安徽省高三物理一轮 8.2运动电荷在磁场中受到的力课件.ppt

运动电荷在磁场中受到的力 一 洛伦兹力的大小和方向1 洛伦兹力的大小 1 v b时 洛伦兹力f 0 或180 2 v b时 洛伦兹力f 90 3 v 0时 洛伦兹力f 2 洛伦兹力的方向 1 判定方法 应用左手定则 注意四指应指向电流的方向即正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向 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 b和v 二 带电粒子在匀强磁场中的运动1 若v b 带电粒子不受洛伦兹力 在匀强磁场中做 运动 2 若v b 带电粒子仅受洛伦兹力作用 在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做 运动 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 一 洛伦兹力与安培力相比较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 二 洛伦兹力与电场力相比较 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 三 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题1 圆心的确定 1 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 2 两种情形 已知入射方向和出射方向时 可通过入射点和射出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 如图甲所示 图中p为入射点 m为出射点 甲乙 4 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 如下图 2 平行边界 存在临界条件 如下图 3 圆形边界 沿径向射入必沿径向射出 如下图 因为电荷进入磁场时的速度方向可以与磁场方向成任意夹角 所以c选项错 因为洛伦兹力总与速度方向垂直 因此洛伦兹力不做功 粒子动能不变 但洛伦兹力可改变粒子的运动方向 使粒子速度的方向不断改变 所以d项错 答案 b 带电粒子的比荷 带电粒子在磁场中运动的周期 带电粒子的初速度 带电粒子在磁场中运动的半径a b c d 答案 a 答案 b 答案 b 答案 c 带电粒子在直线边界磁场中的运动问题 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 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 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 1 1 如右图所示 直角三角形abc中存在一匀强磁场 比荷相同的两个粒子沿ab方向射入磁场 分别从ac边上的p q两点射出 则 a 从p射出的粒子速度大b 从q射出的粒子速度小c 从p射出的粒子 在磁场中运动的时间长d 两粒子在磁场中运动的时间一样长 答案 d 带电粒子在圆形边界磁场内运动问题 答案 d 2 1 受控热核聚变要把高度纯净的氘 氚混合材料加热到1亿度以上 即达到所谓热核温度 在这样的超高温度下 氘 氚混合气体已完全电离 成为氘 氚原子核和自由电子混合而成的等离子体 从常温下处于分子状态的氘 氚材料开始 一直到上述热核温度的整个加热过程中 必须把这个尺寸有限的等离子体约束起来 使组成等离子体的原子核在发生足够多的聚变反应之前不至于失散 可一般的容器无法使用 因为任何材料的容器壁都不可能承受这样的高温 而磁约束是目前的重点研究方案 利用磁场可以约束带电粒子这一特性 构造一个特殊的磁容器建成聚变反应堆 1 如下图所示 将一阴极射线管置于一通电螺线管的正上方 且在同一水平面内 则阴极射线将 a 向外偏转b 向里偏转c 向上偏转d 向下偏转 解析 由安培定则可知通电螺线管在阴极射线处磁场方向竖直向下 阴极射线带负电 结合左手定则可知其所受洛伦兹力垂直于纸面向外 难度易 答案 a a 带电粒子在磁场中飞行的时间不可能相同b 从m点射入的带电粒子可能先飞出磁场c 从n点射入的带电粒子可能先飞出磁场d 从n点射入的带电粒子可能比m点射入的带电粒子先飞出磁场 解析 画轨迹草图如右图所示 容易得出粒子在圆形磁场中的轨迹长度 或轨迹对应的圆心角 不会大于在正方形磁场中的 故b正确 答案 b a 三个质子从s运动到s 的时间相等b 三个质子在附加磁场以外区域运动时