高中物理 2.4 磁场对运动电荷的作用同步辅导与检测课件 新人教版选修11.ppt

第四节磁场对运动电荷的作用 磁场 回旋加速器回旋加速器是利用磁场使带电粒子做回旋运动 在运动中经高频电场反复加速的装置 如下图所示 1930年劳伦斯提出其工作原理 1932年首次研制成功 它的主要结构是在磁极间的真空室内有两个半圆形的金属扁盒 d形盒 隔开相对放置 d形盒上加交变电压 其间隙处产生交变电场 置于中心的粒子源产生带电粒子射出来 受到电场加速 在d形盒内不受电场力 仅受磁极间磁场的洛伦兹力 在垂直磁场平面内做圆周运动 绕行半圈的时间为 m qb 其中q是粒 子电荷量 m是粒子的质量 b是磁场的磁感应强度 如果d形盒上所加的交变电压的频率恰好等于粒子在磁场中做圆周运动的频率 则粒子绕行半圈后正赶上d形盒上极性变号 粒子仍处于加速状态 由于上述粒子绕行半圈的时间与粒子的速度无关 因此粒子每绕行半圈受到一次加速 绕行半径增大 经过很多次加速 粒子沿螺线形轨道从d形盒边缘引出 能量可达几十兆电子伏特 mev 回旋加速器所加速的粒子的能量受制于随粒子速度增大的相对论效应 粒子的质量增大 粒子绕行周期变长 从而逐渐偏离了交变电场的加速状态 一 洛伦兹力磁场对 的作用力称为洛伦兹力 二 洛伦兹力的方向洛伦兹力方向的判定和安培力方向判定类似 也是用 伸开左手 使拇指和其余四指 且在同一个平面内 让磁感线穿过手心 指向正电荷运动方向 若为负电荷 应指向 所指方向即为洛伦兹力的方向 一 运动电荷二 左手定则垂直四指运动反方向拇指 三 电子束的磁偏转及显像管的工作原理1 带电粒子 磁场方向射入 粒子沿圆轨道运动 2 影响洛伦兹力大小的因素有 和 3 显像管利用了 原理 三 1 垂直2 磁感应强度b运动电荷的速度v3 电子束的磁偏转 磁场和电场对电荷的作用的区别 1 电荷在电场中一定要受到电场力的作用 而电荷在磁场中不一定受磁场力作用 只有相对于磁场运动 且运动方向与磁场方向不平行的电荷 才受磁场力作用 相对磁场静止的电荷 或虽运动但运动方向与磁场方向平行的电荷不受磁场力作用 2 电荷所受电场力的方向总是沿着电场线的切线 与电场方向相同或相反 而运动电荷所受洛伦兹力的方向总是既垂直于磁场方向 又垂直于电荷运动方向 3 在匀强电场中 电荷受到的电场力是一个恒力 而在匀强磁场中 运动电荷的速度大小或方向发生改变 洛伦兹力也要发生变化 4 电荷在电场中运动时 通常情况下电场力要对运动电荷做功 电荷在磁场中运动时 由于洛伦兹力方向与电荷运动方向始终垂直 故洛伦兹力对电荷不做功 关于电场力与洛伦兹力 以下说法正确的是 a 电荷只要处在电场中 就会受到电场力 而电荷静止在磁场中 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 而洛伦兹力对在磁场中的电荷却不会做功c 电场力与洛伦兹力一样 受力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会受到洛伦兹力的作用解析 磁场对静止电荷没有洛伦兹力的作用 a错 当电荷沿着等势面运动时 电场力对电荷不做功 b错 由左手定则知 洛伦兹力的方向并不在磁感线上 c错 答案 d 变式迁移 1 有关洛伦兹力和安培力的描述 正确的是 a 通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用b 安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现c 带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力做正功d 通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行 解析 通电直导线与磁场方向平行时 安培力等于零 故选项a错 安培力一定垂直磁场和电流所决定的平面 即安培力方向一定垂直磁场方向 选项d错 洛伦兹力也一定垂直磁场与速度方向决定的平面 即洛伦兹力一定与运动方向垂直 洛伦兹力一定不做功 选项c错 二者的关系为 安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现 选项b正确 答案 b 洛伦兹力的方向 应用左手定则判定 与安培力方向判定相同 1 不论正 负电荷 f洛方向都与f安方向相同 f洛垂直于b和v所确定的平面 应用左手定则时应注意 四指表示正电荷实际运动方向 对于负电荷来说 与正电荷受力方向相反 2 由于f洛时刻与v垂直 所以洛伦兹力对电荷永不做功 即f洛不能改变粒子运动速度的大小 只能改变电荷运动方向 如下图所示 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 向纸外偏转解析 在阴极射线管所处位置处 通电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到的洛伦兹力方向向上 答案 a 变式迁移 2 如图所示 带正电的粒子q 不计重力 水平向左进入匀强磁场 磁场方向垂直纸面向外 该粒子将 a 向下偏转 b 向上偏转 c 垂直纸面向里偏转 d 垂直纸面向外偏转 解析 根据左手定则 带正电的粒子q所受的洛伦兹力方向向上 因此该粒子将向上偏转 b选项正确 答案 b 基础巩固 1 带电荷量为 q的粒子在匀强磁场中运动 下面说法正确的是 a 只要速度的大小相同 所受洛伦兹力大小就相同b 如果把 q改为 q 且速度反向而大小不变 则洛伦兹力的大小 方向都不变c 洛伦兹力方向一定与电荷运动的速度方向垂直 磁场方向也一定与电荷的运动方向垂直d 粒子只受洛伦兹力作用时的动能不变 解析 带电粒子平行于磁场线运动时 不受洛伦兹力的作用 垂直于磁场线运动时 所受洛伦兹力最大 所以 只有速度大小相同 带电粒子所受洛伦兹力大小不一定相同 故a选项错误 用左手定则判定洛伦兹力方向时 负电荷运动的方向跟正电荷运动的方向相反 故把 q换成 q 且速度反向大小不变时 洛伦兹力的方向不变 速度方向与b的方向夹角也不变 故洛伦兹力的大小 方向均不发生变化 b选项正确 洛伦兹力的方向一定跟电荷速度方向垂直 但电荷进入磁场的速度方向可以是任意的 因而磁场方向与电荷的运动方向的夹角也可以是任意的 故c选项错误 洛伦兹力对运动电荷不做功 不改变运动电荷的动能 但洛伦兹力改变速度的方向 即改变动量的方向 动量是矢量 方向改变就是动量改变 故带电粒子只受洛伦兹力作用时动能不变 d选项对 答案 bd 能力提升 9 如右图所示 宇宙射线中存在高能带电粒子 假如大气层被破坏 这些粒子就会到达地球 从而给地球上的生命带来危害 根据地磁场的分布特点 判断下列说法中正确的是 a 地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在南北两极最强 赤道附近最弱b 地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强 两极最弱c 地