高二物理洛伦兹力的应用.ppt

第3节节 洛伦兹伦兹 力的作用 课标课标 定位 学习习目标标：1.知道洛伦兹伦兹 力对对运动电动电 荷不做功 ，只改变变速度的方向，不改变变速度的大小 2会用公式FBqv推导带电导带电 粒子做匀速圆圆周 运动动的半径、周期公式，并能解 决有关问题问题 3知道回旋加速器、质谱仪质谱仪 的基本构造、原 理及基本用途 重点难难点：1.带电带电 粒子在匀强磁场场中的匀速圆圆 周运动动 2带电带电 粒子在匀强磁场场中运动问题动问题 的分析方 法 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 课前自主学案 一、带电带电 粒子在磁场场中的运动动 1带电带电 粒子在磁场场中运动动情况的推测测：垂直射 入匀强磁场场中的运动电动电 荷受到的洛伦兹伦兹 力不仅仅 与磁感应应强度方向垂直，而且跟速度方向垂直 这这就表明，洛伦兹伦兹 力不对对粒子做功，它不改变变粒 子的_，只改变变速度的_由此推测测 ：运动电动电 荷垂直射入磁场场后，在磁场场中可能做匀 速圆圆周运动动 速率方向 2实验实验 探究结结果：当运动电动电 荷垂直射入匀 强磁场场后，该该运动电动电 荷受洛伦兹伦兹 力作用而做 _运动动 3圆圆周运动动的半径和周期：带电带电 粒子在匀 强磁场场中做圆圆周运动时动时 ，轨轨道半径与粒子的 运动动速率成_比，与粒子的质质量成_比 ，与电电荷量和磁感应应强度成_比；而带带 电电粒子的运动动周期与轨轨道半径和运动动速率 _关，而是与_成正比，与 _成反比半径公式为为： 匀速圆圆周 正正 反 无 质质量电电荷量和磁感应应强度 图图631 高频频交流 反 质质量 核心要点突破 (2)分析方法：画轨轨迹，找圆圆心，求半径，定圆圆心 角 确定圆圆心的两种方法 a已知入射方向和出射方向时时，可通过过入射点和 出射点分别别作垂直于入射方向和出射方向的直线线 ，两条直线线的交点就是圆圆弧轨轨道的圆圆心(如图图6 32甲所示，图图中P为为入射点，M为为出射点) b已知入射方向和出射点的位置时时，可以通过过入 射点作入射方向的垂线线，连连接入射点和出射点， 作其中垂线线，这这两条垂线线的交点就是圆圆弧轨轨道的 圆圆心(如图图632乙所示，P为为入射点，M为为出射 点) 图图632 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 运动时间的确定 图图633 b某段圆圆弧所对应对应 的圆圆心角是这这段圆圆弧弦 切角的二倍，即2. 特别别提醒：分析方法三步曲： (1)画轨轨迹：可确定圆圆心求出半径 (2)找联联系：r与B、v，与t，t与T的联联系 (3)用规规律：牛顿顿第二定律及r、T的公式 即时应时应 用 (即时时突破，小试试牛刀) 1如图图634所示， 图图634 一束电电子(电电荷量为为e)以速度v垂直射入磁感应应 强度为为B、宽为宽为 d的匀强磁场场中，穿透磁场时场时 速度方向与原来入射方向的夹夹角是30，则电则电 子的质质量是_，穿透磁场场的时间时间 是 _ 答案：2dBe/v d/(3v) 即时应时应 用 (即时时突破，小试试牛刀) 2. 1930年劳伦劳伦 斯制成了世界上第一台回旋加速 器，其原理如图图636所示这这台加速器由 两个铜质铜质 D形盒D1、D2构成，其间间留有空隙 下列说说法正确的是( ) 离子由加速器的中心附近进进入加速器 离子由加速器的边缘进边缘进 入加速器 离子从磁场场中获获得能量 离子从电场电场 中获获得能量 图图636 A B C D 解析：选选B.回旋加速器对对离子加速时时，离子 是由加速器的中心附近进进入加速器的，故 正确，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，正确；选项B正确 如图图637所示， 课堂互动讲练 带电粒子在有界磁场中的运动 例例1 1 图图637 分布在半径为为r的圆圆形区域内的匀强磁场场，磁感 应应强度为为B，方向垂直纸纸面向里电电荷量为为q、 质质量为为m的带带正电电的粒子从磁场边缘场边缘 a点沿圆圆的 半径aO方向射入磁场场，离开磁场时场时 速度方向偏 转转了60角试试求： (1)粒子做圆圆周运动动的半径； (2)粒子的入射速度； (3)粒子在磁场场中运动动的时间时间 【精讲讲精析】 (1)设带设带 正电电的粒子从磁场场区域 射出点为为c，射出方向的反向延长线长线 与入射方向 的直径交点为为O，如图图638.粒子在磁场场区域 中运动动的轨轨迹ac是一段圆圆弧，它的圆圆心O一定 位于过过入射点a且与入射方向垂直的直线线上由 于粒子射出磁场场的方向必沿圆圆弧ac在c点的切线线 ，故连线连线 Oc必垂直于连线连线 Oc. 图图638 【方法总结总结 】 带电带电 粒子的匀速圆圆周运动动的求 解关键键是通过过入、出磁场场两点速度方向画出匀 速圆圆周运动动的轨轨迹，利用几何知识识确定圆圆心及 相应应的半径，从而找到圆圆弧所对应对应 的圆圆心角， 根据圆圆心角和圆圆周角的关系确定带电带电 粒子在磁 场场中的运动时间动时间 回旋加速器是用于加速带电带电 粒子流，使 之获获得很大动动能的仪仪器，其核心部分是两个D形 金属扁盒，两盒分别别和一高频频交流电电源两极相 接，以便在盒间间狭缝缝中形成匀强电场电场 ，使粒子 每穿过过狭缝缝都得到加速；两盒放在匀强磁场场中 ，磁场场方向垂直于盒底面粒子源置于盒的圆圆 心附近，若粒子源射出粒子电电量为为q，质质量为为m ，粒子最大回旋半径为为Rm，其运动轨动轨 迹如图图6 39所示，问问 带电粒子运动的实际应用 例例2 2 图图639 (1)粒子在盒内做何种运动动？ (2)粒子在两盒间间狭缝缝内做何种运动动？ (3)所加交变电压频变电压频 率为为多大？粒子运动动角速度 多大？ (4)粒子离开加速器时时速度多大？ 已知质质量为为m的带电带电 液滴，以速度v射 入互相垂直的匀强电场电场 E和匀强磁场场B中，液 滴在此空间刚间刚 好能在竖竖直平面内做匀速圆圆周 运动动，如图图6310所示求： (1)液滴在空间间受到几个力作用； (2)液滴电电性及带电带电 荷量； (3)液滴做匀速圆圆周运动动的半径多大 带电粒子在复合场中的运动 例例3 3 图图6310 【思路点拨拨】 解决此题题的关键键有二步 (1)带电带电 液滴在此空间间运动动是否考虑虑重力 (2)带电带电 液滴做匀速圆圆周运