高考物理复习 第8章第二节磁场对运动电荷的作用课件 沪科版.ppt

第二节磁场对运动电荷的作用 课堂互动讲练 经典题型探究 知能优化演练 第二节磁场对运动电荷的作用 基础知识梳理 基础知识梳理 一 洛伦兹力的大小和方向1 大小 f 为v与b的夹角 1 0 或180 时 f 2 90 时 f 3 静止的电荷不受洛伦兹力作用 qvbsin 0 qvb 手心 正电荷运动 正电荷所受洛伦兹力 2 方向特点 f垂直于 决定的平面 即f始终与速度方向垂直 故洛伦兹力 思考感悟电荷在磁场中一定受洛伦兹力吗 提示 不一定受洛伦兹力 静止的电荷在磁场中一定不受洛伦兹力 而运动电荷只有当电荷运动方向与磁场方向不平行时 才受洛伦兹力 b和v 永不做功 二 带电粒子在磁场中的运动1 若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向平行 带电粒子以入射速度v做 运动 2 若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向垂直 带电粒子在垂直于磁感线的平面内 以入射速度v做 运动 匀速直线 匀速圆周 2 t f和 的特点t f和 的大小与轨道半径r和运行速率v 只与磁场的 和粒子的 有关 无关 磁感应强度b 课堂互动讲练 一 洛伦兹力的理解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 2 洛伦兹力和安培力的关系 1 洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的作用力 而安培力是整个通电导体在磁场中受到的作用力 安培力是导体中所有形成电流的定向移动电荷受到的洛伦兹力的宏观表现 2 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 3 洛伦兹力与电场力的比较 名师点睛 1 电荷在电场中一定受电场力 而在磁场中不一定受洛伦兹力 2 洛伦兹力的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 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 带电荷 q的粒子在匀强磁场中运动 下面说法中正确的是 a 只要速度大小相同 所受洛伦兹力就相同b 只要把 q改为 q且速度方向改变 大小不变 则洛伦兹力的大小 方向均不变c 洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直 磁场方向不一定与电荷运动方向垂直d 粒子只受到洛伦兹力作用 运动的动能 动量均不变 解析 选c 洛伦兹力的大小不仅与带电粒子速度大小有关 而且与粒子速度方向和磁场方向的夹角有关 洛伦兹力的方向永远与粒子速度方向垂直 在速度方向不同 电荷带电性质改变的情况下 洛伦兹力的大小不变 但方向不确定 洛伦兹力不做功 粒子动能不变 但洛伦兹力可改变粒子的运动方向 使动量的方向不断改变 电荷进入磁场时的速度方向可以与磁场方向成任意夹角 二 带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的分析1 圆心的确定通常有两种方法 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迹的圆心 如图8 2 1所示 图中p为入射点 m为出射点 图8 2 1图8 2 2 2 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 作其中垂线 这两条垂线的交点就是圆弧轨迹的圆心 如图8 2 2所示 p为入射点 m为出射点 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特点 1 粒子速度的偏向角 等于圆心角 并等于弦ab与切线的夹角 弦切角 的2倍 如图8 2 3 即 2 t 图8 2 3 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 圆心角与运动时间相联系 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 如图8 2 4所示 一个理想边界为pq mn的匀强磁场区域 磁场宽度为d 方向垂直纸面向里 一电子从o点沿纸面垂直pq以速度v0进入磁场 若电子在磁场中运动的轨道半径为2d o 在mn上 且oo 与mn垂直 下列判断正确的是 图8 2 4 解析 选d 电子在磁场中运动的轨迹如图 三 带电粒子在不同边界磁场中的运动1 直线边界 进出磁场具有对称性 如图8 2 5所示 图8 2 5 2 平行边界 存在临界条件 如图8 2 6所示 图8 2 6 3 圆形边界 沿径向射入必沿径向射出 如图8 2 7所示 图8 2 7 名师点睛 1 解决带电粒子在有界磁场中的运动问题时 要特别注意对称规律的应用 2 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 2010年高考重庆卷 如图8 2 8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 图8 2 8 由以上信息可知 从图中a b c处进入的粒子对应表中的编号分别为 a 3 5 4b 4 2 5c 5 3 2d 2 4 5 经典题型探究 如图8 2 9所示 两个板间存在垂直纸面向里的匀强磁场 一带正电的质子从o点以速率v0垂直射入 已知两板之间距离为d 板长为d o点是np板的正中间 为使粒子能从两板之间射出 试求磁感应强度b应满足的条件 已知质子带电荷量为q 质量为m 图8 2 9 思路点拨 根据带电粒子在磁场中的运动 确定粒子刚好从两板之间射出的临界点 由几何关系求出半径 即可确定b应满足的条件 解析 如图8 2 10所示 由于质子在o点的速度垂直于板np 所以粒子在磁场中做圆周运动的圆心o 一定位于np所在的直线上 如果直径小于on 则轨迹将是圆心位于on之间的一段半圆弧 图8 2 10 规律总结 本题中形成多解的原因是临界状态不唯一 而影响多解的因素还可能有 带电粒子的电性不确定 磁场方向不确定等 互动探究例1中 若粒子从nm的中点离开磁场 则磁感应强度为多大 粒子在磁场中运动的时间为多少 图8 2 10 速度方向均在xoy平面内 与y轴正方向的夹角分布在0 90 范围内 已知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于a 2到a之间 从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一 求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的 1 速度的大小 2 速度方向与y轴正方向夹角的正弦 思路点拨 由粒子全部离开磁场 即最后离开磁场的粒子经历时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动的周期的四分之一 做出粒子在磁场中的轨迹 由几何关系即可求解 图8 2 11 反思领悟 临界和极值问题 常借助于半径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 如图8 2 12甲所示 m n为竖直放置彼此平行的两块平板 板间距离为d 两板中央各有一个小孔o o 正对 在两板间有垂直于纸面方向的磁场 磁感应强度随时间的变化如图乙所示 有一群正离子在t 0时垂直于m板从小孔o射入磁场 已知正离子质量为m 带电荷量为q 正离子在磁场中做匀速圆周运动的周期与磁感应强度变化的周期都为t0 不考虑由于磁场变化而产生的电场的影响 不计离子所受重力 求 图8 2 12 1 磁感应强度b0的大小 2 要使正离子从o 孔垂直于n板射出磁场 正离子射入磁场时的速度v0的可能值 思路点拨 先分析正离子在交变磁场中的运动性质 明确物理过程 然后判断出要使正离子