《高考物理总复习 第八章 第二讲 磁场对运动电荷的作用课件 新人教版选修31》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理总复习 第八章 第二讲 磁场对运动电荷的作用课件 新人教版选修31（67页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、(对应学生用书P151)一、洛伦兹力、洛伦兹力的方向()、洛伦兹力公式()1大小：FBqvsin，为v与B的夹角(1)0或180时，F0.(2)90时，FBqv.(3)静止的电荷不受洛伦兹力作用(2)方向特点：F垂直于B和v决定的平面，即F始终与速度方向垂直，故洛伦兹力永不做功问题探究1如右图所示，一光滑玻璃管放一带电小球，当玻璃管以某一速度v向右匀速运动时，管内小球在洛伦兹力作用下可以加速上升，洛伦兹力做功为什么教材中说洛伦兹力永不做功？提示带电小球由于有水平向右的速度v，因此受到向上的洛伦兹力作用当F洛mg时有向上的加速度，洛伦兹力做正功，此时竖直方向的速度同时也对应一个洛伦兹力，方向水平
2、向左，做负功. 洛伦兹力的合力与合速度垂直，不做功此题是一个分力做功，而教材中指的是洛伦兹力的合力不做功应用左手定则判定负电荷受洛伦兹力方向时，可用两种方法：其一，按照正电荷进行判定，负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反；其二，四指指向负电荷运动的反方向，拇指的指向即为负电荷受力方向二、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，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做匀速圆周运动三、质谱仪和回旋加速器()1质谱仪(1)构造：如右图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成2回旋加速器(1)构造：如右图所示，
3、D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源D形盒处于匀强磁场中(对应学生用书P151)要点一对洛伦兹力的理解 1.洛伦兹力的特点 (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)当电荷运动速度的大小和方向发生变化时，洛伦兹力的大小和方向也随之改变(3)洛伦兹力不做功，只改变带电粒子的运动方向 2.洛伦兹力和安培力的关系 (1)洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的作用力，而安培力是整个通电导体在磁场中受到的作用力，安培力是导体中所有形成电流的定向移动电荷受到的洛伦兹力的宏观表现 (2)由安培力公式F安ILB推导洛伦
4、兹力表达式磁场与导线方向垂直时，如右图所示设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的电荷数为n，每个电荷的电荷量为q，定向移动的平均速率为v，垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中当导线中的自由电子定向移动速度和磁场方向不垂直时F洛qvBsin.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A错；安培力一定垂直于磁场和电流所决定的平面，即安培力方向一定垂
5、直于磁场方向，D错；洛伦兹力也一定垂直于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，C错；安培力与洛伦兹力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，B项正确答案B要点二洛伦兹力与电场力的比较对应力对应力内容内容项目项目洛伦兹力洛伦兹力F电场力电场力F大小大小FqvB(vB)FqE与速度的关系与速度的关系v0或或vB，F0与速度的有无、方向均无关与速度的有无、方向均无关力方向与场力方向与场方向的关系方向的关系一定是一定是FB，Fv，与电荷，与电荷电性无关电性无关正电荷受力与电场方向相同，正电荷受力与电场方向相同，负电荷受力与电场方向相反负电荷受力与电场方
6、向相反做功情况做功情况任何情况下都不做功任何情况下都不做功可能做正功、负功，也可能可能做正功、负功，也可能不做功不做功力力F为零时为零时场的情况场的情况F为零，为零，B不一定为零不一定为零F为零，为零，E一定为零一定为零作用效果作用效果只改变电荷运动的速度方只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小向，不改变速度大小既可以改变电荷运动的速度既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动大小，也可以改变电荷运动的方向的方向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
7、的速度方向解析FqvB，洛伦兹力的特点是永远与运动方向垂直，永不做功，因此选B.答案B(2011海淀区模拟)质量为m，电荷量为q的带电粒子，以不同的初速度两次从O点垂直于磁感线和磁场边界向上射入匀强磁场，在洛伦兹力作用下分别从M、N两点射出磁场，测得OMON34，则下列说法中不正确的是()A两次带电粒子在磁场中经历的时间之比为34B两次带电粒子在磁场中运动的路程长度之比为34C两次带电粒子在磁场中所受洛伦兹力大小之比为34D两次带电粒子在磁场中所受洛伦兹力大小之比为43答案AD(对应学生用书P152)题型一带电粒子做匀速圆周运动的分析方法在研究带电粒子在匀强电场中的匀速圆周运动时，要着重掌握“
8、一找圆心，二找半径，三找周期或时间”的规律(1)圆心的确定：因为洛伦兹力F指向圆心，根据Fv，画出粒子运动轨迹中任意两点(一般是射入和射出磁场两点)的F的方向，沿两个洛伦兹力F画其延长线，两延长线的交点即为圆心. 或利用圆心位置必定在圆中一根弦的中垂线上，作出圆心位置(2)半径的确定和计算：利用平面几何关系，求出该圆的可能半径(或圆心角)，并注意以下两个重要的几何关系：粒子速度的偏向角()等于回旋角()，并等于AB弦与切线的夹角(弦切角)的2倍，即2t，如右图所示相对的弦切角()相等，与相邻的弦切角()互补，即：180例1 在以坐标原点O为圆心、半径为r的圆形区域内，存在磁感应强度大小为B、方
9、向垂直于纸面向里的匀强磁场，如图所示一个不计重力的带电粒子从磁场边界与x轴的交点A处以速度v沿x方向射入磁场，它恰好从磁场边界与y轴的交点C处沿y方向飞出(2)若磁场的方向和所在空间范围不变，而磁感应强度的大小变为B，该粒子仍从A处以相同的速度射入磁场，但飞出磁场时的速度方向相对于入射方向改变了60角，求磁感应强度B为多大？此次粒子在磁场中运动所用时间t是多少？思路诱导如何确定带电粒子的圆心和运动轨迹？磁场圆的半径与轨迹圆的半径有怎样的定量关系？分析带电粒子在磁场中做圆周运动的问题，重点是“确定圆心，确定半径，确定周期或时间”尤其是圆周运动半径的确定，从物理规律上应满足Rmv/Bq，从运动轨迹
10、上应根据几何关系求解如右图所示，一个理想边界为PQ、MN的匀强磁场区域，磁场宽度为d，方向垂直纸面向里一电子从O点沿纸面垂直PQ以速度v0进入磁场若电子在磁场中运动的轨道半径为2d.O在MN上，且OO与MN垂直下列判断正确的是()解析电子在磁场中运动的轨迹如下图答案D题型二洛伦兹力作用下的多解问题带电粒子在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，由于多种因素的影响，使问题形成多解(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，可能是带正电粒子，也可能是带负电粒子，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)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
11、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 (3)临界状态不唯一形成多解带电粒子在洛伦兹力作用下穿过有界磁场时，由于粒子运动轨迹是圆弧状，因此，它可能直接穿过去，也可能转过180，从入射界面这边反向飞出，如图所示，于是形成了多解(4)运动具有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，往往运动具有周期性，因而形成多解例2 (15分)(2011九江联考)一质量为m、电荷量为q的带负电的粒子，从A点射入宽度为d、磁感应强度为B的匀强磁场中，MN、PQ为该磁场的边界线，磁感线垂直于纸面向里，如下图所示带电粒子射入时的初速度与PQ成45角，且粒子恰好没有从
12、MN射出(不计粒子所受重力)(1)求该带电粒子的初速度v0；(2)求该带电粒子从PQ边界射出的出射点到A点的距离x.思路诱导解答此题应注意以下几点：(1)注意入射方向的不确定引起多解性；(2)根据题意画出带电粒子的运动轨迹，建立半径和磁场宽度的几何关系；(3)建立洛伦兹力和圆周运动的关系解题样板(1)若初速度向右上方，设轨道半径为R1，如上图甲所示题型三带电粒子在匀强磁场中的临界问题 (1)有界磁场分布区域的临界问题该类问题主要解决外界提供什么样以及多大的磁场，使运动电荷在有限的空间内完成规定偏转程度的要求，一般求解磁场分布区域的最小面积，它在实际中的应用就是磁约束容易混淆点是：有界磁场的圆形
13、区域与粒子运动径迹的圆弧解决的方法就是加强有界磁场圆形区域与带电粒子运动径迹所在圆的圆心以及半径的对比在涉及多个物理过程问题中，依据发生的实际物理场景，寻求不同过程中相衔接和联系的物理量，采用递推分析或者依据发生的阶段，采用顺承的方式针对不同阶段进行分析，依据不同的运动规律进行解决 (2)求解运动电荷初始运动条件的边界临界问题该类问题多指运动电荷以不同的运动条件进入限定的有界磁场区域，在有限的空间内发生磁偏转，有可能是一个相对完整的匀速圆周运动，也有可能是圆周运动的一部分，对于后者往往要求在指定的区域射出，但由于初速度大小以及方向的差别，致使运动电荷在不同的位置射出，因此也就存在着不同情况的边
14、界最值问题因外界磁场空间范围大小的限定，使运动的初始条件有了相应的限制，表现为在指定的范围内运动确定运动轨迹的圆心，求解对应轨迹圆的几何半径，通过圆心角进而表述临界最值，这应当是解决该类问题的关键(3)找临界点的方法以题目中的“恰好”“最大”“最高”“至少”等词语为突破口，借助半径R和速度v(或磁场B)之间的约束关系进行动态运动轨迹分析，确定轨迹圆和边界的关系，找出临界点，然后利用数学方法求解极值，常用结论如下：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磁场边界相切当速率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率v变化时，圆周角大的，对应的运
15、动时间也越长例3 (10分)如右图所示，ABCD是边长为a的正方形质量为m、电荷量为e的电子以大小为v0的初速度沿纸面垂直于BC边射入正方形区域在正方形内适当区域中有匀强磁场电子从BC边上的任意点入射，都只能从A点射出磁场. 不计重力，求：(1)此匀强磁场区域中磁感应强度的方向和大小；(2)此匀强磁场区域的最小面积思路诱导根据带电粒子的电性和入射、出射方向，结合左手定则能否判定匀强磁场区域中磁感应强度的方向和大小？由C点入射的粒子的运动轨迹，能否确定出粒子运动的上边界？取边BC中点，画出轨迹，以D为原点、DC为x轴、DA为y轴建立坐标系，能否写出P点的坐标，你会有什么发现？答案(1)Bev0B
16、a(2)asinDa直线圆周确定带电粒子在有界磁场中运动的最小面积时，可将粒子运动的边界点的运动轨迹用标准的尺规作图，然后借助数学方法找出边界的特点，最终由几何方法求出面积 (2011厦门模拟)如图所示，M、N为两块带等量异种电荷的平行金属板，两板间电压可取从零到某一最大值之间的各种数值静止的带电粒子带电荷量为q，质量为m(不计重力)，从点P经电场加速后，从小孔Q进入N板右侧的匀强磁场区域，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外，CD为磁场边界上的一绝缘板，它与N板的夹角为45，孔Q到板的下端C的距离为L，当M、N两板间电压取最大值时，粒子恰垂直打在CD板上，求：(1)两板间电压的最大值Um.
17、(2)CD板上可能被粒子打中的区域的长度x.(3)粒子在磁场中运动的最长时间tm.(对应学生用书P154)易错点1：不清楚回旋加速器的原理如图甲所示是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是()A在Ekt图中应有t4t3t3t20、y0的空间中有恒定的匀强磁场，磁感应强度的方向垂直于xOy平面向里，大小为B.现有一质量为m、电量为q的带电粒子，在x轴上到原点的距离为x0的P点，以平行于y轴的初速度射入此磁场，在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场，不计重力的影响由这些条件可知()A能确定粒子通过y轴时的位置B能确定粒子速度的大小C能确定粒子在磁场中运动所经历的时间D以上三个判断都不对答案ABC4(2011大港模拟)长为L的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，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，求速度的取值范围
