理)解直角三角形第14页/共44页如从同一边界射入的磁场，又从同一边界射

9、出的带电粒子，两次速度方向与边界的夹如从同一边界射入的磁场，又从同一边界射出的带电粒子，两次速度方向与边界的夹角相等角相等运运动动时时间间的的确确定定如图8210所示，粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，不论沿顺时针方向还是逆时针方向，从A点运动到B点，粒子速度偏向角()等于圆心角()，还等于AB弦与切线的夹角(弦切角)的2倍，即： 2t利用圆心角()与弦切角的关系，计算出圆心角的大小，由公式t T =s/v 可求出粒子在磁场中的运动时间由此式可知，越大，运动时间t越长.第15页/共44页即时应用(即时突破，小试牛刀)如图827所示，在第象限内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一对正、负电子分别以相

10、同速率与x轴成30角的方向从原点射入磁场，则正、负电子在磁场中运动的时间之比为()图827第16页/共44页第17页/共44页 反馈练习 在真空中，半径r=310-2 m的圆形区域内有匀强磁场，方向如图8-2-5所示，磁感应强度B=0.2 T，一 个带正电的粒子，以初速度v=106 m/s从磁场边界上直径ab的一端a射入磁场，已知该粒子的比荷q/m=108 C/kg，不计粒子重力。求： (1)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径是多少？ (2)若要使粒子飞离磁场时有最大偏转角，求入射时v方向与ab的夹角及粒子 的最大偏转角。图8-2-5 【名师支招】挖掘隐含的几何条件是解本题的关键，带电粒子在匀强

11、磁场中的圆周运动挖掘隐含的几何条件是解本题的关键，带电粒子在匀强磁场中的圆周运动问题，关键之处要正确找出粒子轨道的圆心和半径，画出轨迹圆弧，由几何形状明确弦切角、问题，关键之处要正确找出粒子轨道的圆心和半径，画出轨迹圆弧，由几何形状明确弦切角、圆心角和偏转角之间的关系，从而就可进一步求出粒子在磁场中运动的时间问题。圆心角和偏转角之间的关系，从而就可进一步求出粒子在磁场中运动的时间问题。 【解析】(1)粒子射入磁场后，由于不计重力，所以洛伦兹力充粒子射入磁场后，由于不计重力，所以洛伦兹力充当圆周运动所需要的向心力。当圆周运动所需要的向心力。 根据牛顿第二定律有：根据牛顿第二定律有：qvB=mv2

12、/R 所以所以R=mv/(qB)=510-2 m。 (2) 粒子在圆形磁场区域内的轨迹为一段半径粒子在圆形磁场区域内的轨迹为一段半径R=5 cm的圆弧，的圆弧，要使偏转角最大，就要求这段圆弧对应的弦最长，即为场区的直径，要使偏转角最大，就要求这段圆弧对应的弦最长，即为场区的直径，粒子运动轨迹的圆心粒子运动轨迹的圆心O在在ab弦中垂线上，如图弦中垂线上，如图8-2-6所示：所示： 由几何关系可知：由几何关系可知：sin=r/R=0.6， 所以所以=37 粒子的最大偏转角粒子的最大偏转角=2=74。图8-2-6【答案】(1)510-2 m (2)37 74第18页/共44页带电粒子在匀强磁场中做匀

13、速圆周运动的程序解题法 三步法(1)画轨迹：即确定圆心，用几何方法求半径并画出运动 轨迹(2)找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏 转角度与圆心角、入射方向、出射方向相联系，在磁场 中运动的时间与周期相联系(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、半径公式第19页/共44页 解决带电粒子在有界磁场中的运动问题时，要特别注意对称规律的应用 (1)直线边界：从同一边界射入的粒子又从同一边界射出时， 速度方向与边界的夹角相等第20页/共44页(2)平行边界(存在临界条件，如图825所示)图825第21页/共44页(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图826所示

14、)图826第22页/共44页第23页/共44页 3.临界状态不唯一 带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，由于粒子轨迹是圆弧状，因此，它可能穿越磁场，也可能从入射界面这边反向射回，如图8-2-4所示，于是形成多解。 4.运动的往复性 带电粒子在部分是电场、部分是磁场的空间运动时，运动往往具有往复性，因而形成多解。要点三要点三 洛伦兹力的多解问题洛伦兹力的多解问题图8-2-4 1.带电粒子电性的不确定 受洛伦兹力作用的带电粒子,可能带正电,也可能带负电,在相同初速度的条件下，正、负粒子在磁场中轨迹不同而形成双解。 2.磁场方向的不确定 有些题目中只告诉了磁感应强度的大小，而未具体指出磁感应强度

15、的方向，此时必须考虑磁场方向的不确定而形成的双解。第24页/共44页即时应用(即时突破，小试牛刀)3长为L的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场，如图8212所示，磁感应强度为B，板间距离为L，板不带电一质量为m、电荷量为q带正电的粒子(不计重力)，从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的方法是()第25页/共44页解析：如图所示，粒子能从右边穿出的运动半径临界值为r1，有r12L2(r1 )2，得r1 L.又因为r1 得v1 ，所以v 时粒子能从右边穿出粒子从左边穿出的运动半径的临界值为r2，由r2 得v2 ，所以v 时粒子能从左边穿出故选项AC答案：

16、AC第26页/共44页【例1】如图1所示，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，MN是它的下边界。现有质量为m，电荷量为q的带电粒子与MN成30角垂直射入磁场，求粒子在磁场中运动的时间。第27页/共44页 【解析】粒子在磁场中的偏转方向取决于所受的洛仑兹力的方向，不同电性的粒子所受的洛仑兹力的方向不同，本题没有明确粒子究竟带何种性质的电荷，所以粒子的轨迹可能是图2中的两条。 由 得由图可知;第28页/共44页 1. (2010深圳调研深圳调研)如图如图821所示，电子枪射出的电子束进入示波管，在示波管正下方有竖直放置的通电环形导线，则示波管中的电子束将()A向上偏转B向下偏转C向纸外偏转

17、D向纸里偏转 解析：解析：由右手螺旋定则，电子束所处位置由右手螺旋定则，电子束所处位置的磁场方向垂直纸面向外，由左手定则知，的磁场方向垂直纸面向外，由左手定则知，电子束将向上偏转，电子束将向上偏转，A项正确项正确 答案：答案：A图8 8- -2 2- -1 1第29页/共44页 2如图8216所示，一束电子流沿管的轴线进入螺线管， 忽略重力，电子在管内的运动应该是 () A当从a端通入电流时，电子做匀加速直线运动 B当从b端通入电流时，电子做匀加速直线运动 C不管从哪端通入电流，电子都做匀速直线运动 D不管从哪端通入电流，电子都做匀速圆周运动图8216第30页/共44页解析：解析：通电螺线管内

18、部磁感线方向与螺线管轴线平行，电通电螺线管内部磁感线方向与螺线管轴线平行，电子束不受洛伦兹力，故做匀速直线运动子束不受洛伦兹力，故做匀速直线运动C项正确项正确答案：答案：C第31页/共44页3(2010中山模拟)半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸 面向里的匀强磁场，一个带电粒子(不计重力)从A点以速度 v0垂直于磁场方向射入磁场中，并从B点射出AOB 120，如图8217所示，则该带电粒子在磁场中运动的时间为( )图8217第32页/共44页解析：由AOB120可知，弧AB所对圆心角60，故 但题中已知条件不够，没有此项选择，另想办法找规律表示t.由匀速圆周运动时间 从图中分析有R ， 答案

19、：答案： D第33页/共44页4(2009安徽高考)如图8218所示是科学史上一张著的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹云室放置在匀强磁场中，磁场方向垂直照片里云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用分析此径迹可知粒子 ( )A带正电，由下往上运动B带正电，由上往下运动C带负电，由上往下运动D带负电，由下往上运动图8218第34页/共44页解析：从照片上看，径迹的轨道半径是不同的，下部半径大，上部半径小，根据半径公式r 可知，下部速度大，上部速度小，则一定是粒子从下到上穿越了金属板，再根据左手定则，可知粒子带正电，因此，正确的选项是A.答案：答案：AmvqB第35页/共

20、44页5电子质量为m，电荷量为q，以与x轴成角的速度v0射入 磁感应强度为B的匀强磁场中，最后从x轴上的P点射出，如 图8219所示，求： (1)OP的长度； (2)电子由O点射入到从P点射出所需的时间t.图8219第36页/共44页解析：(1)过O点和P点做速度方向的垂线，两线交点即电子做圆周运动的圆心，由几何关系知OP2rsin 又Bqv0m 由式解得OP(2)由几何关系知2t 又v0r 解得t第37页/共44页6.6.如图8 82 21313甲所示，M M、N N为竖直放置彼此平行的两块平板，板间距离为d d，两板中央各有一个小孔O O、O O且正对，在两板间有垂直于纸面方向的磁场，磁感应强度随时间的变化如图8 82 21313乙所示有一束正离子在t t0 0时垂直于M M板从小孔O O射入磁场已知正离子的质量为m m，带电荷量