高考物理一轮复习 第十一章第二节 磁场对运动电荷的作用课件 人教版.ppt

第二节磁场对运动电荷的作用 本节目录 基础梳理 自学导引 要点透析 直击高考 考点探究 讲练互动 知能演练 轻巧夺冠 技法提炼 思维升华 一 洛伦兹力1 定义 电荷在磁场中所受的力 2 大小 1 v b时 f 2 v b时 f 3 v与b夹角为 时 f 运动 0 qvb qvbsin 3 方向 1 判定方法 应用左手定则 注意四指应指向正电荷运动方向或负电荷 2 方向特点 f b f v 即f垂直于 决定的平面 注意b和v可以有任意夹角 由于f始终 v的方向 故洛伦兹力永不做功 名师点拨 当电荷的运动方向与磁场方向不垂直时 高中阶段不要求掌握 运动的反方向 b v 垂直于 匀速直线 匀速圆周 交流 相等 磁感应强度b 无关 qbv 一 对洛伦兹力的理解1 洛伦兹力和安培力的关系洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力 而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现 2 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 3 用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时 要注意将四指指向电荷运动的反方向 3 洛伦兹力与电场力的比较 特别提醒 1 洛伦兹力方向与速度方向一定垂直 而电场力的方向与速度方向无必然联系 2 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 即时应用1以下说法正确的是 a 电荷处于电场中一定受到电场力b 运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力c 洛伦兹力对运动电荷一定不做功d 洛伦兹力可以改变运动电荷的速度方向和速度大小解析 选ac 电荷在电场中一定受电场力 故a对 电荷在磁场中运动 且速度方向不平行于磁感线时 才受到洛伦兹力的作用 b错误 洛伦兹力的方向总是垂直于电荷的速度方向 不做功 它只改变速度的方向 不改变速度的大小 c正确 d错误 二 带电粒子在有界匀强磁场中做匀速圆周运动的分析1 确定圆心的两种方法 1 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 如图甲所示 p为入射点 m为出射点 4 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 即确定圆心 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 即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 5 带电粒子在常见有界磁场区域的运动轨迹 1 直线边界 进出磁场具有对称性 如图甲所示 2 平行边界 存在临界条件 如图乙所示 3 圆形边界 沿径向射入必沿径向射出 如图丙所示 即时应用2 2012 高考安徽卷 如图所示 圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场 一个带电粒子以速度v从a点沿直径aob方向射入磁场 经过 t时间从c点射出磁场 oc与ob成60 角 现将带电粒子的速度变为v 3 仍从a点沿原方向射入磁场 不计重力 则粒子在磁场中的运动时间变为 解析 选b 若要计算转过任一段圆弧所用的时间 则必须确定粒子转过的圆弧所对的圆心角 该粒子做圆周运动的周期不变 转过的圆心角越大 所用时间t越长 当粒子以速度v射入时 转过的圆心角为60 当粒子以速度v 3射入时 转过的圆心角为120 则粒子在磁场中的运动时间变为原来的2倍 只有选项b正确 考点1粒子在有界磁场中的运动分析 1 粒子在磁场中做圆周运动的半径r及粒子的比荷q m 2 此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与y轴正方向夹角的取值范围 3 从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间 规律总结 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1 2012 高考江苏卷 如图所示 mn是磁感应强度为b的匀强磁场的边界 一质量为m 电荷量为q的粒子在纸面内从o点射入磁场 若粒子速度为v0 最远能落在边界上的a点 下列说法正确的有 考点2带电粒子在磁场中运动的多解问题如图所示 半径r 0 5m的金属圆筒a内同轴放置一半径稍小的金属圆筒b 筒a外部有平行于圆筒轴线 范围足够大的匀强磁场 磁感应强度b 0 2t 两圆筒之间加有u 150v的电压 使两圆筒间产生强电场 一比荷为q m 104c kg的带正电粒子从紧贴b筒的c点由静止释放 穿过a筒上正对c点的小孔 垂直进入匀强磁场 不计粒子重力 1 求带电粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径 2 若粒子从小孔射出的同时 筒a沿逆时针方向绕轴线高速旋转 为使粒子在不碰到圆筒a的情况下 还能返回到出发点c 则圆筒a旋转的角速度应满足什么条件 忽略筒a旋转引起的磁场变化 不计粒子在两筒间运动的时间 思路点拨 注意圆筒旋转可能引起多解 答案 见解析 规律总结 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 常使问题形成多解 一般包含以下几个方面的原因 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 在相同的初速度下 正 负粒子在磁场中运动轨道不同 会形成双解 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大小 而未具体指出磁感应强度的方向 此时必须考虑磁感应强度的方向不确定而形成的双解 3 临界状态不唯一形成多解 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 4 运动的重复性形成多解 带电粒子在部分是电场 部分是磁场的空间中运动时 运动往往具有往复性 因而形成多解 跟踪训练2长为l的水平极板间 有垂直纸面向里的匀强磁场 如图所示 磁感应强度为b 板间距离为l 板不带电 一质量为m 电荷量为q带正电的粒子 不计重力 从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场 欲使粒子不打在极板上 可采用的方法是 范例 15分 如图所示 在空间有一直角坐标系xoy 直线op与x轴正方向的夹角为30 第一象限内有两个方向都垂直纸面向外的匀强磁场区域 和 直线op是它们的理想边界 op上方区域 中磁场的磁感应强度为b 一质量为m 电荷量为q的质子 不计重力 不计质子对磁场的影响 以速度v从o点沿与op成30 角 的方向垂直磁场进入区域 质子先后通过磁场区域 和 后 恰好垂直打在x轴上 的q点 图中未画出 试求 1 区域 中磁场的磁感应强度大小 2 q点到o点的距离 寻规探法批注 明确了两个磁场的分布特点及 区域内磁感应强度的大小为b 批注 知道离子进入磁场的区域 速度大小及方向 进入后离子在 区域内做匀速圆周运动 画出轨迹找出