2016高考物理总复习-第9章-第2课时-磁场对运动电荷的作用ppt课件.ppt

第第2课时磁场对运动电荷的作用课时磁场对运动电荷的作用【导导学学目目标标】1.会会计计算算带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中运运动动时时受受的的洛洛伦伦兹兹力力，并并能能判判断断其其方方向向.2.掌掌握握带带电电粒粒子子在在匀匀强强磁磁场场中中的的匀匀速速圆周运动，确定其圆心、半径、运动轨迹、运动时间等问题圆周运动，确定其圆心、半径、运动轨迹、运动时间等问题一、洛伦兹力的大小和方向一、洛伦兹力的大小和方向基础导引基础导引在在图图1所所示示的的各各图图中中，匀匀强强磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度均均为为B，带带电电粒粒子子的的速速率率均均为为v，带带电电荷荷量量均均为为q.试试求求出出图图中中带带电电粒粒子子所所受受洛洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向知识梳理知识梳理1洛伦兹力的定义：磁场对洛伦兹力的定义：磁场对_的作用力的作用力2洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小f_，为为v与与B的夹角如图的夹角如图2所示所示(1)当当vB时，时，0或或180，洛伦兹力，洛伦兹力f_.(2)当当vB时，时，90，洛伦兹力，洛伦兹力f_.(3)静止电荷不受洛伦兹力作用静止电荷不受洛伦兹力作用图图2qvBsin 0qvB运动电荷运动电荷手心手心正电荷运动正电荷运动即为运动的正电荷所受洛伦兹力即为运动的正电荷所受洛伦兹力B与与v不做功不做功1怎样用左手定则判断负电荷所受洛伦兹力的方向？怎样用左手定则判断负电荷所受洛伦兹力的方向？【答答案案】(1)按按正正电电荷荷判判断断，负负电电荷荷受受力力方方向向与与正正电电荷荷受受力的方向相反力的方向相反(2)四四指指指指向向负负电电荷荷运运动动的的反反方方向向，拇拇指指指指向向即即为为负负电电荷荷受力方向受力方向2洛伦兹力与安培力有怎样的联系？洛伦兹力与安培力有怎样的联系？【答答案案】安安培培力力是是洛洛伦伦兹兹力力的的宏宏观观表表现现，洛洛伦伦兹兹力力是是安安培培力力的的微微观观实实质质，但但各各自自的的表表现现形形式式不不同同，洛洛伦伦兹兹力力对对运运动动电电荷荷永永远远不不做做功功，而而安安培培力力对对通通电电导导线线可可做做正正功功，可可做做负负功功，也也可可不做功不做功二、带电粒子在匀强磁场中的运动二、带电粒子在匀强磁场中的运动基础导引基础导引试画出图试画出图3中几种情况下带电粒子的运动轨迹中几种情况下带电粒子的运动轨迹图图3【答案】【答案】匀速直线匀速直线匀速圆周匀速圆周三、带电粒子在匀强磁场中运动的应用三、带电粒子在匀强磁场中运动的应用1质谱仪质谱仪(1)构构造造：如如图图4所所示示，由由粒粒子子源源、_、_和照相底片等构成和照相底片等构成图图4加速电场加速电场偏转磁场偏转磁场交流交流相等相等磁感应强度磁感应强度B半径半径r无关无关【考点解读】【考点解读】1洛伦兹力方向的特点洛伦兹力方向的特点(1)洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向与与电电荷荷运运动动的的方方向向和和磁磁场场方方向向都都垂垂直直，即即洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向总总是是垂垂直直于于运运动动电电荷荷的的速速度度方方向向和和磁磁场场方方向向确定的平面确定的平面(2)当当电电荷荷运运动动方方向向发发生生变变化化时时，洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向也也随随之之变化变化考点一洛伦兹力与电场力的比较考点一洛伦兹力与电场力的比较2洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力与电场力的比较项目项目内容内容洛伦兹力洛伦兹力电场力电场力性质性质磁场对在其中运动电磁场对在其中运动电荷的作用力荷的作用力电场对放入其中电荷电场对放入其中电荷的作用力的作用力产生条件产生条件v0且且v不与不与B平行平行电场中的电荷一定受电场中的电荷一定受到电场力作用到电场力作用大小大小fqvB(vB)FqE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，与电荷电性无关与电荷电性无关正电荷受力与电场方正电荷受力与电场方向相同，负电荷受力向相同，负电荷受力与电场方向相反与电场方向相反特特别别提提醒醒洛洛伦伦兹兹力力对对电电荷荷不不做做功功；安安培培力力对对通通电电导导线线可可做做正正功功，可可做做负负功功，也也可可不不做做功功；电电场场力力对对电电荷荷可可做做正正功功，可可做负功，也可不做功做负功，也可不做功项目项目内容内容洛伦兹力洛伦兹力电场力电场力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，也可可能做正功、负功，也可能不做功能不做功力为零时力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只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小方向，不改变速度大小既可以改变电荷运动的速既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷度大小，也可以改变电荷运动的方向运动的方向【典例剖析】【典例剖析】例例1在在如如图图6所所示示宽宽度度范范围围内内，用用场场强强为为E的的匀匀强强电电场场可可使使初初速速度度是是v0的的某某种种正正粒粒子子偏偏转转角角在在同同样样宽宽度度范范围围内内，若若改改用用方方向向垂垂直直于于纸纸面面向向外外的的匀匀强强磁磁场场，使使该该粒粒子子穿穿过过该该区区域域，并使偏转角也为并使偏转角也为(不计粒子的重力不计粒子的重力)，问：，问：(1)匀强磁场的磁感应强度是多大？匀强磁场的磁感应强度是多大？(2)粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大？粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大？图图6方方法法提提炼炼电电荷荷在在匀匀强强电电场场和和匀匀强强磁磁场场中中的的运运动动规规律律不不同同运运动动电电荷荷穿穿过过有有界界电电场场的的时时间间与与其其入入射射速速度度的的方方向向和和大大小小有有关关，而而穿穿出出有有界界磁磁场场的的时时间间则则与与电电荷荷在在磁磁场场中中的的运运动动周周期期有有关关在在解解题题过过程程中中灵灵活活运运用用运运动动的的合合成成与与分分解解和和几几何何关关系系是是解解题题关键关键跟跟踪踪训训练练1一一个个带带正正电电的的小小球球沿沿光光滑滑绝绝缘缘的的桌桌面面向向右右运运动动，速速度度方方向向垂垂直直于于一一个个垂垂直直纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场，如如图图7所所示示，小小球球飞飞离离桌桌面面后后落落到到地地板板上上，设设飞飞行行时时间间为为t1，水水平平射射程程为为s1，着着地地速速度度为为v1，撤撤去去磁磁场场，其其余余的的条条件件不不变变，小小球球飞飞行行时时间间为为t2，水水平平射射程程为为s2，着着地地速速度度为为v2.则则下下列列论论述述正正确确的的是是()As1s2Bt1t2Cv1和和v2大小相等大小相等Dv1和和v2方向相同方向相同【答案】【答案】AC【解解析析】当当桌桌面面右右边边存存在在磁磁场场时时，在在小小球球下下落落过过程程中中由由左左手手定定则则知知，带带电电小小球球受受到到斜斜向向右右上上方方的的洛洛伦伦兹兹力力作作用用，此此力力在在水水平平方方向向上上的的分分量量向向右右，竖竖直直方方向向上上分分量量向向上上，因因此此小小球球水水平平方方向向存存在在加加速速度度，竖竖直直方方向向上上加加速速度度at2，s1s2，A对对，B错错；又又因因为为洛洛伦伦兹兹力力不不做做功功，C对对；两两次次小小球球着着地地时时方方向不同，向不同，D错错【考点解读】【考点解读】1带带电电粒粒子子在在匀匀强强磁磁场场中中的的运运动动是是各各省省市市每每年年高高考考必必考考内内容容之之一一一一般般以以计计算算题题的的形形式式出出现现，可可以以与与其其他他知知识识相相综综合合，难难度度中中等等以以上上，分分值值较较高高，以以考考查查考考生生的的形形象象思思维维和和逻逻辑辑推推理理能力为主能力为主2分分析析方方法法：找找圆圆心心、求求半半径径、确确定定转转过过的的圆圆心心角角的的大大小小是是解解决决这这类类问问题题的的前前提提，确确定定轨轨道道半半径径和和给给定定的的几几何何量量之之间间的的关关系系是是解解题题的的基基础础，有有时时需需要要建建立立运运动动时时间间t和和转转过过的的圆圆心心角角之间的关系作为辅助之间的关系作为辅助考点二带电粒子在匀强磁场中的运动考点二带电粒子在匀强磁场中的运动(1)圆心的确定圆心的确定基基本本思思路路：与与速速度度方方向向垂垂直直的的直直线线和和图图中中弦弦的的中中垂垂线线一一定过圆心定过圆心两种情形两种情形a已已知知入入射射方方向向和和出出射射方方向向时时，可可通通过过入入射射点点和和出出射射点点分分别别作作垂垂直直于于入入射射方方向向和和出出射射方方向向的的直直线线，两两条条直直线线的的交交点点就就是是圆圆弧弧轨轨道道的的圆圆心心(如如图图8所所示示，图图中中P为为入入射射点点，M为为出出射射点点)【典例剖析】【典例剖析】1带电粒子在直线边界磁场中的运动问题带电粒子在直线边界磁场中的运动问题例例2如如图图13所所示示，在在一一底底边边长长为为2a，30的的等等腰腰三三角角形形区区域域内内(D在在底底边边中中点点)，有有垂垂直直纸纸面面向向外外的的匀匀强强磁磁场场现现有有一一质质量量为为m，电电荷荷量量为为q的的带带正正电电的的粒粒子子从从静静止止开开始始经经过过电电势势差差为为U的的电电场场加加速速后后，从从D点点垂垂直直于于EF进进入入磁磁场场，不不计计重重力力与与空空气阻力的影响气阻力的影响(1)若若粒粒子子恰恰好好垂垂直直于于EC边边射射出出磁磁场场，求求磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度B为多少？为多少？(2)改改变变磁磁感感应应强强度度的的大大小小，粒粒子子进进入入磁磁场场偏偏转转后后能能打打到到ED板板，求求粒粒子子从从进进入入磁磁场场到到第第一一次次打打到到ED板板的的最最长长时时间间是是多多少？少？2带电粒子在圆形边界磁场内的运动问题带电粒子在圆形边界磁场内的运动问题例例3如如图图15所所示示，虚虚线线圆圆所所围围区区域域内内有有方方向向垂垂直直纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场，磁磁感感应应强强度度为为B.一一束束电电子子沿沿圆圆形形区区域域的的直直径径方方向向以以速速度度v射射入入磁磁场场，电电子子束束经经过过磁磁场场区区后后，其其运运动动方方向向与与原原入入射射方方向向成成角角设设电电子子质质量量为为m，电电荷荷量量为为e，不不计计电电子子之之间间相互作用力及所受的重力，求：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电子在磁场中运动的时间t；(3)圆形磁场区域的半径圆形磁场区域的半径r.方方法法提提炼炼带带电电粒粒子子在在匀匀强强磁磁场场中中做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的程程序序解题法解题法三步法三步法1画轨迹：确定圆心，用几何方法求半径并画出轨迹画轨迹：确定圆心，用几何方法求半径并画出轨迹2找找联联系系：轨轨道道半半径径与与磁磁感感应应强强度度、运运动动速速度度相相联联系系，偏偏转转角角度度与与圆圆心心角角、运运动动时时间间相相联联系系，在在磁磁场场中中运运动动的的时时间间与与周期相联系周期相联系3用用规规律律：牛牛顿顿第第二二定定律律和和圆圆周周运运动动的的规规律律，特特别别是是周周期公式、半径公式期公式、半径公式【答案】【答案】B例例4如如图图17所所示示，在在一一个个圆圆形形区区域域内内，两两个个方方向向相相反反且且都都垂垂直直于于纸纸面面的的匀匀强强磁磁场场分分布布在在以以直直径径A2A4为为边边界界的的两两个个半半圆圆形形区区域域、中中，A2A4与与A1A3的的夹夹角角为为60.一一质质量量为为m、带带电电荷荷量量为为q的的粒粒子子以以某某一一速速度度从从区区的的边边缘缘点点A1处处沿沿与与A1A3成成30角角的的方方向向射射入入磁磁场场，随随后后该该粒粒子子以以垂垂直直于于A2A4的的方方向向经经过过圆圆心心O进进入入区区，最最后后再再从从A4处处射射出出磁磁场场已已知知该该粒粒子子从从射射入入到到射射出出磁磁场场所所用用的的时时间间为为t，求求区区和和区区中中磁磁感感应强度的大小应强度的大小(忽略粒子重力忽略粒子重力)9.9.带电粒子在多个磁场中运动的分析带电粒子在多个磁场中运动的分析方方法法提提炼炼粒粒子子在在多多个个磁磁场场中中连连续续运运动动时时，会会画画出出不不同同的的轨轨迹迹，从从复复杂杂的的轨轨迹迹中中找找出出规规律律，寻寻找找解解决决问问题题的的突突破破口口，解解这这类类问问题题时时，关关键键在在于于能能画画出出轨轨迹迹，想想清清楚楚粒粒子子的的运运动动过过程程，借助圆周运动的特点解决问题借助圆周运动的特点解决问题