磁场对运动电荷的作用.pptVIP

一、洛伦兹力的大小和方向 1洛伦兹力的大小 FBqvsin ，为v与B的夹角，如图所示 (1)vB时，洛伦兹力F_(0或180) (2)vB时，洛伦兹力F_(90) (3)v0时，洛伦兹力F_,2洛伦兹力的方向 (1)判定方法：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 (2)方向特点：FB，Fv，即F垂直于_决定的平面(注意B和v可以有任意夹角) 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_做功，而安培力对通电导线可做_功，可做_功，也可_做功,二、带电粒子在匀强磁场中的运动 在带电粒子只受洛伦兹力作用的条件下(电子、质子、粒子等微观粒子的重力通常忽略不计)，中学物理只研究带电粒子在匀强磁场中的两种典型的运动 1若vB，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_；,T、f和的特点： T、f和的大小与轨道半径R和运行速率v_，只与磁场的_和粒子的_有关,1洛伦兹力的大小FqvBsin 中的是粒子速度方向与磁感应强度方向的夹角 2有关洛伦兹力的方向的理解 (1)由于电荷有正负之分，故四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，即相当于电流的方向，所以运动方向相同时负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反 (2)洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即洛伦兹力垂直于v和B所决定的平面 (3)洛伦兹力始终和粒子的运动方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功，只改变电荷的速度方向，不改变电荷的速度大小,3洛伦兹力与安培力的联系及区别 (1)安培力是洛伦兹力的宏观表现，二者是性质相同的力，都是磁场力 (2)安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功,1当vB时，带电粒子所受的洛伦兹力F0，带电粒子将在匀强磁场中做匀速直线运动 2当vB时，带电粒子在洛伦兹力FqvB的作用下做匀速圆周运动,(2)处理带电粒子在匀强磁场中的圆周运动问题，其本质是平面几何知识与物理知识的综合运用，重要的是正确建立完整的物理模型，画出准确、清晰的运动轨迹 (3)粒子在磁场中运动的对称规律：从同一边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等，从圆形磁场区域内，沿径向射入的粒子，必沿径向射出,2圆心的确定方法(依据：圆心一定在与速度方向垂直的直线上) (1)已知入射点、入射方向和出射点、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弧轨道的圆心，如图所示，图中P为入射点，M为出射点,(2)已知入射点、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，连线入射点和出射点，作其线段的中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心，如图所示，图中P为入射点，M为出射点,4确定带电粒子运动圆弧所对圆心角的两个重要结论 (1)带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向之间的夹角叫做偏向角，偏向角等于圆弧轨道PM对应的圆心角，即，如图所示,(2)圆弧轨道PM所对圆心角等于PM弦与切线的夹角(弦切角)的2倍，即2，如上图所示,带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，由于多种因素的影响，使问题形成多解，多解形成原因一般包含下述几个方面 1带电粒子电性不确定形成多解 受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电荷，也可能带负电荷，在相同的初速度条件下，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，导致形成双解,2磁场方向不确定形成多解 有些题目只告诉了磁感应强度的大小，而未具体指出磁感应强度方向，此时必须考虑磁感应强度方向不确定而形成的双解 3临界状态不唯一形成多解 如图所示，带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，由于粒子运动轨迹是圆弧状，因此，它可能穿过去了，也可能转过180从入射界面这边反向飞出，于是形成了多解,4运动的往复性形成多解 带电粒子在部分是电场、部分是磁场的空间运动时，往往运动具有往复性，因而形成多解,一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段轨迹如图所示轨迹上的每一小段，都可近似地看成圆弧，由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(所带的电荷量不变)，从图中情况可以确定( ) A粒子从a运动到b，带正电 B粒子从b运动到a，带正电 C粒子从a运动到b，带负电 D粒子从b运动到a，带负电,答案：B,点评：在从基本概念、规律出发进行逻辑推理时，一定要注意对已知条件的分析，选准出发点例如在本题中，已知条件是粒子的能量逐渐减小，因而在运动的过程中粒子的速率变小，题目要求判断粒子的运动方向和粒子带何种电荷，根据对已知条件的分析，就选定从判断粒子运动方向入手,跟踪训练1 如图，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会( ) A向上偏转 B向下偏转 C向纸内偏转 D向纸外偏转 答案：A,解析：在阴极射线管所处位置处，直导线产生的磁场方向垂直纸面向外，由左手定则可以判断阴极射线中的电子受力方向向上，故选A.,在电视机的设计制造过程中，要考虑到地磁场对电子束偏转的影响，可采用某种技术进行消除为确定地磁场的影响程度，需先测定地磁场的磁感应强度的大小，在地球的北半球可将地磁场的磁感应强度分解为水平分量B1和竖直向下的分量B2，其中B1在水平方向，对电子束影响较小可忽略，B2可通过以下装置进行测量如图所示，水平放置的显像管中电子(质量为m，电荷量为e)从电子枪的炽热灯丝上发出后(初速度可视为0)，先经过电压为U的电场加速，然后沿水平方向自南向北运动，最后打在距加速电场出口水平距离为L的屏上，电子束在屏上的偏移距离为d.,(1)试判断电子束偏向什么方向； (2)试求地磁场的磁感应强度的竖直分量B2.,跟踪训练2 如图所示，在x轴上方存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，一个不计重力的带电粒子从坐标原点O处以速度v进入磁场，粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与x轴正方向成120角，若粒子穿过y轴正半轴后在磁场中到x轴的最大距离为a，则该粒子的比荷和所带电荷的正负为( ),答案：C,如图所示，一足够长的矩形区域abcd内充满磁感应强度为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场现从矩形区域ad边的中点O处，垂直磁场射入一速度方向与ad边夹角为30，大小为v0的带正电的粒子已知粒子质量为m，电荷量为q，ad边长为l，重力影响不计,(1)试求粒子能从ab边射出磁场的v0的范围； (2)在满足粒子从ab边射出磁场的条件下，粒子在磁场中运动的最长时间是多少？ 思路点拨：由于磁场边界的限制，粒子从ab边射出磁场时速度有一定的范围当v0有最小值v0时，粒子速度恰与ab边相切；当v0有最大值v2时，粒子速度恰与cd边相切，如图所示,点评：(1)粒子刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨道与边界相切 (2)当速度v一定时，弧长(或弦长)越长，圆心角越大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长,跟踪训练3 如图所示，长为L，间距为d的水平两极板间，有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，两板不带电，现有质量为m，电荷量为q的带正电粒子(重力不计)，从左侧两极板的中心处以不同速度v水平射入，欲使粒子不打在板上，求粒子速度v应满足什么条件？,如下图所示，正三角形ACD是一种用绝缘材料制成的固定框架，边长为l，在框架外有范围足够大的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里，ACD可视为磁场的理想边界在CD边中点S处有一带正电粒子(质量为m、电量为q)以速度v垂直CD边且垂直磁场方向飞出，粒子重力不计，若过一阵子与框架的碰撞为弹性碰撞，且每一次碰撞时速度方向均垂直于被碰处，每次碰撞时间可忽略不计，要使粒子能重新回到原位置状态，则粒子的速度v大小应满足什么条件？若要回到原位置状态，则需最短的时间为多少？,跟踪训练4 如图所示，在坐标系xOy中，第一象限内充满着两个匀强磁场a和b，OP为分界线，在区域a中，磁感应强度为2B，方向垂直纸面向里；在区域b中，磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，P点坐标为(4l,3l)一质量为m，电荷量为q的带正电的粒子从P点沿y轴负方向射入区域b，经过一段时间后，粒子恰能经过原点O，不计粒子重力(sin 370.6，cos 370.8)求：,(1)粒子从P点运动到O点的时间最少是多少？ (2)粒子运动的速度可能是多少？,1(2009安徽理综)如图是科学史上一张著名的实验照片，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，磁场方向垂直照片向里，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 答案：A,解析：由图可以看出，上方的轨迹半径小，说明粒子的速度小，所以粒子是从下方往上方运动；再根据左手定则，可判定粒子带正电，故选A.,A4.8106 kg/C B3.2106 kg/C C4.0106 kg/C D8.0106 kg/C 答案：D,3三个速度大小不同的同种带电粒子，沿同一方向从图中长方形区域的匀强磁场上边缘射入，当它们从下边缘飞出时对入射方向的偏角分别为90、60、30，则它们在磁场中运动的时间之比为( ),答案：C,4如图所示，MN为两个匀强磁场的分界面，两磁场的磁感应强度大小的关系为B12B2，一带电荷量为q、质量为m的粒子从O点垂直MN进入磁感应强度为B1的磁场，则经过多长时间它将向下再一次通过O点( ),答案：B,5电视机显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的，在电子枪中产生