高考物理总复习 第9章 第2课时 磁场对运动电荷的作用课件.ppt

第2课时磁场对运动电荷的作用 导学目标 1 会计算带电粒子在磁场中运动时受的洛伦兹力 并能判断其方向 2 掌握带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动 确定其圆心 半径 运动轨迹 运动时间等问题 一 洛伦兹力的大小和方向 基础导引 在图1所示的各图中 匀强磁场的磁感应强度均为b 带电粒子的速率均为v 带电荷量均为q 试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小 并指出洛伦兹力的方向 知识梳理 1 洛伦兹力的定义 磁场对 的作用力 2 洛伦兹力的大小f 为v与b的夹角 如图2所示 1 当v b时 0 或180 洛伦兹力f 2 当v b时 90 洛伦兹力f 3 静止电荷不受洛伦兹力作用 图2 qvbsin 0 qvb 运动电荷 手心 正电荷运动 即为运动的正电荷所受洛伦兹力 b与v 不做功 1 怎样用左手定则判断负电荷所受洛伦兹力的方向 答案 1 按正电荷判断 负电荷受力方向与正电荷受力的方向相反 2 四指指向负电荷运动的反方向 拇指指向即为负电荷受力方向 2 洛伦兹力与安培力有怎样的联系 答案 安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力是安培力的微观实质 但各自的表现形式不同 洛伦兹力对运动电荷永远不做功 而安培力对通电导线可做正功 可做负功 也可不做功 二 带电粒子在匀强磁场中的运动 基础导引 试画出图3中几种情况下带电粒子的运动轨迹 图3 答案 匀速直线 匀速圆周 三 带电粒子在匀强磁场中运动的应用1 质谱仪 1 构造 如图4所示 由粒子源 和照相底片等构成 图4 加速电场 偏转磁场 交流 相等 磁感应强度b 半径r 无关 考点解读 1 洛伦兹力方向的特点 1 洛伦兹力的方向与电荷运动的方向和磁场方向都垂直 即洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷的速度方向和磁场方向确定的平面 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 考点一洛伦兹力与电场力的比较 2 洛伦兹力与电场力的比较 特别提醒洛伦兹力对电荷不做功 安培力对通电导线可做正功 可做负功 也可不做功 电场力对电荷可做正功 可做负功 也可不做功 典例剖析 例1在如图6所示宽度范围内 用场强为e的匀强电场可使初速度是v0的某种正粒子偏转 角 在同样宽度范围内 若改用方向垂直于纸面向外的匀强磁场 使该粒子穿过该区域 并使偏转角也为 不计粒子的重力 问 1 匀强磁场的磁感应强度是多大 2 粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大 图6 方法提炼电荷在匀强电场和匀强磁场中的运动规律不同 运动电荷穿过有界电场的时间与其入射速度的方向和大小有关 而穿出有界磁场的时间则与电荷在磁场中的运动周期有关 在解题过程中灵活运用运动的合成与分解和几何关系是解题关键 跟踪训练1一个带正电的小球沿光滑绝缘的桌面向右运动 速度方向垂直于一个垂直纸面向里的匀强磁场 如图7所示 小球飞离桌面后落到地板上 设飞行时间为t1 水平射程为s1 着地速度为v1 撤去磁场 其余的条件不变 小球飞行时间为t2 水平射程为s2 着地速度为v2 则下列论述正确的是 a s1 s2b t1 t2c v1和v2大小相等d v1和v2方向相同 答案 ac 解析 当桌面右边存在磁场时 在小球下落过程中由左手定则知 带电小球受到斜向右上方的洛伦兹力作用 此力在水平方向上的分量向右 竖直方向上分量向上 因此小球水平方向存在加速度 竖直方向上加速度at2 s1 s2 a对 b错 又因为洛伦兹力不做功 c对 两次小球着地时方向不同 d错 考点解读 1 带电粒子在匀强磁场中的运动是各省市每年高考必考内容之一 一般以计算题的形式出现 可以与其他知识相综合 难度中等以上 分值较高 以考查考生的形象思维和逻辑推理能力为主 2 分析方法 找圆心 求半径 确定转过的圆心角的大小是解决这类问题的前提 确定轨道半径和给定的几何量之间的关系是解题的基础 有时需要建立运动时间t和转过的圆心角 之间的关系作为辅助 考点二带电粒子在匀强磁场中的运动 1 圆心的确定 基本思路 与速度方向垂直的直线和图中弦的中垂线一定过圆心 两种情形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8所示 图中p为入射点 m为出射点 典例剖析 1 带电粒子在直线边界磁场中的运动问题例2如图13所示 在一底边长为2a 30 的等腰三角形区域内 d在底边中点 有垂直纸面向外的匀强磁场 现有一质量为m 电荷量为q的带正电的粒子从静止开始经过电势差为u的电场加速后 从d点垂直于ef进入磁场 不计重力与空气阻力的影响 1 若粒子恰好垂直于ec边射出磁场 求磁场的磁感应强度b为多少 2 改变磁感应强度的大小 粒子进入磁场偏转后能打到ed板 求粒子从进入磁场到第一次打到ed板的最长时间是多少 2 带电粒子在圆形边界磁场内的运动问题例3如图15所示 虚线圆所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为b 一束电子沿圆形区域的直径方向以速度v射入磁场 电子束经过磁场区后 其运动方向与原入射方向成 角 设电子质量为m 电荷量为e 不计电子之间相互作用力及所受的重力 求 1 电子在磁场中运动轨迹的半径r 2 电子在磁场中运动的时间t 3 圆形磁场区域的半径r 方法提炼带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法 三步法1 画轨迹 确定圆心 用几何方法求半径并画出轨迹 2 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与周期相联系 3 用规律 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 答案 b 例4如图17所示 在一个圆形区域内 两个方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场分布在以直径a2a4为边界的两个半圆形区域 中 a2a4与a1a3的夹角为60 一质量为m 带电荷量为 q的粒子以某一速度从 区的边缘点a1处沿与a1a3成30 角的方向射入磁场 随后该粒子以垂直于a2a4的方向经过圆心o进入 区 最后再从a4处射出磁场 已知该粒子从射入到射出磁场所用的时间为t 求