江苏省高考物理大一轮复习 第九章 磁场 2 磁场对运动电荷的作用课件.ppt

第九章磁场 第2讲磁场对运动电荷的作用 1 熟练掌握用左手定则判断磁场对运动电荷的作用力 2 根据磁场对电流的作用推导洛伦兹力的公式f洛 qvb 3 熟练应用公式f洛 qvb进行洛伦兹力大小的有关计算 4 明确带电粒子做圆周运动的圆心和运动时间 5 带电粒子在有界磁场中的多解问题和极值问题 1 洛伦兹力 在磁场中所受的力 可以用 判断洛伦兹力的方向 让磁感线垂直穿过手掌 四指指向 的方向 此时 的方向就是洛伦兹力的方向 若带电粒子为正电荷 四指指向就是 若带电粒子为负电荷 四指应指向 洛伦兹力的方向既与电荷的运动方向 又与磁场方向 即f垂直于 运动电荷 左手定则 等效电流 大拇指所指 带电粒子的运动方向 粒子运动的反方向 垂直 垂直 v和b所在平面 2 洛伦兹力公式 f洛 为 与 的夹角 3 电视机显像管的工作原理 应用了电子束的 使电子束偏转的磁场是由 对线圈产生的 叫做 qvbsin 速度方向 磁感应强度方向 磁偏转 两 偏转线圈 不做功 速度方向 1 洛伦兹力和安培力的关系洛伦兹力是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 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 对洛伦兹力的理解 3 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 典题演示1 2015 海南卷 如图 a是竖直平面p上的一点 p前有一条形磁铁垂直于p 且s极朝向a点 p后一电子在偏转线圈和条形磁铁的磁场的共同作用下 在水平面内向右弯曲经过a点 在电子经过a点的瞬间 条形磁铁的磁场对该电子的作用力的方向 a 向上b 向下c 向左d 向右 解析 条形磁铁的磁感线方向在a点为垂直p向外 粒子在条形磁铁的磁场中向右运动 所以根据左手定则可得电子受到的洛伦兹力方向向上 a正确 a 典题演示2 2016 金陵中学 真空中有两根足够长直导线ab cd平行放置 通有恒定电流i1 i2 导线ab的电流方向如图 在两导线所在的平面内 一带电粒子由p运动到q 轨迹如图中pnq所示 nq为直线 粒子重力忽略不计 下列说法中正确的是 a 该粒子带正电b 粒子从p到q的过程中动能增加c 导线cd中通有从c到d方向的电流d 导线cd电流i2小于导线ab电流i1 c 解析 由安培定则可知带电粒子由p运动到q 磁场垂直纸面向外 由轨迹和力及左手定则可知 粒子带负电 故a错误 由于洛伦兹力不做功 所以粒子从p到q的过程中动能不变 故b错误 由图可知nq为直线 说明合磁场为零 由安培定则可知导线cd中通有从c到d方向的电流 故c正确 由于直线nq靠近导线ab 故导线cd电流i2大于导线ab电流i1 故d错误 1 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 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 带电粒子在匀强磁场中的圆周运动 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入射方向和出射方向的垂线 两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心 如图1所示 图中p为入射点 m为出射点 b 已知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 连接入射点和出射点 作连线的中垂线 这两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心 如图2所示 图中p为入射点 m为出射点 图1 图2 2 半径的确定利用平面几何关系 求出该圆的可能半径 或圆心角 求解时注意以下几个重要的几何特点 图3 ac 典题演示4 多选 2015 淮安二模 如图所示 在xoy平面的第 象限内存在垂直xoy平面向里 磁感应强度大小为b的匀强磁场 两个相同的带电粒子以相同的速度v0先后从y轴上坐标 0 3l 的a点和b点 坐标未知 垂直于y轴射入磁场 在x轴上坐标 l 0 的c点相遇 不计粒子重力及其相互作用 根据题设条件可以确定 a 带电粒子在磁场中运动的半径b 带电粒子的电荷量c 带电粒子在磁场中运动的时间d 带电粒子的质量 ac 粒子在相邻多个磁场中连续运动时 会画出不同的轨迹 从复杂的轨迹中找出规律 寻找解决问题的突破口 解这类问题时 关键在于能画出轨迹 弄清楚粒子的运动过程 找出粒子在不同磁场中运动的联系 借助圆周运动的特点解决问题 带电粒子在相邻多个磁场中的运动 c 典题演示6 2015 常州一模 如图所示 多个有界匀强磁场区域和无场区域平行间隔排列 其中磁场的宽度均为d 无场区域的宽度均为d0 磁场方向垂直纸面向内 长度足够长 磁感应强度为b 在区域1磁场中 一个带负电的粒子从边界上的a点沿边界方向射出 粒子质量为m 电荷量为 q 不计重力 1 如果粒子只在区域1中运动 求粒子射出的最大速度 2 如果粒子从a点射出后 经过区域1 2 3后又回到a点 求它运动一周的周期 3 如果粒子从a点射出后还能再次返回a点 求粒子从a点射出时速度的大小 1 2015 新课标 卷 两相邻的匀强磁场区域的磁感应强度大小不同 方向平行 一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子 不计重力 从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后 粒子的 a 轨道半径减小 角速度增大b 轨道半径减小 角速度减小c 轨道半径增大 角速度增大d 轨道半径增大 角速度减小 d b 解析 粒子带正电 根据左手定则 判断出粒子受到的洛伦兹力方向向右 轨迹如图所示 3 2016 四川卷 如图所示 正六边形abcdef区域内有垂直于纸面的匀强磁场 一带正电的粒子从f点沿fd方向射入磁场区域 当速度大小为vb时 从b点离开磁场 在磁场中运动的时间为tb 当速度大小为vc时 从c点离开磁场 在磁场中运动的时间为tc 不计粒子重力 则 a vb vc 1 2 tb tc 2 1b vb vc 2 1 tb tc 1 2c vb vc 2 1 tb t