高考物理总复习 第2讲 磁场对运动电荷的作用课件 新人教版选修31.ppt

运动电荷 掌心 正电荷运动 正电荷所受洛伦兹力 2 方向特点 f b f v 即f垂直于决定的平面 注意 b和v不一定垂直 3 洛伦兹力的大小f 为v与b的夹角 如图所示 1 v b时 0 或180 洛伦兹力f 2 v b时 90 洛伦兹力f 3 v 0时 洛伦兹力f qvbsin qvb 0 0 b和v 思考1洛伦兹力与安培力有怎样的联系 提示 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 思考2如右图所示 一光滑玻璃管放一带电小球 当玻璃管以某一速度v向右匀速运动时 管内小球在洛伦兹力作用下可以加速上升 洛伦兹力做功 为什么教材中说洛伦兹力永不做功 提示 带电小球由于有水平向右的速度v 因此受到向上的洛伦兹力作用 当f洛 mg时有向上的加速度 洛伦兹力做正功 此时竖直方向的速度同时也对应一个洛伦兹力 方向水平向左 做负功 洛伦兹力的合力与合速度垂直 不做功 此题是一个分力做功 而教材中指的是洛伦兹力的合力不做功 匀速直线 匀速圆周 m 2r 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 2 洛伦兹力与电场力的比较 a s1 s2b t1 t2c v1和v2大小相等d v1和v2方向相同 尝试解答 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 b对 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 答案 abc 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 在如图所示的空间中 存在电场强度为e的匀强电场 同时存在沿x轴负方向 磁感应强度为b的匀强磁场 一质子 电荷量为e 在该空间恰沿y轴正方向以速度v匀速运动 据此可以判断出 a 质子所受电场力大小等于ee 运动中电势能减小 沿z轴正方向电势升高b 质子所受电场力大小等于ee 运动中电势能增大 沿z轴正方向电势降低c 质子所受电场力大小等于evb 运动中电势能不变 沿z轴正方向电势升高d 质子所受电场力大小等于evb 运动中电势能不变 沿z轴正方向电势降低 解析 解答本题是利用左手定则判断洛伦兹力的方向 根据平衡条件判断电场力方向及电场方向 注意运用电场力做功与电势能变化的关系 沿电场线方向电势降低 匀强磁场的磁感应强度b的方向沿x轴负方向 质子沿y轴正方向运动 由左手定则可确定洛伦兹力沿z轴正方向 由于质子受电场力和洛伦兹力作用沿y轴正方向做匀速直线运动 故电场力ee等于洛伦兹力evb 方向沿z轴负方向 即电场方向沿z轴负方向 质子在运动过程中电场力不做功 电势能不变 沿z轴正方向即电场反方向电势升高 故c正确 a b d错误 答案 c 在研究带电粒子在匀强电场中的匀速圆周运动时 要着重掌握 一找圆心 二找半径 三找周期或时间 的规律 1 圆心的确定 因为洛伦兹力f指向圆心 根据f v 画出粒子运动轨迹中任意两点 一般是射入和射出磁场两点 的f的方向 沿两个洛伦兹力f画其延长线 两延长线的交点即为圆心 或利用圆心位置必定在圆中一根弦的中垂线上 作出圆心位置 2 半径的确定和计算 利用平面几何关系 求出该圆的可能半径 或圆心角 并注意以下两个重要的几何关系 1 粒子速度的偏向角 等于回旋角 并等于ab弦与切线的夹角 弦切角 的2倍 即 2 t 如右图所示 2 相对的弦切角 相等 与相邻的弦切角 互补 即 180 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 2011 浙江卷 利用如右图所示装置可以选择一定速度范围内的带电粒子 图中板mn上方是磁感应强度大小为b 方向垂直纸面向里的匀强磁场 板上有两条宽度分别为2d和d的缝 两缝近端相距为l 一群质量为m 电荷量为q 具有不同速度的粒子从宽度为2d的缝垂直于板mn进入磁场 对于能够从宽度为d的缝射出的粒子 下列说法正确的是 答案 bc 思路启迪 1 一般按 画轨迹 找圆心 求半径 确定未知量 进行分析和求解 2 带电粒子沿半径方向入射 一定沿半径方向射出 3 由几何关系可知 偏向角和轨迹所对圆心角都为 据有关资料介绍 受控热核聚变反应装置中有极高的温度 因而带电粒子将没有通常意义上的容器可装 而是由磁场约束带电粒子运动将其束缚在某个区域内 现按下面的简化条件来讨论这个问题 1 若中空区域中的带电粒子沿环的半径方向射入磁场 求带电粒子不能穿越磁场外边界的最大速度v0 2 若中空区域中的带电粒子以 1 中的最大速度v0沿圆环半径方向射入磁场 求带电粒子从进入磁场开始到第一次回到该点所需要的时间t 对应学生用书p170 物理建模 带电粒子在 磁拼场 中的运动模型所谓 磁拼场 指由两个或两个以上的有界磁场拼合而成的复合场 粒子在该 拼合场 中往往受大小 方向各不相同的洛伦兹力的作用 作方向 程度不同的 磁偏转 从而做圆周运动 或螺旋线运动 而且 场区切换 常常导致粒子轨迹形状 弯曲方向等改变 已知该粒子从射入到射出磁场所用的时间为t 求 区和 区中磁感应强度b1和b2的大小 忽略粒子重力 解题样板 粒子在 区运动轨迹的圆心在a2处 由几何知识和题意可知 设圆形区域半径为r轨道半径r1 2分 解决此类问题的思路 按时间的先后画出粒子在不同磁场中的运动轨迹 粒子在不同的磁场中的速度大小相同 半径一般不同 绕行方向一般不同 粒子运动轨迹的衔接点与两个轨迹的圆心共线 如右图所示 以ab为边界的两匀强磁场的磁感应强度为b1 2b2 b 现有一质量为m 带电荷量 q的粒子从o点以初速度v沿垂直于ab方向发射 在图中作出粒子的运动轨迹 并求出粒子发射后第7次穿过直线ab时所经历的时间 路程及离开点o的距离 粒子重力不计 现用水平恒力f拉b物块 使a b一起无相对滑动地向左加速运动 则在加速运动阶段 a a对b的压力不变b a对b的压力变大c a b物块间的摩擦力变大d a b物块间的摩擦力不变 易错分析 由于a向左加速 由左手定则判断洛伦兹力向下且变大 故b对 由摩擦力公式ff fn 得a b间ff变大 c对 对a b之间摩擦力分析错 虽然向下的f洛变大了 但a b一起加速 无相对运动 不可用公式求解 正确解答 对a b整体分析当f洛变大时 整体摩擦力变大了 加速度会减小 再对a分析 水平方向a只受a b间静摩擦力 加速度减小 此摩擦力应减小 答案为b 用绝缘细线悬挂一个质量为m 带电荷量为 q的小球 让它处于右图所示的磁感应强度为b的匀强磁场中 由于磁场的运动 小球静止在图中位置 这时悬线与竖直方向夹角为 并被拉紧 则磁场的运动速度和方向是 答案 c 对应学生用书p171 1 如图所示是电子射线管示意图 接通电源后 电子射线由阴极沿x轴正方向射出 在荧光屏上会看到一条亮线 要使荧光屏上的亮线向下 z轴负方向 偏转 在下列措施中可采用的是 a 加一磁场 磁场方向沿z轴负方向b 加一磁场 磁场方向沿y轴正方向c 加一电场 电场方向沿z轴负方向d 加一电场 电场方向沿y轴正方向 答案 b 2 关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动 下列说法正确的是 a 带电粒子沿电场线方向射入 电场力对带电粒子做正功 粒子动能一定增加b 带电粒子垂直于电场线方向射入 电场力对带电粒子不做功 粒子动能不变c 带电粒子沿磁感线方向射入 洛伦兹力对带电粒子做正功 粒子动能一定增加 d 不管带电粒子怎样射入磁场 洛伦兹力对带电粒子都不做功 粒子动能不变 答案 d 3 如图所示 矩形mnpq区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场 有5个带电粒子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁场 在纸面内做匀速圆周运动 运动轨迹为相应的圆弧 这些粒子的质量 电荷量以及速度大小如下表所示 由以上信息可知 1 从图中a b c处进入的粒子对照表中的编号分别为 a 3 5 4b 4 2 5c 5 3 2d 2 4 5 2 从图中a b c处进入的粒子在磁场中的运动时间之比为 a 1 1 2b 2 3 1c 1 2 3d 3 2 1 答案 1 d 2 a 4