(10月合辑)福建省福鼎市第二中学高三物理一轮复习第八章磁场第2讲磁场对运动电荷的作用课件课件

1、第第2讲磁场对运动电荷的作用讲磁场对运动电荷的作用1.洛伦兹力洛伦兹力：磁场对：磁场对_的作用力叫洛伦兹力的作用力叫洛伦兹力洛伦兹力、洛伦兹力的方向洛伦兹力、洛伦兹力的方向 (考纲要求考纲要求)洛伦兹力的公式洛伦兹力的公式 (考纲要求考纲要求) 洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向(1)判定方法判定方法左手定则：掌心左手定则：掌心磁感线磁感线_穿入掌心；穿入掌心；四指四指指向正电荷运动的方向或指向正电荷运动的方向或负电荷运动的负电荷运动的_；拇指拇指指向指向_的方向的方向2运动电荷运动电荷垂直垂直反方向反方向洛伦兹力洛伦兹力(2)方向特点方向特点：FB，Fv，即，即F垂垂直于直于B和和v决定的决定的_

2、(注意：洛伦兹注意：洛伦兹力不做功力不做功)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_.3平面平面00qvB若若vB，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做_运动运动若若vB，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平，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面内以入射速度v做做_运动运动带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动 ( (考纲要求考纲要求) )1.2匀速直线匀速直线匀速圆周匀速圆周质谱仪

3、质谱仪(1)构造构造：如图：如图821所示，由所示，由粒子源、粒子源、_、_和照相底片等构成和照相底片等构成(2)原理原理：粒子由静止被加速电：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关场加速，根据动能定理可得关系式系式质谱仪和回旋加速器质谱仪和回旋加速器(考纲要求考纲要求)图图8211.粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，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系式根据牛顿第二定律得关系式qvB .由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子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、比荷质量、比荷r ，m ， .加速电场加速电

4、场偏转磁场偏转磁场回旋加速器回旋加速器(1)构造构造：如图：如图822所示，所示，D1、D2是是半圆金属盒，半圆金属盒，D形盒的缝隙处接形盒的缝隙处接_电电源源D形盒处于匀强磁场中形盒处于匀强磁场中(2)原理原理：交流电的周期和粒子做圆周运：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期动的周期_，粒子在圆周运动的过，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速被一次一次地加速图图8222子获得的最大动能由子获得的最大动能由_和和D形盒形盒_决定，与决定，与加速电压加速电压_可见粒可

5、见粒交流交流磁感应强度磁感应强度半径半径无关无关相等相等(2011遵义高三检测遵义高三检测)关于电场力与洛伦兹力，以下说法正确的关于电场力与洛伦兹力，以下说法正确的是是 ()A电荷只要处在电场中，就会受到电场力，而电荷静止在磁电荷只要处在电场中，就会受到电场力，而电荷静止在磁 场中，也可能受到洛伦兹力场中，也可能受到洛伦兹力B电场力对在电场中的电荷一定会做功，而洛伦兹力对在磁电场力对在电场中的电荷一定会做功，而洛伦兹力对在磁 场中的电荷却不会做功场中的电荷却不会做功C电场力与洛伦兹力一样，受力电场力与洛伦兹力一样，受力方向都在电场线和磁感线上方向都在电场线和磁感线上D只有运动的电荷在磁场中才可

6、能会受到洛伦兹力的作用只有运动的电荷在磁场中才可能会受到洛伦兹力的作用解析解析静止在磁场中的电荷不可能受到洛伦兹力，静止在磁场中的电荷不可能受到洛伦兹力，A错；尽管错；尽管电场力对电荷可以做功，但如果电荷在电场中不动或沿等势面电场力对电荷可以做功，但如果电荷在电场中不动或沿等势面移动，电场力做功为零，移动，电场力做功为零，B错；洛伦兹力的方向与磁感线垂直，错；洛伦兹力的方向与磁感线垂直，与运动方向垂直，与运动方向垂直，C错只有错只有D是正确的是正确的答案答案D1(2011黄山高三检测黄山高三检测)下列各图中，运动电荷的速度方向、下列各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之间

7、的关系正确的是磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是 ()2解析解析根据左手定则，根据左手定则，A中中F方向应向上，方向应向上，B中中F方向应向方向应向下，故下，故A错、错、B对对C、D中都是中都是vB，F0，故，故C、D都都错错答案答案B如图如图823所示，半径为所示，半径为r的圆形的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子匀强磁场，一个带电粒子(不计重力不计重力)从从A点以速度点以速度v0垂直于磁场方向射入垂直于磁场方向射入磁场中，并从磁场中，并从B点射出，若点射出，若AOB120，则该带电粒子在磁场中运动，则该带电粒子在磁场中运动的

8、时间为的时间为 ()图图8233答案答案D1922年英国物理学家阿斯顿因质谱年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖若速度相同的获了诺贝尔化学奖若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图运动轨迹如图824所示，则下所示，则下列相关说法中正确的是列相关说法中正确的是 () A该束带电粒子带负电该束带电粒子带负电B速度选择器的速度选择器的P1极板带正电极板带正电图图8244C在在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大磁场中运动半径越大的粒子，质量越大答案答案BD(2012石家庄教学检测石家庄教学

9、检测)劳伦斯和劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图原理示意图如图825所所示置于高真空中的示置于高真空中的D形金属盒形金属盒半径为半径为R，两盒间的狭缝很小，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略磁带电粒子穿过的时间可忽略磁感应强度为感应强度为B的匀强磁场与盒面的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为垂直，高频交流电频率为f，加，加图图8255速电压为速电压为U0.若若A处粒子源产生的质子质量为处粒子源产生的质子质量为m、电荷量为、电荷量为q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响则下

10、列说法正确的是应和重力的影响则下列说法正确的是 ()A质子被加速后的最大速度不可能超过质子被加速后的最大速度不可能超过2RfB质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比成正比D.不改变磁感应强度不改变磁感应强度B和交流电频率和交流电频率f，该回旋加速器也，该回旋加速器也 能用于能用于粒子加速粒子加速答案答案AC洛伦兹力和安培力的关系洛伦兹力和安培力的关系洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏

11、观表现洛伦兹力方向的特点洛伦兹力方向的特点(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)用左手定则判断负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时，要用左手定则判断负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时，要注意将四指指向电荷运动的反方向注意将四指指向电荷运动的反方向考点一考点一 对洛伦兹力的理解对洛伦兹力的理解123洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力与电场力的比较用绝缘细线悬挂一个质量为用绝缘细线悬挂一个质量为m，带电荷量

12、，带电荷量为为q的小球，让它处于图的小球，让它处于图826所示的所示的磁感应强度为磁感应强度为B的匀强磁场中由于磁场的匀强磁场中由于磁场的运动，小球静止在图中位置，这时悬线的运动，小球静止在图中位置，这时悬线与竖直方向夹角为与竖直方向夹角为，并被拉紧，则磁场，并被拉紧，则磁场的运动速度和方向是的运动速度和方向是 ()【典例【典例1】图图826答案答案C在如图在如图827所示的空间中，存在电场强所示的空间中，存在电场强度为度为E的匀强电场，同时存在沿的匀强电场，同时存在沿x轴负方向、轴负方向、磁感应强度为磁感应强度为B的匀强磁场一质子的匀强磁场一质子(电荷电荷量为量为e)在该空间恰沿在该空间恰沿

13、y轴正方向以速度轴正方向以速度v匀速匀速运动据此可以判断出运动据此可以判断出 ()【变式变式1】图图827A质子所受电场力大小等于质子所受电场力大小等于eE，运动中电势能减小；沿，运动中电势能减小；沿 z轴正方向电势升高轴正方向电势升高B质子所受电场力大小等于质子所受电场力大小等于eE，运动中电势能增大；沿，运动中电势能增大；沿 z轴正方向电势降低轴正方向电势降低C质子所受电场力大小等于质子所受电场力大小等于evB，运动中电势能不变；，运动中电势能不变； 沿沿z轴正方向电势升高轴正方向电势升高D质子所受电场力大小等于质子所受电场力大小等于evB，运动中电势能不变；，运动中电势能不变； 沿沿z轴

14、正方向电势降低轴正方向电势降低解析解析解答本题是利用左手定则判断洛伦兹力的方向，根解答本题是利用左手定则判断洛伦兹力的方向，根据平衡条件判断电场力方向及电场方向，注意运用电场力据平衡条件判断电场力方向及电场方向，注意运用电场力做功与电势能变化的关系，沿电场线方向电势降低匀强做功与电势能变化的关系，沿电场线方向电势降低匀强磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度B的方向沿的方向沿x轴负方向，质子沿轴负方向，质子沿y轴正方轴正方向运动，由左手定则可确定洛伦兹力沿向运动，由左手定则可确定洛伦兹力沿z轴正方向；由于轴正方向；由于质子受电场力和洛伦兹力作用沿质子受电场力和洛伦兹力作用沿y轴正方向做匀速直线运轴正

15、方向做匀速直线运动，故电场力动，故电场力eE等于洛伦兹力等于洛伦兹力evB，方向沿，方向沿z轴负方向，即轴负方向，即电场方向沿电场方向沿z轴负方向，质子在运动过程中电场力不做功，轴负方向，质子在运动过程中电场力不做功，电势能不变，沿电势能不变，沿z轴正方向即电场反方向电势升高，故轴正方向即电场反方向电势升高，故C正正确，确，A、B、D错误错误答案答案C圆心的确定圆心的确定(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，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

16、弧轨道的圆心两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图如图828甲所示，甲所示，图中图中P为入射点，为入射点，M为出射点为出射点)考点二考点二带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动1 甲乙甲乙 图图828(2)已知入射方向、入射点和出射点的位置时，可以通过入已知入射方向、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线，这两条垂线的交点就是圆弧轨迹的圆心(如图如图828乙所示，乙所示，P为入射点，为入射点，M为出射点为出射点)半径的确定半径的确定可利用物理学公

17、式或几何知识可利用物理学公式或几何知识(勾股定理、三角函数等勾股定理、三角函数等)求求出半径大小出半径大小运动时间的确定运动时间的确定23如图如图829所示，长方形所示，长方形abcd长长ad0.6 m，宽，宽ab0.3 m，O、e分别是分别是ad、bc的的中点，以中点，以ad为直径的半圆内有垂直于纸为直径的半圆内有垂直于纸面向里的匀强磁场面向里的匀强磁场(边界上无磁场边界上无磁场)，磁感，磁感应强度应强度B0.25 T一群不计重力、质量一群不计重力、质量m3107kg、电荷量、电荷量q2103C的带电粒子以速度的带电粒子以速度v5102 m/s沿垂沿垂【典例典例2】图图829直直ad方向且垂

18、直于磁场射入磁场区域，不考虑粒子间的相方向且垂直于磁场射入磁场区域，不考虑粒子间的相互作用互作用(1)若从若从O点射入的带电粒子刚好沿点射入的带电粒子刚好沿Oe直线射出，求空间所直线射出，求空间所加电场的大小和方向加电场的大小和方向(2)若只有磁场时，某带电粒子从若只有磁场时，某带电粒子从O点射入，求该粒子从长点射入，求该粒子从长方形方形abcd射出的位置射出的位置解析解析(1)若从若从O点射入的带电粒子刚好沿点射入的带电粒子刚好沿Oe直线射出，则直线射出，则粒子所受的洛伦兹力与电场力平衡，即粒子所受的洛伦兹力与电场力平衡，即qvBqE，得，得EvB125 V/m由左手定则可判断洛伦兹力方向向

19、上，所以电场力向下，由左手定则可判断洛伦兹力方向向上，所以电场力向下，因为粒子带正电，所以电场方向与因为粒子带正电，所以电场方向与bc边平行向下边平行向下(2)如图所示，若只有磁场时，某带电粒子从如图所示，若只有磁场时，某带电粒子从O点射入，由点射入，由左手定则可知粒子射入后向上偏转左手定则可知粒子射入后向上偏转答案答案(1)125 V/m；与；与bc边平行向下边平行向下(2)e点上方距点上方距e点点0.22 m处处 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法的程序解题法三步法三步法(1)画轨迹：即画出轨迹，并确定圆心，几何方法求半径画轨迹：即画出轨迹，并

20、确定圆心，几何方法求半径.(2)找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏找联系：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、运动时间相联系，在磁场中运动的时间转角度与圆心角、运动时间相联系，在磁场中运动的时间与周期相联系与周期相联系.(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、半径公式期公式、半径公式.如图如图8210所示，在某空间实验室所示，在某空间实验室中，有两个靠在一起的等大的圆柱形中，有两个靠在一起的等大的圆柱形区域，分别存在着等大反向的匀强磁区域，分别存在着等大反向的匀强磁场，磁感应强度场，磁感应强

21、度B0.10 T，磁场区域，磁场区域【变式变式2】图图8210左侧区圆心为左侧区圆心为O1，磁场向里，右侧区圆心，磁场向里，右侧区圆心为为O2，磁场向外两区域切点为，磁场向外两区域切点为C.今有质量今有质量m3.21026 kg.带电荷量带电荷量q1.61019 C的某种离子，从左侧区边缘的的某种离子，从左侧区边缘的A点以速度点以速度v106 m/s正对正对O1的方向垂直磁场射入，它将穿的方向垂直磁场射入，它将穿越越C点后再从右侧区穿出求：点后再从右侧区穿出求：(1)该离子通过两磁场区域所用的时间该离子通过两磁场区域所用的时间(2)离子离开右侧区域的出射点偏离最初入射方向的侧移距离子离开右侧区

22、域的出射点偏离最初入射方向的侧移距离为多大？离为多大？(侧移距离指垂直初速度方向上移动的距离侧移距离指垂直初速度方向上移动的距离)解析解析(1)离子在磁场中做匀速圆周运离子在磁场中做匀速圆周运动，在左右两区域的运动轨迹是对称动，在左右两区域的运动轨迹是对称的，如右图，设轨迹半径为的，如右图，设轨迹半径为R，圆周运，圆周运动的周期为动的周期为T.(2)在图中过在图中过O2向向AO1作垂线，联立轨迹对称关系侧移总距作垂线，联立轨迹对称关系侧移总距离离d2rsin 22 m.答案答案(1)4.19106 s(2)2 m10. “带电粒子的磁偏转带电粒子的磁偏转”模型模型( (有界磁场中的临界问题有界

23、磁场中的临界问题) )(1)模型概述模型概述 带电粒子在有界磁场中的偏转问题一直是高考的热点，带电粒子在有界磁场中的偏转问题一直是高考的热点，此类模型较为复杂，常见的磁场边界有单直线边界、双直此类模型较为复杂，常见的磁场边界有单直线边界、双直线边界、矩形边界和圆形边界等因为是有界磁场，则带线边界、矩形边界和圆形边界等因为是有界磁场，则带电粒子运动的完整圆周往往会被破坏，可能存在最大、最电粒子运动的完整圆周往往会被破坏，可能存在最大、最小面积、最长、最短时间等问题小面积、最长、最短时间等问题(2)模型分类模型分类.单直线边界型：单直线边界型：当粒子源在磁场中，且可以向纸面内各个方向以相同速率当粒

24、子源在磁场中，且可以向纸面内各个方向以相同速率发射同种带电粒子时以图发射同种带电粒子时以图8211(甲甲)中带负电粒子的运中带负电粒子的运动为例动为例规律要点规律要点：图图8211.双直线边界型双直线边界型当粒子源在一条边界上向纸面内各个方向以相同速率发射同当粒子源在一条边界上向纸面内各个方向以相同速率发射同一种粒子时，以图一种粒子时，以图8211(乙乙)中带负电粒子的运动为例中带负电粒子的运动为例规律要点规律要点：最值相切：粒子能从另一边界射出的上、下最远点对应的最值相切：粒子能从另一边界射出的上、下最远点对应的轨道分别与两直线相切如图轨道分别与两直线相切如图8211(乙乙)所示所示对称性：过粒子源对称性：过粒子源S的垂线为的垂线为ab的中垂线的中垂线在如图在如图(乙乙)中，中，a、b之间有带电粒子射出，之间有带电粒子射出，最值相切规律可推广到矩形区域磁场中最值相切规律可推广到矩形区域磁场中.圆形边界圆形边界(1)圆形磁场区域规律要点圆形磁场区域