高二物理洛伦兹力的应用

高二物理洛伦兹力的应用第一页，共四十八页，编辑于2023年，星期六课标定位学习目标：1.知道洛伦兹力对运动电荷不做功，只改变速度的方向，不改变速度的大小．2．会用公式F＝Bqv推导带电粒子做匀速圆周运动的半径、周期公式，并能解决有关问题．3．知道回旋加速器、质谱仪的基本构造、原理及基本用途．重点难点：1.带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动．2．带电粒子在匀强磁场中运动问题的分析方法．第二页，共四十八页，编辑于2023年，星期六

核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第3节洛伦兹力的作用课前自主学案第三页，共四十八页，编辑于2023年，星期六课前自主学案一、带电粒子在磁场中的运动1．带电粒子在磁场中运动情况的推测：垂直射入匀强磁场中的运动电荷受到的洛伦兹力不仅与磁感应强度方向垂直，而且跟速度方向垂直．这就表明，洛伦兹力不对粒子做功，它不改变粒子的________，只改变速度的______．由此推测：运动电荷垂直射入磁场后，在磁场中可能做匀速圆周运动．速率方向第四页，共四十八页，编辑于2023年，星期六2．实验探究结果：当运动电荷垂直射入匀强磁场后，该运动电荷受洛伦兹力作用而做__________运动．3．圆周运动的半径和周期：带电粒子在匀强磁场中做圆周运动时，轨道半径与粒子的运动速率成_____比，与粒子的质量成____比，与电荷量和磁感应强度成_____比；而带电粒子的运动周期与轨道半径和运动速率___关，而是与_____成正比，与_________________成反比．半径公式为：匀速圆周正正反无质量电荷量和磁感应强度第五页，共四十八页，编辑于2023年，星期六完全免费,无需注册,天天更新！第六页，共四十八页，编辑于2023年，星期六图6－3－1第七页，共四十八页，编辑于2023年，星期六高频交流第八页，共四十八页，编辑于2023年，星期六第九页，共四十八页，编辑于2023年，星期六反质量第十页，共四十八页，编辑于2023年，星期六核心要点突破第十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期六(2)分析方法：画轨迹，找圆心，求半径，定圆心角．①确定圆心的两种方法．a．已知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．(如图6－3－2甲所示，图中P为入射点，M为出射点)b．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，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图6－3－2乙所示，P为入射点，M为出射点)．第十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期六图6－3－2②运动半径大小的确定一般先作入射点、出射点对应的半径，并作出相应的辅助三角形，然后利用三角函数求解出半径的大小．③运动时间的确定第十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期六第十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期六图6－3－3b．某段圆弧所对应的圆心角是这段圆弧弦切角的二倍，即α＝2θ.第十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期六特别提醒：分析方法三步曲：(1)画轨迹：可确定圆心求出半径．(2)找联系：r与B、v，θ与t，t与T的联系．(3)用规律：牛顿第二定律及r、T的公式．第十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期六即时应用(即时突破，小试牛刀)1．如图6－3－4所示，图6－3－4第十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期六一束电子(电荷量为e)以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽为d的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与原来入射方向的夹角是30°，则电子的质量是________，穿透磁场的时间是________．第十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期六答案：2dBe/v

πd/(3v)第十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期六第二十页，共四十八页，编辑于2023年，星期六第二十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期六第二十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期六第二十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期六第二十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期六即时应用(即时突破，小试牛刀)2.1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图6－3－6所示．这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙．下列说法正确的是(

)①离子由加速器的中心附近进入加速器②离子由加速器的边缘进入加速器③离子从磁场中获得能量④离子从电场中获得能量第二十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期六图6－3－6

A．①③

B．①④C．②③

D．②④第二十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期六解析：选B.回旋加速器对离子加速时，离子是由加速器的中心附近进入加速器的，故①正确，②错误；离子在磁场中运动时，洛伦兹力不做功，所以离子的能量不变，故③错误；D形盒D1、D2之间存在交变电场，当离子通过交变电场时，电场力对离子做正功，离子的能量增加，所以离子的能量是从电场中获得的，④正确；选项B正确．第二十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期六如图6－3－7所示，课堂互动讲练带电粒子在有界磁场中的运动例1图6－3－7第二十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期六分布在半径为r的圆形区域内的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里．电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从磁场边缘a点沿圆的半径aO方向射入磁场，离开磁场时速度方向偏转了60°角．试求：(1)粒子做圆周运动的半径；(2)粒子的入射速度；(3)粒子在磁场中运动的时间．第二十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期六【精讲精析】

(1)设带正电的粒子从磁场区域射出点为c，射出方向的反向延长线与入射方向的直径交点为O，如图6－3－8.粒子在磁场区域中运动的轨迹ac是一段圆弧，它的圆心O′一定位于过入射点a且与入射方向垂直的直线上．由于粒子射出磁场的方向必沿圆弧ac在c点的切线，故连线O′c必垂直于连线Oc.图6－3－8第三十页，共四十八页，编辑于2023年，星期六第三十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期六第三十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期六【方法总结】带电粒子的匀速圆周运动的求解关键是通过入、出磁场两点速度方向画出匀速圆周运动的轨迹，利用几何知识确定圆心及相应的半径，从而找到圆弧所对应的圆心角，根据圆心角和圆周角的关系确定带电粒子在磁场中的运动时间．第三十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期六

回旋加速器是用于加速带电粒子流，使之获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间狭缝中形成匀强电场，使粒子每穿过狭缝都得到加速；两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面．粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出粒子电量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rm，其运动轨迹如图6－3－9所示，问带电粒子运动的实际应用例2第三十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期六图6－3－9(1)粒子在盒内做何种运动？(2)粒子在两盒间狭缝内做何种运动？(3)所加交变电压频率为多大？粒子运动角速度多大？(4)粒子离开加速器时速度多大？第三十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期六第三十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期六第三十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期六第三十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期六

已知质量为m的带电液滴，以速度v射入互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，液滴在此空间刚好能在竖直平面内做匀速圆周运动，如图6－3－10所示．求：(1)液滴在空间受到几个力作用；(2)液滴电性及带电荷量；(3)液滴做匀速圆周运动的半径多大．带电粒子在复合场中的运动例3第三十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期六图6－3－10第四十页，共四十八页，编辑于2023年，星期六【思路点拨】解决此题的关键有二步．(1)带电液滴在此空间运动是否考虑重力．(2)带电液滴做匀速圆周运动的条件是什么？【自主解答】

(1)由于是带电液滴，它必然受重力，又处于电磁复合场中，还应受到电场力及洛伦兹力，共有三个力作用．第四十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期六三星学科,教师助手,学生帮手,家长朋友！第四十二页，共四十八页，编辑于20