2012高考物理人教版第8章第3講磁場對運(yùn)動電荷的作用①知識研習(xí).ppt

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1．洛倫茲力(1)大?。篎＝(θ為B與v之間的夾角)．當(dāng)θ＝0時，F(xiàn)＝0；當(dāng)θ＝90時，F(xiàn)＝.(2)方向：由判定(注意正、負(fù)電荷的不同)．F一定垂直于與所決定的平面，但B與v不一定相互垂直．,qvBsinθ,qvB,左手定則,B,v,2．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(1)若v∥B，帶電粒子所受的洛倫茲力F＝0，因此帶電粒子以速度v做運(yùn)動．(2)若v⊥B，帶電粒子在垂直于磁感線的方向以入射速度v做運(yùn)動．,勻速直線,圓周,,,,,,,,,,,,,,,3．電視顯像管的工作原理電視顯像管(如圖所示)是應(yīng)用電子束的原理來工作的，使電子束偏轉(zhuǎn)的磁場是由兩對產(chǎn)生的．顯像管工作時，由陰極發(fā)射電子束，靠磁場來使電子束偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電視技術(shù)中的掃描，使整個熒光屏都發(fā)光．,偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)線圈,4．質(zhì)譜儀(1)質(zhì)譜儀的原理示意圖及結(jié)構(gòu)圖如圖所示．,Uq,,Bqv,(2)加速條件：交變電壓的周期和粒子做圓周運(yùn)動的周期．,相等,(即時鞏固解析為教師用書獨(dú)有)考點(diǎn)一洛倫茲力1．洛倫茲力和安培力的關(guān)系(1)洛倫茲力是單個運(yùn)動電荷在磁場中受到的作用力，而安培力是整個通電導(dǎo)體在磁場中受到的作用力，安培力是導(dǎo)體中所有形成電流的定向移動的電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)．,(2)由安培力的公式F＝BILsinθ，推導(dǎo)洛倫茲力的表達(dá)式．①磁場與導(dǎo)線垂直時：如圖所示，設(shè)有一段長度為L的通電導(dǎo)線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q，定向移動的平均速度為v.現(xiàn)將其垂直于磁場方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，有：,導(dǎo)線中的電流為I＝nqvS，導(dǎo)線所受安培力為F安＝ILB＝nqvSLB，這段導(dǎo)線中含有的運(yùn)動電荷數(shù)為nLS，②當(dāng)導(dǎo)線中自由電子定向移動的速度和磁場方向不垂直時：F洛＝qvBsinθ(θ為v與B的夾角)．,2．洛倫茲力和電場力的比較,【技巧提示】在用左手定則判定洛倫茲力的方向時，許多同學(xué)不辨電荷的正負(fù)就急于用左手定則去判定，沒有理解電流方向跟正、負(fù)電荷定向移動方向之間的關(guān)系．,【案例1】(2009安徽理綜)右圖是科學(xué)史上一張著名的實驗照片，顯示一個帶電粒子在云室中穿過某種金屬板運(yùn)動的徑跡．云室放置在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直照片向里．云室中橫放的金屬板對粒子的運(yùn)動起阻礙作用．分析此徑跡可知粒子()A．帶正電，由下往上運(yùn)動B．帶正電，由上往下運(yùn)動C．帶負(fù)電，由上往下運(yùn)動D．帶負(fù)電，由下往上運(yùn)動,【答案】A,【即時鞏固1】(2009廣東理科基礎(chǔ))帶電粒子垂直勻強(qiáng)磁場方向運(yùn)動時，會受到洛倫茲力的作用．下列表述正確的是()A．洛倫茲力對帶電粒子做功B．洛倫茲力不改變帶電粒子的動能C．洛倫茲力的大小與速度無關(guān)D．洛倫茲力不改變帶電粒子的速度方向,【解析】根據(jù)洛倫茲力的特點(diǎn)，洛倫茲力對帶電粒子不做功，A錯，B對．根據(jù)F＝qvB，可知大小與速度有關(guān)．洛倫茲力的效果就是改變物體的運(yùn)動方向，不改變速度的大小．【答案】B,考點(diǎn)二帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(有界)中做勻速圓周運(yùn)動的分析方法帶電粒子在有界磁場中的運(yùn)動問題綜合性較強(qiáng)，解這類問題既要用到洛倫茲力、圓周運(yùn)動的知識，又要用到數(shù)學(xué)知識．許多同學(xué)對解答這類問題頗感困惑，現(xiàn)將此類問題的分析思路歸納如下．1．圓心的確定帶電粒子進(jìn)入一個有界勻強(qiáng)磁場后，其運(yùn)動軌跡是一段圓?。绾未_定圓心是解決問題的前提，也是解題的關(guān)鍵．從理論上判斷，圓心一定在與速度方向垂直的直線上．在實際問題中，通常采用以下兩種方法：,(1)圓的切線垂直于過切點(diǎn)的直徑已知入射方向和出射方向時，可過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)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(diǎn)就是圓弧軌道的圓心．如圖甲所示，圖中P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn)．甲乙,(2)弦的中垂線過圓心已知入射點(diǎn)和出射點(diǎn)時，可以過入射點(diǎn)作入射方向的垂線，連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，作其中垂線，這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心．如圖乙所示，P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn)．,2．半徑的確定和計算利用平面幾何知識，求出該圓的可能半徑(或圓心角)，并需注意以下兩個重要的幾何特點(diǎn)：(1)粒子速度的偏向角φ等于回旋角α，并等于弦AB與切線的夾角(弦切角)θ的2倍(如圖所示)，即φ＝α＝2θ＝ωt.(2)相對的弦切角θ相等，與相鄰的弦相角(θ′)互補(bǔ)，即θ＋θ′＝180.,【案例2】(2010江蘇高考)如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中附加另一勻強(qiáng)磁場，附加磁場位于圖中陰影區(qū)域，附加磁場區(qū)域的對稱軸OO′與SS′垂直．a(chǎn)、b、c三個質(zhì)子先后從S點(diǎn)沿垂直于磁場的方向射入磁場，它們的速度大小相等，b的速度方向與SS′垂直，a、c的速度方向與b的速度方向間的夾角分別為α、β，且α>β.三個質(zhì)子經(jīng)過附加磁場區(qū)域后能到達(dá)同一點(diǎn)S′，則下列說法中正確的有(),A．三個質(zhì)子從S運(yùn)動到S′的時間相等B．三個質(zhì)子在附加磁場以外區(qū)域運(yùn)動時，運(yùn)動軌跡的圓心均在OO′軸上C．若撤去附加磁場，a到達(dá)SS′連線上的位置距S點(diǎn)最近D．附加磁場方向與原磁場方向相同,【解析】帶電粒子在磁場中的回旋時間與回旋角成正比．由圖知φc>φb>φa，可知tc>tb>ta，A選項錯誤．三個質(zhì)子在勻強(qiáng)磁場中軌道半徑相等，即S到圓心的距離相等，所以三個圓心不可能都出現(xiàn)在OO′軸上，B項錯誤．若撤去附加磁場后，b質(zhì)子經(jīng)半圓打在SS′連線最遠(yuǎn)，a質(zhì)子初速度方向與SS′線夾角最小，落點(diǎn)最近，故C項正確．圓心都在弧線一側(cè)，所以附加磁場與原磁場方向相同，D項正確．【答案】C、D,【即時鞏固2】質(zhì)譜儀可測定同位素的組成．現(xiàn)有一束一價的鉀39和鉀41離子經(jīng)電場加速后，沿著與磁場和邊界均垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場中，如圖所示．測試時規(guī)定加速電壓大小為U0，但在實驗過程中加速電壓有較小的波動，可能偏大或偏小ΔU.為使鉀39和鉀41打在照相底片上的區(qū)域不重疊，ΔU不得超過多少？(不計離子的重力),由此式可知，在B、q、U相同時，m小的半徑小，所以鉀39半徑小，鉀41半徑大；在B、q、m相同時，U大的半徑大．,考點(diǎn)三洛倫茲力作用下帶電粒子圓周運(yùn)動的多解性問題帶電粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動，由于多種因素的影響，問題形成多解．形成多解的原因一般可分為下述幾個方面．1．帶電粒子的帶電性不確定形成多解受洛倫茲力作用的帶電粒子，可能帶正電荷，也可能帶負(fù)電荷，在初速度相同的條件下，正、負(fù)粒子在磁場中的運(yùn)動軌跡不同，導(dǎo)致形成多解．,2．磁場方向不確定形成多解有些題目只告訴了磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，而未具體指出磁感應(yīng)強(qiáng)度方向，此時必須要考慮由于磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不確定而形成的多解．3．臨界狀態(tài)不唯一形成多解帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場時，由于粒子運(yùn)動軌跡是圓弧狀，它可能穿過去了，也可能轉(zhuǎn)過180從入射界面反向飛出，如圖所示，于是形成了多解．,4．由于運(yùn)動的往復(fù)性形成多解帶電粒子在部分是電場、部分是磁場的空間運(yùn)動時，運(yùn)動往往具有往復(fù)性，從而形成多解．,(1)若兩狹縫平行且盤靜止[如圖(c)]，某一粒子進(jìn)入磁場后，豎直向下打在感光板中心點(diǎn)M上，求該粒子在磁場中運(yùn)動的時間t；(2)若兩狹縫夾角為θ0，盤勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方向如圖(b)．要使穿過N1、N2的粒子均打到感光板P1P2連線上，試分析盤轉(zhuǎn)動角速度ω的取值范圍(設(shè)通過N1的所有粒子在盤旋轉(zhuǎn)一圈的時間內(nèi)都能到達(dá)N2)．,【即時鞏固3】M、N兩極板距為d，板長均為5d，兩板均未帶電，板間有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場，如圖所示．令一大群電子沿平行于板的方向從各處以速度v射入板間，為了使電子都不從板間穿出，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的范圍．,