《人教版高中物理选修（1-1）2.4《磁场对运动电荷的作用》ppt同步课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教版高中物理选修（1-1）2.4《磁场对运动电荷的作用》ppt同步课件（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四节 磁场对运动电荷的作用 磁 场 回旋加速器 回旋加速器是利用磁场使带电粒子做回旋运动 在运动 中经高频电场反复加速的装置 如下图所示 1930年劳伦斯 提出其工作原理 1932年首次研制成功 它的主要结构是在 磁极间的真空室内有两个半圆形的金属扁盒 D形盒 隔开相对 放置 D形盒上加交变电压 其间隙处产生交变电场 置于 中心的粒子源产生带电粒子射出来 受到电场加速 在D形盒内不受电 场力 仅受磁极间磁场的洛伦兹力 在垂直磁场平面内做圆周运动 绕 行半圈的时间为 m qB 其中q是粒 子电荷量 m是粒子的质量 B是磁场的磁感应强度 如果D 形盒上所加的交变电压的频率恰好等于粒子在磁场中做圆
2、周 运动的频率 则粒子绕行半圈后正赶上D形盒上极性变号 粒子仍处于加速状态 由于上述粒子绕行半圈的时间与粒子 的速度无关 因此粒子每绕行半圈受到一次加速 绕行半径 增大 经过很多次加速 粒子沿螺线形轨道从D形盒边缘引 出 能量可达几十兆电子伏特 MeV 回旋加速器所加速的 粒子的能量受制于随粒子速度增大的相对论效应 粒子的质 量增大 粒子绕行周期变长 从而逐渐偏离了交变电场的加 速状态 一 洛伦兹力 磁场对 的作用力称为洛伦兹力 二 洛伦兹力的方向 洛伦兹力方向的判定和安培力方向判定类似 也是用 伸开左手 使拇指和其余四指 且在同一 个平面内 让磁感线穿过手心 指向正电荷运动方 向 若为负电荷
3、 应指向 所指方向即为 洛伦兹力的方向 一 运动电荷 二 左手定则 垂直 四指 运动反方向 拇指 三 电子束的磁偏转及显像管的工作原理 1 带电粒子 磁场方向射入 粒子沿圆轨道 运动 2 影响洛伦兹力大小的因素有 和 3 显像管利用了 原理 三 1 垂直 2 磁感应强度B 运动电荷的速度v 3 电子束的磁偏转 磁场和电场对电荷的作用的区别 1 电荷在电场中一定要受到电场力的作用 而电荷在 磁场中不一定受磁场力作用 只有相对于磁场运动 且运动 方向与磁场方向不平行的电荷 才受磁场力作用 相对磁场 静止的电荷 或虽运动但运动方向与磁场方向平行的电荷不 受磁场力作用 2 电荷所受电场力的方向总是沿着
4、电场线的切线 与电 场方向相同或相反 而运动电荷所受洛伦兹力的方向总是既 垂直于磁场方向 又垂直于电荷运动方向 3 在匀强电场中 电荷受到的电场力是一个恒力 而在匀强磁场中 运动电荷的速度大小或方向发生改变 洛伦兹力也要发生变化 4 电荷在电场中运动时 通常情况下电场力要对运 动电荷做功 电荷在磁场中运动时 由于洛伦兹力方向与 电荷运动方向始终垂直 故洛伦兹力对电荷不做功 关于电场力与洛伦兹力 以下说法正确的是 A 电荷只要处在电场中 就会受到电场力 而电荷静止 在磁场中 可能受到洛伦兹力 B 电场力对在电场中的电荷一定会做功 而洛伦兹力对 在磁场中的电荷却不会做功 C 电场力与洛伦兹力一样
5、受力方向都在电场线和磁感 线上 D 只有运动的电荷在磁场中才会受到洛伦兹力的作用 解析 磁场对静止电荷没有洛伦兹力的作用 A错 当电 荷沿着等势面运动时 电场力对电荷不做功 B错 由左手定 则知 洛伦兹力的方向并不在磁感线上 C错 答案 D 变式迁移 1 有关洛伦兹力和安培力的描述 正确的是 A 通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用 B 安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现 C 带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力做正 功 D 通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方 向平行 解析 通电直导线与磁场方向平行时 安培力等于 零 故选项A错 安培力一定垂直磁场和电流所决定的平 面
6、即安培力方向一定垂直磁场方向 选项D错 洛伦兹 力也一定垂直磁场与速度方向决定的平面 即洛伦兹力 一定与运动方向垂直 洛伦兹力一定不做功 选项C错 二者的关系为 安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的 宏观表现 选项B正确 答案 B 洛伦兹力的方向 应用左手定则判定 与安培力方向判定相同 1 不论正 负电荷 f洛方向都与F安方向相同 f洛垂直于 B和v所确定的平面 应用左手定则时应注意 四指表示正电 荷实际运动方向 对于负电荷来说 与正电荷受力方向相反 2 由于f洛时刻与v垂直 所以洛伦兹力对电荷永不做功 即f洛不能改变粒子运动速度的大小 只能改变电荷运动方 向 如下图所示 在阴极射线管正下方平行
7、放置一 根通有足够强直流电流的长直导线 且导线中电流方向水 平向右 则阴极射线将会 A 向上偏转 B 向下偏转 C 向纸内偏转 D 向纸外偏转 解析 在阴极射线管所处位置处 通电直导线产生的 磁场方向垂直纸面向外 由左手定则可以判断阴极射线中 的电子受到的洛伦兹力方向向上 答案 A 变式迁移 2 如图所示 带正电的粒子q 不计重力 水平向 左进入匀强磁场 磁场方向垂直纸面向外 该粒子将 A 向下偏转 B 向上偏转 C 垂直纸面向里偏转 D 垂直纸面向外偏转 解析 根据左手定则 带正电的粒子q所受的洛伦兹力方 向向上 因此该粒子将向上偏转 B选项正确 答案 B 基础巩固 1 带电荷量为 q的粒子
8、在匀强磁场中运动 下面说法 正确的是 A 只要速度的大小相同 所受洛伦兹力大小就相同 B 如果把 q改为 q 且速度反向而大小不变 则洛伦 兹力的大小 方向都不变 C 洛伦兹力方向一定与电荷运动的速度方向垂直 磁 场方向也一定与电荷的运动方向垂直 D 粒子只受洛伦兹力作用时的动能不变 解析 带电粒子平行于磁场线运动时 不受洛伦兹力的 作用 垂直于磁场线运动时 所受洛伦兹力最大 所以 只 有速度大小相同 带电粒子所受洛伦兹力大小不一定相同 故A选项错误 用左手定则判定洛伦兹力方向时 负电荷运动的方向跟 正电荷运动的方向相反 故把 q换成 q 且速度反向大小 不变时 洛伦兹力的方向不变 速度方向与
9、B的方向夹角也不 变 故洛伦兹力的大小 方向均不发生变化 B选项正确 洛伦兹力的方向一定跟电荷速度方向垂直 但电荷进入 磁场的速度方向可以是任意的 因而磁场方向与电荷的运动方 向的夹角也可以是任意的 故C选项错误 洛伦兹力对运动电荷不做功 不改变运动电荷的动能 但洛伦兹力改变速度的方向 即改变动量的方向 动量是矢量 方向改变就是动量改变 故带电粒子只受洛伦兹力作用时动 能不变 D选项对 答案 BD 能力提升 9 如右图所示 宇宙射线中存在高能 带电粒子 假如大气层被破坏 这些粒子 就会到达地球 从而给地球上的生命带来 危害 根据地磁场的分布特点 判断下列 说法中正确的是 A 地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在南北两 极最强 赤道附近最弱 B 地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附 近最强 两极最弱 C 地磁场对宇宙射线的阻挡作用在地球周围各处相同 D 地磁场对宇宙射线无阻挡作用 解析 当带电粒子的运动方向与磁感线的方向在一 条直线上时 磁场对它没有作用力 当带电粒子的运动方 向与磁感线的方向垂直时 磁场对它的作用力最大 根据 地磁场的方向和宇宙射线的入射方向不难判定 选项B正 确 答案 B
