高考物理一轮复习 第8章 磁场 第2讲 磁场对运动电荷的作用课件 新人教版.ppt

走向高考 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 高考总复习 磁场 第八章 第2讲磁场对运动电荷的作用 第八章 1 会计算洛伦兹力的大小 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 并能解决确定圆心 半径 运动轨迹 周期 运动时间等相关问题 1 洛伦兹力的定义 在磁场中所受的力 2 洛伦兹力的大小3 洛伦兹力的方向左手定则 伸开左手 使大拇指跟其余四指垂直 且处于同一平面内 把手放入磁场中 让 垂直穿入掌心 四指指向 运动的方向 或 运动的反方向 那么 拇指所指的方向就是运动电荷所受 的方向 4 洛伦兹力对运动电荷永不做功 因为洛伦兹力方向始终与 方向垂直 洛伦兹力 运动电荷 bqvsin 0 qvb 磁感线 正电荷 负电荷 洛伦兹力 电荷运动 带电粒子在磁场中的运动 匀速圆周 匀速直线 4 由于安培力是洛伦兹力的宏观表现 所以洛伦兹力也可能做功 5 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时 其运动半径与带电粒子的比荷有关 6 利用质谱仪可以测得带电粒子的比荷 7 经过回旋加速器加速的带电粒子的最大动能是由d形盒的最大半径 磁感应强度b 加速电压的大小共同决定的 答案 1 带电粒子的运动方向与磁场方向平行时 不受磁场力作用 2 洛伦兹力的方向一定与带电粒子的速度方向垂直 答案 b解析 由安培定则 电流在下方产生的磁场方向指向纸外 由左手定则 质子刚进入磁场时所受洛伦兹力方向向上 则质子的轨迹必定向上弯曲 因此c d必错 由于洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直 故其运动轨迹必定是曲线 则b正确 a错误 解析 环形导线在示波管处产生的磁场方向垂直于纸面向外 由左手定则可判断 电子受到的洛伦兹力向上 故a正确 对洛伦兹力的理解 1 洛伦兹力的特点 1 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 运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用 4 左手判断洛伦兹力方向 但一定分正 负电荷 5 洛伦兹力一定不做功 2 洛伦兹力与电场力的比较 a 电子与正电子的偏转方向一定不同b 电子与正电子在磁场中运动轨迹的半径一定相同c 仅依据粒子运动轨迹无法判断该粒子是质子还是正电子d 粒子的动能越大 它在磁场中运动轨迹的半径越小思路引导 1 由 判断电子与正电子的受力方向 2 电子与正电子 提供向心力 3 根据半径表达式 判断轨道半径大小 名师归纳 1 正确分析带电粒子所在区域的合磁场方向 2 判断洛伦兹力方向时 特别区分电荷的正 负 并充分利用f b f v的特点 3 计算洛伦兹力大小时 公式f qvb时 v是电荷与磁场的相对速度 a a所受洛伦兹力大小b b对地面压力的大小c a物块加速度大小d a对b摩擦力的大小答案 b解析 刚开始 a与b一起水平向左加速运动 已知a带正电 根据左手定则可知 a受到的洛伦兹力方向竖直向下 大小逐渐增大 即a b之间的正压力逐渐增大 不论a b是否相对滑动 在a滑下b之前a加速度恒定 对b摩擦力恒定 选项c d错误 a所受洛伦兹力大小f洛 bvq bqat 可见 f洛与t成正比 f洛 t图象是一条经过原点的直线 选项a错误 a对b压力大小fn mag f洛 mag bqat b对地面的压力为fn fn mbg ma mb g bqat 显然 选项b正确 带电粒子在有界磁场中的运动 1 带电粒子在有界磁场中的圆心 半径及运动时间的确定 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 两种常见情形 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a所示 图中p为入射点 m为出射点 1 若所有的 粒子均不能从条形磁场隔离区的右侧穿出 则磁场的宽度d至少是多少 2 若条形磁场的宽度d 20cm 则射出屏蔽装置的 粒子在磁场中运动的最长时间和最短时间各是多少 思路引导 1 哪些 粒子最容易通过磁场隔离区 2 如何确定 粒子在磁场中运动的最长时间和最短时间 答案 1 沿着od方向射入磁场的 粒子最容易通过磁场隔离区 若保证此方向的 粒子不能从磁场隔离区右侧射出 则所有 粒子均不能从磁场隔离区右侧射出 2 首先需要计算出 粒子在磁场中运动的半径 然后结合给定的条形磁场的宽度来寻找几何关系 最终确定在磁场中运动的最长时间和最短时间的 粒子的射入方向和运动轨迹 最终求得对应时间 解析 1 由题意 ab 9cm ad 18cm 可得 bao odc 45 所有 粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径相同 设为r 根据牛顿第二定律有 由题意及几何关系可知 若条形磁场区域的右边界与沿od方向进入磁场的 粒子的圆周轨迹相切 则所有 粒子均不能从条形磁场隔离区右侧穿出 如图一所示 若 粒子在磁场中做匀速圆周运动对应的圆弧轨迹的弦最短 则 粒子穿过磁场时间最短 最短的弦长为磁场宽度d 设在磁场中运动的最短时间为tmin 轨迹如图二所示因r d 则圆弧对应圆心角为60 故 名师归纳 三步解决带电粒子在有界磁场中的运动问题 1 定圆心 画轨迹 根据圆心一定在与速度垂直的直线 洛伦兹力的作用线 上和在轨迹的弦的中垂线上确定圆心 画出轨迹草图 2 找几何关系 定物理量 构建三角形 利用边角关系或三边关系列几何关系方程 求解轨迹半径 3 画动态图 定临界状态 对于动态或临界问题依据题目情境确定临界状态 根据半径公式或周期公式求解 不会处理带电粒子在有界磁场中的临界和极值问题 1 若要该粒子不从mn边射出磁场 其速度最大值是多少 2 若要该粒子恰从q点射出磁场 其在磁场中的运行时间最少是多少 错因分析 错解1对带电粒子在有界磁场中运动的特殊规律掌握不到位 不能结合 速度最大 的条件正确画出运动轨迹 半径和磁场边界的关系图象 或者几何关系确定错误 导致 1 问解答错误 错解2在 2 问中 没有充分把握题设条件 结合 运动的时间至少是多少 来确定n时采用舍去小数取4 使解答不符合条件 误区警示 以题目中的 恰好 最大 最高 至少 等词语为突破口 借助半径r和速度v 或磁场b 之间的约束关系进行动态运动轨迹分析 确定轨迹圆和边界的关系 找出临界点 然后利用数学方法求解极值 常用结论如下 1 刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切 2 当速度v一定时 弧长 或弦长 越长 圆周角越大 则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长 3 当速率v变化时 圆周角越大 运动时间越长 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的多解问题 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 也可能带负电 在相同的初速度的条件下 正负粒子在磁场中运动轨迹不同 形成多解 如图 1 带电粒子以速率v垂直进入匀强磁场 如带正电 其轨迹为a 如带负电 其轨迹为b 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方向 此时必须要考虑磁感应强度方向不确定而形成的多解 如图 2 带正电粒子以速率v垂直进入匀强磁场 如b垂直纸面向里 其轨迹为a 如b垂直纸面向外 其轨迹为b 3 临界状态不惟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 如图 3 所示 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 运动往往具有往复性 从而形成多解 如图 4 所示 名师归纳 求解带电粒子在磁场中运动多解问题的技巧 1 分析题目特点 确定题目多解性形成原因 2 作出粒子运动轨迹示意图 全面考虑多种可能性 3 若为周期性重复的多解问题 寻找通项式 若是出现几种解的可能性 注意每种解出现的条件 答案 d 答案 a解析 带电粒子在洛伦兹力作用下做曲线运动时 洛伦兹力的方向与速度的方向垂直 且指向曲线的凹处 由此可知a选项正确 解析 电子源发射的电子在磁场中逆时针旋转 若电子可以射到mn所在直线 设电子打在mn所在直线上的q点处 所以o点左侧最远位置的临界情况为sq间的距离等于直径 o点右侧最远的临界情况为轨迹与om所在直线相切 分析选项中的四种情况 o点左侧即on区域均有电子射入 下面分选项分析o点右侧的情况