《高考物理全国通用一轮总复习配套课件第九章磁场9.2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理全国通用一轮总复习配套课件第九章磁场9.2（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2讲磁场对运动电荷的作用,一、洛伦兹力 1.定义:磁场对运动电荷的作用力。 2.方向 (1)判定方法 左手定则:掌心磁感线垂直穿入掌心; 四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向; 大拇指指向洛伦兹力的方向。 (2)方向特点:FB,Fv,即F垂直于B和v决定的平面(注意:洛伦兹力不做功)。 3.大小:F=qvBsin ,为v与B的夹角。 (1)vB时,洛伦兹力F=0(=0或180)。 (2)vB时,洛伦兹力F=qvB(=90)。 (3)v=0时,洛伦兹力F=0。,二、带电粒子在匀强磁场中的运动 1.若vB,带电粒子不受洛伦兹力,在匀强磁场中做匀速直线运动。 2.若vB,且带电粒子仅受洛伦
2、兹力作用时,则带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动。 3.半径和周期公式:,三、质谱仪和回旋加速器 1.质谱仪 (1)构造:由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。 (2)原理,2.回旋加速器 (1)构造:如图所示,D1、D2是半圆金属盒,D形盒处于匀强磁场中,其缝隙处接交流电源。 (2)原理:交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙,两盒间的电场强度方向周期性地发生变化,粒子就会被一次一次地加速。,考点二,考点一,考点三,考点四,对洛伦兹力的理解 1.洛伦兹力方向的特点 洛伦兹力的方向与电荷运动的方向和磁场方向都垂直,
3、即洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动方向和磁场方向确定的平面,但粒子速度方向与磁场方向不一定垂直。 2.洛伦兹力的作用效果 (1)洛伦兹力对带电粒子运动状态的影响 因洛伦兹力始终与带电粒子的运动方向垂直,所以洛伦兹力只改变粒子的速度方向,而不改变其速度的大小。 (2)洛伦兹力对带电粒子不做功 因洛伦兹力始终与带电粒子的运动方向垂直,所以洛伦兹力对粒子不做功。,考点二,考点一,考点三,考点四,典例1(2014新课标全国卷)(多选)如图为某磁谱仪部分构件的示意图。图中,永磁铁提供匀强磁场,硅微条径迹探测器可以探测粒子在其中运动的轨迹。宇宙射线中有大量的电子、正电子和质子。当这些粒子从上部垂直进入磁场
4、时,下列说法正确的是 () A.电子与正电子的偏转方向一定不同 B.电子与正电子在磁场中运动轨迹的半径一定相同 C.仅依据粒子运动轨迹无法判断该粒子是质子还是正电子 D.粒子的动能越大,它在磁场中运动轨迹的半径越小,考点二,考点一,考点三,考点四,【解题思路】根据左手定则可知,运动方向相同的电子和正电子受到的洛伦兹力方向相反,A项正确;由半径公式 可知,粒子做圆周运动的半径除了与比荷有关还与速度有关,B项错误;质子与正电子电性相同,则偏转方向相同,速度未知,则无法判断运动轨迹,C项正确;对同种粒子来说,动能越大,速度越大,半径越大,D项错误。 【参考答案】 AC 【名师归纳】关于洛伦兹力的三点
5、注意: (1)正确分析带电粒子所在区域的合磁场方向。 (2)在判断洛伦兹力方向时,一定要看清粒子所带电荷的正负。 (3)在利用公式F=qvB计算洛伦兹力的大小时,v是带电粒子相对于磁场的速度。,考点二,考点一,考点三,考点四,1.(2015杭州第二中学测试)(多选)如图所示,甲是一个带正电的小物块,乙是一个不带电的绝缘物块,甲、乙叠放在一起静置于粗糙的水平地板上,地板上方空间有水平方向的匀强磁场。现用水平恒力拉乙物块,使甲、乙无相对滑动地一起水平向左加速运动,在加速运动阶段 ( AD ) A.乙物块与地板之间的摩擦力不断增大 B.甲、乙两物块间的摩擦力不断增大 C.甲、乙两物块间的摩擦力大小不
6、变 D.甲、乙两物块间的摩擦力不断减小,考点二,考点一,考点三,考点四,【解析】对甲、乙组成的整体进行受力分析,如图甲,整体所受洛伦兹力F洛随着速度的增大而增大,对水平地板的压力增大,受到的滑动摩擦力Ff增大,因而整体的加速度 越来越小;对甲进行受力分析,如图乙,物体甲的加速度是由甲、乙间的摩擦力F静产生的,由牛顿第二定律F静=m甲a可知,a越小,F静越小,A、D项正确。,考点二,考点一,考点三,考点四,2.(2015保定模拟)(多选)如图所示,空间的某一区域存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场,一个带电粒子以某一初速度由A点进入这个区域沿直线运动,从C点离开区域;如果将磁场撤去,其他条件不变,
7、则粒子从B点离开场区;如果将电场撤去,其他条件不变,则粒子从D点离开场区。已知BC=CD,设粒子在上述三种情况下,从A到B、从A到C和从A到D所用的时间分别是t1、t2和t3,离开三点时的动能分别是Ek1、Ek2、Ek3,粒子重力忽略不计,以下关系正确的是 ( AC ),A.t1=t2Ek2=Ek3D.Ek1=Ek2Ek3,考点二,考点一,考点三,考点四,【解析】当电场、磁场同时存在时,粒子做匀速直线运动,此时qE=qvB;当只有电场时,粒子从B点射出,做类平抛运动,由运动的合成与分解可知,水平方向为匀速直线运动,所以t1=t2;当只有磁场时,粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,速度大小不变,
8、但路程变长,则t2t3,A项正确,B项错误;粒子从B点射出时,电场力做正功,动能变大,粒子从C、D两点射出时,合外力做功均为零,动能不变,C项正确,D项错误。,考点二,考点一,考点三,考点四,带电粒子在匀强磁场中的圆周运动 1.如何确定“圆心” (1)由两点和两线确定圆心。画出带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹,确定带电粒子运动轨迹上的两个特殊点(一般是射入和射出磁场时的两点),过这两点作带电粒子运动方向的垂线(这两垂线即为粒子在这两点所受洛伦兹力的方向),则两垂线的交点就是圆心,如图(a)所示。 (2)若只已知过其中一个点的粒子运动方向,则除了过已知运动方向的点作垂线外,还要将这两点相连作弦,再
9、作弦的中垂线,两垂线交点就是圆心,如图(b)所示。 (3)若只已知一个点及运动方向,也知另外某时刻的速度方向,但不确定该速度方向所在的点,如图(c)所示,此时要将其中一速度的延长线与另一速度的反向延长线相交成一角(PAM),画出该角的角平分线,它与已知点的速度的垂线交于一点O,该点就是圆心。,考点二,考点一,考点三,考点四,考点二,考点一,考点三,考点四,2.如何确定“半径” (1)由物理方程求解,半径 。 (2)由几何方程求解,一般由数学知识(勾股定理、三角函数等)计算来确定。,考点二,考点一,考点三,考点四,3.如何确定“圆心角与时间” (1)速度的偏向角=圆弧所对应的圆心角(回旋角)=2
10、倍的弦切角,如图(d)所示。 (2)时间的计算方法。,考点二,考点一,考点三,考点四,典例2如图所示,虚线圆所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B。一束电子沿圆形区域的直径方向以速度v射入磁场,电子束经过磁场区后,其运动方向与原入射方向成角。设电子质量为m,电荷量为e,不计电子之间相互作用力及所受的重力,求: (1)电子在磁场中运动轨迹的半径R; (2)电子在磁场中运动的时间t; (3)圆形磁场区域的半径r。,考点二,考点一,考点三,考点四,考点二,考点一,考点三,考点四,【方法规律】带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的解题方法三步法:,考点二,考点一,考点三,考点四,1.
11、(多选)如图两个初速度大小相同的同种离子a和b,从O点沿垂直磁场方向进入匀强磁场,最后打到屏P上,不计重力,下列说法正确的有 ( AD ) A.a、b均带正电 B.a在磁场中飞行的时间比b的短 C.a在磁场中飞行的路程比b的短 D.a在P上的落点与O点的距离比b的近,考点二,考点一,考点三,考点四,考点二,考点一,考点三,考点四,2.如图所示,在半径为R的圆形区域内有磁感应强度为B的匀强磁场,MN是一竖直放置的感光板。从圆形磁场最高点P垂直磁场射入大量的带正电、电荷量为q、质量为m、速度为v的粒子,不考虑粒子间的相互作用力及重力作用,关于这些粒子的运动,以下说法正确的是 ( D ) A.只要对
12、着圆心入射,出射后均可垂直打在MN上 B.对着圆心入射的粒子,其出射方向的反向延长线不一定过圆心 C.对着圆心入射的粒子,速度越大在磁场中通过的弧长越长,时间也越长 D.只要速度满足 ,沿不同方向入射的粒子出射后均可垂直打在MN上,考点二,考点一,考点三,考点四,考点一,考点三,考点二,考点四,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 (1)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。 (2)如图甲所示,带电粒子以速度v垂直磁场方向进入匀强磁场,如带正电,其轨迹为a,如带负电,其轨迹为b。,考点一,
13、考点三,考点二,考点四,2.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,如图乙所示,于是形成了多解。,3.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往往具有往复性,从而形成多解,如图丙所示。,考点一,考点三,考点二,考点四,典例3如图甲所示,间距为d、垂直于纸面的两平行板P、Q间存在匀强磁场。取垂直于纸面向里为磁场的正方向,磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。t=0时刻,一质量为m、带电量为+q的粒子(不计重力),以初速度v0由Q板左端靠近板面的位置,沿垂直于磁
14、场且平行于板面的方向射入磁场区。当B0和TB取某些特定值时,可使t=0时刻入射的粒子经t时间恰能垂直打在P板上(不考虑粒子反弹)。上述m、q、d、v0为已知量。,考点一,考点三,考点二,考点四,考点一,考点三,考点二,考点四,考点一,考点三,考点二,考点四,考点一,考点三,考点二,考点四,考点一,考点三,考点二,考点四,考点一,考点三,考点二,考点四,【名师归纳】求解带电粒子在磁场中运动的多解问题的技巧: (1)分析题目特点,确定题目多解性形成原因。 (2)作出粒子运动轨迹示意图(全面考虑多种可能性)。 (3)若为周期性重复的多解问题,寻找通项式,若是出现几种解的可能性,注意每种解出现的条件。
15、,考点一,考点三,考点二,考点四,考点一,考点三,考点二,考点四,考点一,考点三,考点二,考点四,2.(多选)如图所示,垂直于纸面向里的匀强磁场分布在正方形abcd区域内,O点是cd边的中点。一个带正电的粒子仅在洛伦兹力的作用下,从O点沿纸面以垂直于cd边的速度射入正方形内,经过时间t0后刚好从c点射出磁场。现设法使该带电粒子从O点沿纸面以与Od成30角的方向,以大小不同的速率射入正方形内,那么下列说法中正确的是 ( AC ),考点一,考点三,考点二,考点四,考点一,考点二,考点三,考点四,考点一,考点二,考点三,考点四,考点一,考点二,考点三,考点四,典例4(2016山东临沂第一中学教学质量
16、检测)对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义。 如图所示,质量为m、电荷量为q的铀235离子,从容器A下方的小孔S1不断飘入加速电场,其初速度可视为零,然后经过小孔S2垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,做半径为R的匀速圆周运动。离子行进半个圆周后离开磁场并被收集,离开磁场时离子束的等效电流为I,不考虑离子重力及离子间的相互作用。求: (1)加速电场的电压U; (2)在离子被收集的过程中任意时间t内收集到离子的质量M。,考点一,考点二,考点三,考点四,考点一,考点二,考点三,考点四,【名师点睛】求解“质谱仪”模型问题的一般思路: (1)明确各粒子的质量、电荷量是否相同。 (2)在加速电场,运用动能定理,求出粒子的速度与加速电压的关系。 (3)在磁场中,运用牛顿第二定律和向心力公式,找出粒子的速度与轨道半径的关系。 (4)根据题目要求,联立方程组,得出要求的量。,考点一,考点二,考点三,考点四,(多选)如图所示,回旋加速器D形盒的半径为R,所加磁场的磁感应强度为B
