高三物理总复习 8.2磁场对运动电荷的作用课件 鲁科版.ppt

第二节磁场对运动电荷的作用 基础知识梳理 一 洛伦兹力的大小和方向1 洛伦兹力的大小f bqvsin 为v与b的夹角 如图8 2 1所示 图8 2 1 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 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 0 bqv 0 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 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 做功 而安培力对通电导线可做 功 可做 功 也可 做功 二 带电粒子在匀强磁场中的运动在带电粒子只受洛伦兹力作用的条件下 电子 质子 粒子等微观粒子的重力通常忽略不计 中学物理只研究带电粒子在匀强磁场中的两种典型的运动 b v 不 正 负 不 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 匀速直线 匀速圆周 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 三 洛伦兹力的应用实例1 电视显像管电视显像管是应用电子束 选填 电偏转 或 磁偏转 的原理来工作的 使电子束偏转的 选填 电场 或 磁场 是由两对偏转线圈产生的 显像管工作时 由 发射电子束 利用磁场来使电子束偏转 实现电视技术中的 使整个荧光屏都在发光 无关 磁感应强度b 比荷q m 磁偏转 磁场 阴极 扫描 2 质谱仪 1 构造 如图8 2 2所示 由粒子源 和照相底片等构成 加速电场 偏转磁场 图8 2 2 3 回旋加速器 1 构造 如图8 2 3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 交流 图8 2 3 相等 磁感应强度b 半径r 课堂互动讲练 一 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 名师点睛 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 2009年高考广东理科基础卷 带电粒子垂直匀强磁场方向运动时 会受到洛伦兹力的作用 下列表述正确的是 a 洛伦兹力对带电粒子做功b 洛伦兹力不改变带电粒子的动能c 洛伦兹力的大小与速度无关d 洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向 解析 选b 根据洛伦兹力的特点 洛伦兹力对带电粒子不做功 a错 b对 根据f qvb 可知洛伦兹力大小与速度有关 洛伦兹力的效果就是改变物体的运动方向 不改变速度的大小 二 带电粒子在匀强磁场中的运动问题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 4甲所示 图中p为入射点 m为出射点 已知入射点和出射点的位置时 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8 2 4乙 p为入射点 m为出射点 图8 2 4 带电粒子在不同边界磁场中的运动a 直线边界 进出磁场具有对称性 如图8 2 5 图8 2 5 b 平行边界 存在临界条件 如图8 2 6 图8 2 6 c 圆形边界 沿径向射入必沿径向射出 如图8 2 7 图8 2 7 名师点睛 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2011年广东广州一模 速率相同的电子垂直磁场方向进入四个不同的磁场 其轨迹如图8 2 8所示 则磁场最强的是 图8 2 8 三 带电粒子在匀强磁场中运动的多解问题要充分考虑带电粒子的电性 磁场方向 轨迹及临界条件的多种可能性 画出其运动轨迹 分阶段 分层次地求解 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 9 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 9 2 磁场方向不确定形成多解 图8 2 10 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8 2 10 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 临界状态不唯一形成多解 图8 2 11 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 11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8 2 12所示 图8 2 12 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 长为l的水平极板间 有垂直纸面向内的匀强磁场 如图8 2 13所示 磁感应强度为b 板间距离也为l 板不带电 现有质量为m 电荷量为q的带正电粒子 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 可采用的办法是 a 使粒子的速度v5bql mc 使粒子的速度v bql md 使粒子的速度bql 4m v 5bql 4m 图8 2 13 经典题型探究 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 14 思路点拨 解决此类问题的关键是两点 1 根据圆周运动的特点画出运动轨迹并确定圆心 利用几何关系求解 2 在磁场中的运动时间长短与轨迹圆弧所对应的圆心角有关 图8 2 15 3 在磁场中飞行时间最长的粒子的运动轨迹应与磁场右边界相切 其轨迹如图8 2 16所示 图8 2 16 规律总结 结合射入和射出情景画出粒子在磁场中的运动轨迹是解决此类问题的关键 对于临界问题 要注意关键词 如恰好 的含义 图8 2 19 思路点拨 解决此题需思考以下问题 1 粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的旋转方向是逆时针方向 还是顺时针方向 2 沿哪个方向射入的 粒子能到达平面感光板的左侧最远点 哪个方向射入的 粒子能到达平面感光板的右侧最远点 如图8 2 20所示 因朝不同方向发射的 粒子的圆轨迹都过s 由此可知 某一圆轨迹在圆中n左侧与ab相切 则此切点p1就是 粒子能打中的左侧最远点 为定出p1点的位置 可作平行于ab的直线cd cd到ab的距离为r 以s为圆心 r为半径 作弧交cd于q点 过q作ab的垂线 它与ab的交点即为p1 图8 2 20 答案 20cm 规律总结 1 对粒子在有界的磁场中运动 要根据题意分析运动中的临界情况 并作出相应的临界轨迹 确定圆心和半径 进而解决问题 2 分析极值问题时应注意以下结论 再借助数学方法分析 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 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 当速度v变化时 圆心角越大的 运动时间越长 如图8 2 22所示 一半径为r的绝缘圆筒中有沿轴线方向的匀强磁场 磁感应强度为b 一质量为m 带正电荷且电荷量为q的粒子 不计重力 以速度为v从筒壁的a孔沿半径方向进入筒内 设粒子和筒壁碰撞无电荷量和能量的损失 那么要使粒子与筒壁连续碰撞 绕筒壁一周后恰好又从a孔射出 问 图8 2 22 1 磁感应强度b的大小必须满足什么条件 2 粒子在筒中运动的时间为多少 思路点拨 1 判明多解的原因是解决多解问题的基础 2 碰撞次数的不确定性是解决问题的关键 解析