【优化方案】高三物理一轮复习 第8章第二节《磁场对运动电荷的作用》课件.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 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 特别提示 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 运动方向 运动的反方向 b v 垂直于 二 带电粒子在磁场中的运动1 若v b 带电粒子以入射速度v做 运动 2 若v b 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 三 洛伦兹力的应用实例1 回旋加速器 1 构造 如图8 2 1所示 d1 d2是半圆金属盒 d形盒的缝隙处接 电源 d形盒处于匀强磁场中 图8 2 1 交流 相等 磁感应强度b 无关 2 质谱仪 1 构造 如图8 2 2所示 由粒子源 加速电场 偏转磁场和照相底片等组成 图8 2 2 qbv 课堂互动讲练 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 即时突破 小试牛刀 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的运动分析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8 2 3甲所示 p为入射点 m为出射点 图8 2 3 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道的圆心 如图乙所示 p为入射点 m为出射点 2 半径的确定用几何知识 勾股定理 三角函数等 求出半径大小 4 带电粒子在匀强磁场中运动的解题法 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8 2 4所示 图8 2 4 2 平行边界 存在临界条件 如图8 2 5所示 图8 2 5 3 圆形边界 沿径向射入必沿径向射出 如图8 2 6所示 图8 2 6 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 如图8 2 7所示 在第 象限内有垂直于纸面向里的匀强磁场 一对正 负电子分别以相同速率与x轴成30 角的方向从原点射入磁场 则正 负电子在磁场中运动的时间之比为 图8 2 7 三 带电粒子在磁场中运动的多解问题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8 2 8 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 图8 2 8 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的大小 而未具体指出磁感应强度的方向 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8 2 9 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 图8 2 9 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 如图8 2 10所示 于是形成了多解 图8 2 10 4 运动的周期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8 2 11所示 图8 2 11 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 长为l的水平极板间 有垂直纸面向里的匀强磁场 如图8 2 12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 图8 2 12 2010年高考重庆卷 如图8 2 13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 经典题型探究 图8 2 13 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 半径最小的粒子的编号为1 半径处于中间的粒子的编号为2和5 又据题图可知有3种粒子的电性相同 包括a b 另两种粒子的电性也相同 包括c 但与前3种的电性相反 综合以上情况可知 只有选项d正确 答案 d 变式训练 2009年高考安徽理综卷 如图8 2 14是科学史上一张著名的实验照片 显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹 云室放置在匀强磁场中 磁场方向垂直照片向里 云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用 分析此径迹可知粒子 a 带正电 由下往上运动b 带正电 由上往下运动c 带负电 由上往下运动d 带负电 由下往上运动 图8 2 14 解析 选a 由题图可以看出 上方的轨迹半径小 说明粒子的速度小 所以粒子是从下方往上方运动 再根据左手定则 可以判定粒子带正电 故选a 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 图8 2 15 图8 2 16 图8 2 17 方法技巧 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 满分样板12分 2011年苏州模拟 如图8 2 18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 设垂直纸面向 里的磁场方向为正方向 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