福建省福鼎市第二中學高三物理一輪復習 第八章 磁場第2講 磁場對運動電荷的作用課件課件

《福建省福鼎市第二中學高三物理一輪復習 第八章 磁場第2講 磁場對運動電荷的作用課件課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《福建省福鼎市第二中學高三物理一輪復習 第八章 磁場第2講 磁場對運動電荷的作用課件課件（39頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第第2講磁場對運動電荷的作用講磁場對運動電荷的作用1.洛倫茲力洛倫茲力：磁場對：磁場對_的作用力叫洛倫茲力的作用力叫洛倫茲力洛倫茲力、洛倫茲力的方向洛倫茲力、洛倫茲力的方向 (考綱要求考綱要求)洛倫茲力的公式洛倫茲力的公式 (考綱要求考綱要求) 洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向(1)判定方法判定方法左手定則：掌心左手定則：掌心磁感線磁感線_穿入掌心；穿入掌心；四指四指指向正電荷運動的方向或指向正電荷運動的方向或負電荷運動的負電荷運動的_；拇指拇指指向指向_的方向的方向2運動電荷運動電荷垂直垂直反方向反方向洛倫茲力洛倫茲力(2)方向特點方向特點：FB，F(xiàn)v，即，即F垂垂直于直于B和和v決定的決定的_

2、(注意：洛倫茲注意：洛倫茲力不做功力不做功)洛倫茲力的大小洛倫茲力的大小(1)vB時，洛倫茲力時，洛倫茲力F_.(0或或180)(2)vB時，洛倫茲力時，洛倫茲力F_.(90)(3)v0時，洛倫茲力時，洛倫茲力F_.3平面平面00qvB若若vB，帶電粒子不受洛倫茲力，在勻強磁場中做，帶電粒子不受洛倫茲力，在勻強磁場中做_運動運動若若vB，帶電粒子僅受洛倫茲力作用，在垂直于磁感線的平，帶電粒子僅受洛倫茲力作用，在垂直于磁感線的平面內(nèi)以入射速度面內(nèi)以入射速度v做做_運動運動帶電粒子在勻強磁場中的運動帶電粒子在勻強磁場中的運動 ( (考綱要求考綱要求) )1.2勻速直線勻速直線勻速圓周勻速圓周質譜儀

3、質譜儀(1)構造構造：如圖：如圖821所示，由所示，由粒子源、粒子源、_、_和照相底片等構成和照相底片等構成(2)原理原理：粒子由靜止被加速電：粒子由靜止被加速電場加速，根據(jù)動能定理可得關場加速，根據(jù)動能定理可得關系式系式質譜儀和回旋加速器質譜儀和回旋加速器(考綱要求考綱要求)圖圖8211.粒子在磁場中受洛倫茲力作用而偏轉，做勻速圓周運動，粒子在磁場中受洛倫茲力作用而偏轉，做勻速圓周運動，根據(jù)牛頓第二定律得關系式根據(jù)牛頓第二定律得關系式qvB .由兩式可得出需要研究的物理量，如粒子軌道半徑、粒子由兩式可得出需要研究的物理量，如粒子軌道半徑、粒子質量、比荷質量、比荷r ，m ， .加速電場加速電

4、場偏轉磁場偏轉磁場回旋加速器回旋加速器(1)構造構造：如圖：如圖822所示，所示，D1、D2是是半圓金屬盒，半圓金屬盒，D形盒的縫隙處接形盒的縫隙處接_電電源源D形盒處于勻強磁場中形盒處于勻強磁場中(2)原理原理：交流電的周期和粒子做圓周運：交流電的周期和粒子做圓周運動的周期動的周期_，粒子在圓周運動的過，粒子在圓周運動的過程中一次一次地經(jīng)過程中一次一次地經(jīng)過D形盒縫隙，兩盒形盒縫隙，兩盒間的電勢差一次一次地反向，粒子就會間的電勢差一次一次地反向，粒子就會被一次一次地加速被一次一次地加速圖圖8222子獲得的最大動能由子獲得的最大動能由_和和D形盒形盒_決定，與決定，與加速電壓加速電壓_可見?？?/p>

5、見粒交流交流磁感應強度磁感應強度半徑半徑無關無關相等相等(2011遵義高三檢測遵義高三檢測)關于電場力與洛倫茲力，以下說法正確的關于電場力與洛倫茲力，以下說法正確的是是 ()A電荷只要處在電場中，就會受到電場力，而電荷靜止在磁電荷只要處在電場中，就會受到電場力，而電荷靜止在磁 場中，也可能受到洛倫茲力場中，也可能受到洛倫茲力B電場力對在電場中的電荷一定會做功，而洛倫茲力對在磁電場力對在電場中的電荷一定會做功，而洛倫茲力對在磁 場中的電荷卻不會做功場中的電荷卻不會做功C電場力與洛倫茲力一樣，受力電場力與洛倫茲力一樣，受力方向都在電場線和磁感線上方向都在電場線和磁感線上D只有運動的電荷在磁場中才可

6、能會受到洛倫茲力的作用只有運動的電荷在磁場中才可能會受到洛倫茲力的作用解析解析靜止在磁場中的電荷不可能受到洛倫茲力，靜止在磁場中的電荷不可能受到洛倫茲力，A錯；盡管錯；盡管電場力對電荷可以做功，但如果電荷在電場中不動或沿等勢面電場力對電荷可以做功，但如果電荷在電場中不動或沿等勢面移動，電場力做功為零，移動，電場力做功為零，B錯；洛倫茲力的方向與磁感線垂直，錯；洛倫茲力的方向與磁感線垂直，與運動方向垂直，與運動方向垂直，C錯只有錯只有D是正確的是正確的答案答案D1(2011黃山高三檢測黃山高三檢測)下列各圖中，運動電荷的速度方向、下列各圖中，運動電荷的速度方向、磁感應強度方向和電荷的受力方向之間

7、的關系正確的是磁感應強度方向和電荷的受力方向之間的關系正確的是 ()2解析解析根據(jù)左手定則，根據(jù)左手定則，A中中F方向應向上，方向應向上，B中中F方向應向方向應向下，故下，故A錯、錯、B對對C、D中都是中都是vB，F(xiàn)0，故，故C、D都都錯錯答案答案B如圖如圖823所示，半徑為所示，半徑為r的圓形的圓形空間內(nèi)，存在著垂直于紙面向里的空間內(nèi)，存在著垂直于紙面向里的勻強磁場，一個帶電粒子勻強磁場，一個帶電粒子(不計重力不計重力)從從A點以速度點以速度v0垂直于磁場方向射入垂直于磁場方向射入磁場中，并從磁場中，并從B點射出，若點射出，若AOB120，則該帶電粒子在磁場中運動，則該帶電粒子在磁場中運動的

8、時間為的時間為 ()圖圖8233答案答案D1922年英國物理學家阿斯頓因質譜年英國物理學家阿斯頓因質譜儀的發(fā)明、同位素和質譜的研究榮儀的發(fā)明、同位素和質譜的研究榮獲了諾貝爾化學獎若速度相同的獲了諾貝爾化學獎若速度相同的同一束粒子由左端射入質譜儀后的同一束粒子由左端射入質譜儀后的運動軌跡如圖運動軌跡如圖824所示，則下所示，則下列相關說法中正確的是列相關說法中正確的是 () A該束帶電粒子帶負電該束帶電粒子帶負電B速度選擇器的速度選擇器的P1極板帶正電極板帶正電圖圖8244C在在B2磁場中運動半徑越大的粒子，質量越大磁場中運動半徑越大的粒子，質量越大答案答案BD(2012石家莊教學檢測石家莊教學

9、檢測)勞倫斯和勞倫斯和利文斯設計出回旋加速器，工作利文斯設計出回旋加速器，工作原理示意圖如圖原理示意圖如圖825所所示置于高真空中的示置于高真空中的D形金屬盒形金屬盒半徑為半徑為R，兩盒間的狹縫很小，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可忽略磁帶電粒子穿過的時間可忽略磁感應強度為感應強度為B的勻強磁場與盒面的勻強磁場與盒面垂直，高頻交流電頻率為垂直，高頻交流電頻率為f，加，加圖圖8255速電壓為速電壓為U0.若若A處粒子源產(chǎn)生的質子質量為處粒子源產(chǎn)生的質子質量為m、電荷量為、電荷量為q，在加速器中被加速，且加速過程中不考慮相對論效，在加速器中被加速，且加速過程中不考慮相對論效應和重力的影響則下

10、列說法正確的是應和重力的影響則下列說法正確的是 ()A質子被加速后的最大速度不可能超過質子被加速后的最大速度不可能超過2RfB質子離開回旋加速器時的最大動能與加速電壓質子離開回旋加速器時的最大動能與加速電壓U成正比成正比D.不改變磁感應強度不改變磁感應強度B和交流電頻率和交流電頻率f，該回旋加速器也，該回旋加速器也 能用于能用于粒子加速粒子加速答案答案AC洛倫茲力和安培力的關系洛倫茲力和安培力的關系洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，而安培力是導體洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，而安培力是導體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏

11、觀表現(xiàn)洛倫茲力方向的特點洛倫茲力方向的特點(1)洛倫茲力的方向總是垂直于運動電荷速度方向和磁場方向確洛倫茲力的方向總是垂直于運動電荷速度方向和磁場方向確定的平面定的平面(2)當電荷運動方向發(fā)生變化時，洛倫茲力的方向也隨之變化當電荷運動方向發(fā)生變化時，洛倫茲力的方向也隨之變化(3)用左手定則判斷負電荷在磁場中運動所受的洛倫茲力時，要用左手定則判斷負電荷在磁場中運動所受的洛倫茲力時，要注意將四指指向電荷運動的反方向注意將四指指向電荷運動的反方向考點一考點一 對洛倫茲力的理解對洛倫茲力的理解123洛倫茲力與電場力的比較洛倫茲力與電場力的比較用絕緣細線懸掛一個質量為用絕緣細線懸掛一個質量為m，帶電荷量

12、，帶電荷量為為q的小球，讓它處于圖的小球，讓它處于圖826所示的所示的磁感應強度為磁感應強度為B的勻強磁場中由于磁場的勻強磁場中由于磁場的運動，小球靜止在圖中位置，這時懸線的運動，小球靜止在圖中位置，這時懸線與豎直方向夾角為與豎直方向夾角為，并被拉緊，則磁場，并被拉緊，則磁場的運動速度和方向是的運動速度和方向是 ()【典例【典例1】圖圖826答案答案C在如圖在如圖827所示的空間中，存在電場強所示的空間中，存在電場強度為度為E的勻強電場，同時存在沿的勻強電場，同時存在沿x軸負方向、軸負方向、磁感應強度為磁感應強度為B的勻強磁場一質子的勻強磁場一質子(電荷電荷量為量為e)在該空間恰沿在該空間恰沿

13、y軸正方向以速度軸正方向以速度v勻速勻速運動據(jù)此可以判斷出運動據(jù)此可以判斷出 ()【變式變式1】圖圖827A質子所受電場力大小等于質子所受電場力大小等于eE，運動中電勢能減?。谎?，運動中電勢能減??；沿 z軸正方向電勢升高軸正方向電勢升高B質子所受電場力大小等于質子所受電場力大小等于eE，運動中電勢能增大；沿，運動中電勢能增大；沿 z軸正方向電勢降低軸正方向電勢降低C質子所受電場力大小等于質子所受電場力大小等于evB，運動中電勢能不變；，運動中電勢能不變； 沿沿z軸正方向電勢升高軸正方向電勢升高D質子所受電場力大小等于質子所受電場力大小等于evB，運動中電勢能不變；，運動中電勢能不變； 沿沿z軸

14、正方向電勢降低軸正方向電勢降低解析解析解答本題是利用左手定則判斷洛倫茲力的方向，根解答本題是利用左手定則判斷洛倫茲力的方向，根據(jù)平衡條件判斷電場力方向及電場方向，注意運用電場力據(jù)平衡條件判斷電場力方向及電場方向，注意運用電場力做功與電勢能變化的關系，沿電場線方向電勢降低勻強做功與電勢能變化的關系，沿電場線方向電勢降低勻強磁場的磁感應強度磁場的磁感應強度B的方向沿的方向沿x軸負方向，質子沿軸負方向，質子沿y軸正方軸正方向運動，由左手定則可確定洛倫茲力沿向運動，由左手定則可確定洛倫茲力沿z軸正方向；由于軸正方向；由于質子受電場力和洛倫茲力作用沿質子受電場力和洛倫茲力作用沿y軸正方向做勻速直線運軸正

15、方向做勻速直線運動，故電場力動，故電場力eE等于洛倫茲力等于洛倫茲力evB，方向沿，方向沿z軸負方向，即軸負方向，即電場方向沿電場方向沿z軸負方向，質子在運動過程中電場力不做功，軸負方向，質子在運動過程中電場力不做功，電勢能不變，沿電勢能不變，沿z軸正方向即電場反方向電勢升高，故軸正方向即電場反方向電勢升高，故C正正確，確，A、B、D錯誤錯誤答案答案C圓心的確定圓心的確定(1)已知入射點、出射點、入射方向和出射方向時，可通過已知入射點、出射點、入射方向和出射方向時，可通過入射點和出射點分別作垂直于入射方向和出射方向的直線，入射點和出射點分別作垂直于入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點就是圓

16、弧軌道的圓心兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心(如圖如圖828甲所示，甲所示，圖中圖中P為入射點，為入射點，M為出射點為出射點)考點二考點二帶電粒子在勻強磁場中的運動帶電粒子在勻強磁場中的運動1 甲乙甲乙 圖圖828(2)已知入射方向、入射點和出射點的位置時，可以通過入已知入射方向、入射點和出射點的位置時，可以通過入射點作入射方向的垂線，連接入射點和出射點，作其中垂射點作入射方向的垂線，連接入射點和出射點，作其中垂線，這兩條垂線的交點就是圓弧軌跡的圓心線，這兩條垂線的交點就是圓弧軌跡的圓心(如圖如圖828乙所示，乙所示，P為入射點，為入射點，M為出射點為出射點)半徑的確定半徑的確定可利用物理學公

17、式或幾何知識可利用物理學公式或幾何知識(勾股定理、三角函數(shù)等勾股定理、三角函數(shù)等)求求出半徑大小出半徑大小運動時間的確定運動時間的確定23如圖如圖829所示，長方形所示，長方形abcd長長ad0.6 m，寬，寬ab0.3 m，O、e分別是分別是ad、bc的的中點，以中點，以ad為直徑的半圓內(nèi)有垂直于紙為直徑的半圓內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強磁場面向里的勻強磁場(邊界上無磁場邊界上無磁場)，磁感，磁感應強度應強度B0.25 T一群不計重力、質量一群不計重力、質量m3107kg、電荷量、電荷量q2103C的帶電粒子以速度的帶電粒子以速度v5102 m/s沿垂沿垂【典例典例2】圖圖829直直ad方向且垂

18、直于磁場射入磁場區(qū)域，不考慮粒子間的相方向且垂直于磁場射入磁場區(qū)域，不考慮粒子間的相互作用互作用(1)若從若從O點射入的帶電粒子剛好沿點射入的帶電粒子剛好沿Oe直線射出，求空間所直線射出，求空間所加電場的大小和方向加電場的大小和方向(2)若只有磁場時，某帶電粒子從若只有磁場時，某帶電粒子從O點射入，求該粒子從長點射入，求該粒子從長方形方形abcd射出的位置射出的位置解析解析(1)若從若從O點射入的帶電粒子剛好沿點射入的帶電粒子剛好沿Oe直線射出，則直線射出，則粒子所受的洛倫茲力與電場力平衡，即粒子所受的洛倫茲力與電場力平衡，即qvBqE，得，得EvB125 V/m由左手定則可判斷洛倫茲力方向向

19、上，所以電場力向下，由左手定則可判斷洛倫茲力方向向上，所以電場力向下，因為粒子帶正電，所以電場方向與因為粒子帶正電，所以電場方向與bc邊平行向下邊平行向下(2)如圖所示，若只有磁場時，某帶電粒子從如圖所示，若只有磁場時，某帶電粒子從O點射入，由點射入，由左手定則可知粒子射入后向上偏轉左手定則可知粒子射入后向上偏轉答案答案(1)125 V/m；與；與bc邊平行向下邊平行向下(2)e點上方距點上方距e點點0.22 m處處 帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的程序解題法的程序解題法三步法三步法(1)畫軌跡：即畫出軌跡，并確定圓心，幾何方法求半徑畫軌跡：即畫出軌跡，并

20、確定圓心，幾何方法求半徑.(2)找聯(lián)系：軌道半徑與磁感應強度、運動速度相聯(lián)系，偏找聯(lián)系：軌道半徑與磁感應強度、運動速度相聯(lián)系，偏轉角度與圓心角、運動時間相聯(lián)系，在磁場中運動的時間轉角度與圓心角、運動時間相聯(lián)系，在磁場中運動的時間與周期相聯(lián)系與周期相聯(lián)系.(3)用規(guī)律：即牛頓第二定律和圓周運動的規(guī)律，特別是周用規(guī)律：即牛頓第二定律和圓周運動的規(guī)律，特別是周期公式、半徑公式期公式、半徑公式.如圖如圖8210所示，在某空間實驗室所示，在某空間實驗室中，有兩個靠在一起的等大的圓柱形中，有兩個靠在一起的等大的圓柱形區(qū)域，分別存在著等大反向的勻強磁區(qū)域，分別存在著等大反向的勻強磁場，磁感應強度場，磁感應強

21、度B0.10 T，磁場區(qū)域，磁場區(qū)域【變式變式2】圖圖8210左側區(qū)圓心為左側區(qū)圓心為O1，磁場向里，右側區(qū)圓心，磁場向里，右側區(qū)圓心為為O2，磁場向外兩區(qū)域切點為，磁場向外兩區(qū)域切點為C.今有質量今有質量m3.21026 kg.帶電荷量帶電荷量q1.61019 C的某種離子，從左側區(qū)邊緣的的某種離子，從左側區(qū)邊緣的A點以速度點以速度v106 m/s正對正對O1的方向垂直磁場射入，它將穿的方向垂直磁場射入，它將穿越越C點后再從右側區(qū)穿出求：點后再從右側區(qū)穿出求：(1)該離子通過兩磁場區(qū)域所用的時間該離子通過兩磁場區(qū)域所用的時間(2)離子離開右側區(qū)域的出射點偏離最初入射方向的側移距離子離開右側區(qū)

22、域的出射點偏離最初入射方向的側移距離為多大？離為多大？(側移距離指垂直初速度方向上移動的距離側移距離指垂直初速度方向上移動的距離)解析解析(1)離子在磁場中做勻速圓周運離子在磁場中做勻速圓周運動，在左右兩區(qū)域的運動軌跡是對稱動，在左右兩區(qū)域的運動軌跡是對稱的，如右圖，設軌跡半徑為的，如右圖，設軌跡半徑為R，圓周運，圓周運動的周期為動的周期為T.(2)在圖中過在圖中過O2向向AO1作垂線，聯(lián)立軌跡對稱關系側移總距作垂線，聯(lián)立軌跡對稱關系側移總距離離d2rsin 22 m.答案答案(1)4.19106 s(2)2 m10. “帶電粒子的磁偏轉帶電粒子的磁偏轉”模型模型( (有界磁場中的臨界問題有界

23、磁場中的臨界問題) )(1)模型概述模型概述 帶電粒子在有界磁場中的偏轉問題一直是高考的熱點，帶電粒子在有界磁場中的偏轉問題一直是高考的熱點，此類模型較為復雜，常見的磁場邊界有單直線邊界、雙直此類模型較為復雜，常見的磁場邊界有單直線邊界、雙直線邊界、矩形邊界和圓形邊界等因為是有界磁場，則帶線邊界、矩形邊界和圓形邊界等因為是有界磁場，則帶電粒子運動的完整圓周往往會被破壞，可能存在最大、最電粒子運動的完整圓周往往會被破壞，可能存在最大、最小面積、最長、最短時間等問題小面積、最長、最短時間等問題(2)模型分類模型分類.單直線邊界型：單直線邊界型：當粒子源在磁場中，且可以向紙面內(nèi)各個方向以相同速率當粒

24、子源在磁場中，且可以向紙面內(nèi)各個方向以相同速率發(fā)射同種帶電粒子時以圖發(fā)射同種帶電粒子時以圖8211(甲甲)中帶負電粒子的運中帶負電粒子的運動為例動為例規(guī)律要點規(guī)律要點：圖圖8211.雙直線邊界型雙直線邊界型當粒子源在一條邊界上向紙面內(nèi)各個方向以相同速率發(fā)射同當粒子源在一條邊界上向紙面內(nèi)各個方向以相同速率發(fā)射同一種粒子時，以圖一種粒子時，以圖8211(乙乙)中帶負電粒子的運動為例中帶負電粒子的運動為例規(guī)律要點規(guī)律要點：最值相切：粒子能從另一邊界射出的上、下最遠點對應的最值相切：粒子能從另一邊界射出的上、下最遠點對應的軌道分別與兩直線相切如圖軌道分別與兩直線相切如圖8211(乙乙)所示所示對稱性：

25、過粒子源對稱性：過粒子源S的垂線為的垂線為ab的中垂線的中垂線在如圖在如圖(乙乙)中，中，a、b之間有帶電粒子射出，之間有帶電粒子射出，最值相切規(guī)律可推廣到矩形區(qū)域磁場中最值相切規(guī)律可推廣到矩形區(qū)域磁場中.圓形邊界圓形邊界(1)圓形磁場區(qū)域規(guī)律要點圓形磁場區(qū)域規(guī)律要點：相交于圓心相交于圓心：帶電粒子沿指向圓心的方向進入磁場，則：帶電粒子沿指向圓心的方向進入磁場，則出磁場時速度矢量的反向延長線一定過圓心，即兩速度矢出磁場時速度矢量的反向延長線一定過圓心，即兩速度矢量相交于圓心，如圖量相交于圓心，如圖8212(甲甲)直徑最小直徑最小：帶電粒子從直徑的一個端點射入磁場，則從：帶電粒子從直徑的一個端點

26、射入磁場，則從該直徑的另一端點射出時，磁場區(qū)域面積最小如圖該直徑的另一端點射出時，磁場區(qū)域面積最小如圖8212(乙乙)所示所示(2)環(huán)狀磁場區(qū)域規(guī)律要點環(huán)狀磁場區(qū)域規(guī)律要點：徑向出入徑向出入：帶電粒子沿：帶電粒子沿(逆逆)半徑方向射入磁場，若能返回半徑方向射入磁場，若能返回同一邊界，則一定逆同一邊界，則一定逆(沿沿)半徑方向射出磁場半徑方向射出磁場最值相切最值相切：當帶電粒子的運動軌跡與圓相切時，粒子有：當帶電粒子的運動軌跡與圓相切時，粒子有最大速度最大速度vm而磁場有最小磁感應強度而磁場有最小磁感應強度B.如圖如圖8212(丙丙)圖圖8212 如如8213所示，兩個同心圓，半所示，兩個同心圓

27、，半徑分別為徑分別為r和和2r，在兩圓之間的環(huán)形區(qū)，在兩圓之間的環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場，磁域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為感應強度為B.圓心圓心O處有一放射源，放處有一放射源，放出粒子的質量為出粒子的質量為m，帶電量為，帶電量為q，假設，假設粒子速度方向都和紙面平行粒子速度方向都和紙面平行圖圖8213【典例典例】 (1)圖中箭頭表示某一粒子初速度的方向，圖中箭頭表示某一粒子初速度的方向，OA與初速度方與初速度方向夾角為向夾角為60，要想使該粒子經(jīng)過磁場第一次通過，要想使該粒子經(jīng)過磁場第一次通過A點，點，則初速度的大小是多少？則初速度的大小是多少？(2)要使粒子不穿出環(huán)形區(qū)域，則粒子的初速度不能超過多要使粒子不穿出環(huán)形區(qū)域，則粒子的初速度不能超過多少？少？