2019届高三物理(人教版)第一轮复习第九章第2节.ppt
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1、1定义:定义:_电荷在磁场中所受的力电荷在磁场中所受的力2大小大小(1)vB时,时,F_.(2)vB时,时,F_.(3)v与与B夹角为夹角为时,时,F_.运动运动0qvBqvBsin3方向方向 左手定则左手定则四指应指向四指应指向正电荷运动方向正电荷运动方向或或负电荷运动的负电荷运动的反方向反方向一、洛伦兹力一、洛伦兹力二、对洛伦兹力的理解二、对洛伦兹力的理解1洛伦兹力和安培力的关系洛伦兹力和安培力的关系 洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力,而安培力是导体中所有定向移动的自的力,而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现由电荷受到的洛伦
2、兹力的宏观表现2洛伦兹力方向的特点洛伦兹力方向的特点(1)洛伦兹力的方向与电荷运动的方向和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垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面的平面推导洛伦兹力公式:推导洛伦兹力公式: 垂直匀强磁场放置的长为垂直匀强磁场放置的长为L、横截面积为、横截面积为s的一段导体的一段导体,通有电流为通有电流为I,磁感应强度为磁感应强度为B,导体内自由电荷电量为导体内自由电荷电量为q,定向移动速率为定向移动速率为v(2)当电荷运动方向发生变化时,洛伦兹力当电荷运动方向发生变化时
3、,洛伦兹力的方向也随之变化的方向也随之变化(3)用左手定则判定负电荷在磁场中运动所用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时,要注意将四指指向电荷受的洛伦兹力时,要注意将四指指向电荷运动的反方向运动的反方向思考:带电粒子在磁场受到的力(洛伦兹思考:带电粒子在磁场受到的力(洛伦兹力)和在电场中受到的力(电场力)有什力)和在电场中受到的力(电场力)有什么不同?么不同?对应对应内容内容 力力项目项目洛伦兹力洛伦兹力电场力电场力产生条件产生条件大小大小力方向与力方向与场方向的场方向的关系关系v0且且v不不与与B平行平行电场中的电荷电场中的电荷一定受到电场一定受到电场力的作用力的作用FqvB(vB
4、)FqE3洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力与电场力的比较一定是一定是F FB B,(无论正电荷(无论正电荷还是负电荷)还是负电荷)F与与E一定共线,一定共线,正电荷与正电荷与F同向,同向,负电荷与负电荷与F反向。反向。对应力对应力内容内容项目项目洛伦兹力洛伦兹力电场力电场力做功情况做功情况力力F F为零时为零时场的情况场的情况作用效果作用效果任何情况下都任何情况下都不做功不做功可能做正功、负可能做正功、负功,也可能不做功,也可能不做功功F为零,为零,B不不一定为零一定为零F为零,为零,E一定一定为零为零只改变电荷运只改变电荷运动的速度方向,动的速度方向,不改变速度大不改变速度大小小既可以改变电荷
5、既可以改变电荷运动的速度大小运动的速度大小,也可以改变电荷也可以改变电荷运动的方向运动的方向特别提醒:特别提醒:(1)洛伦兹力方向与速度方向一洛伦兹力方向与速度方向一定垂直、与磁场方向也垂直,而电场力的定垂直、与磁场方向也垂直,而电场力的方向与速度方向无关、与电场方向共线方向与速度方向无关、与电场方向共线(2)安培力是洛伦兹力的宏观表现,安培力是洛伦兹力的宏观表现,但各自但各自的表现形式不同,洛伦兹力对运动电荷永的表现形式不同,洛伦兹力对运动电荷永远不做功,而安培力对通电导线可做正功,远不做功,而安培力对通电导线可做正功,可做负功,也可不做功方向都用左手定可做负功,也可不做功方向都用左手定则判
6、断,四指方向是电流方向或正电荷运则判断,四指方向是电流方向或正电荷运动方向。动方向。 例例1 1、在如图所示的空间中,存在电场强度为、在如图所示的空间中,存在电场强度为E的匀强电场,同时存在沿的匀强电场,同时存在沿x轴负方向、磁感应强轴负方向、磁感应强度为度为B的匀强磁场一质子的匀强磁场一质子( (电荷量为电荷量为e) )在该空在该空间恰沿间恰沿y轴正方向以速度轴正方向以速度v匀速运动据此可以匀速运动据此可以判断出判断出( () )A A质子所受电场力大小等于质子所受电场力大小等于eE,运动中电势,运动中电势能减小;沿能减小;沿z轴正方向电势升高轴正方向电势升高B B质子所受电场力大小等于质子
7、所受电场力大小等于eE,运动中电势,运动中电势能增大;沿能增大;沿z轴正方向电势降低轴正方向电势降低C C质子所受电场力大小等于质子所受电场力大小等于evB,运动中电势,运动中电势能不变;沿能不变;沿z轴正方向电势升高轴正方向电势升高D D质子所受电场力大小等于质子所受电场力大小等于evB,运动中电势能不变;沿,运动中电势能不变;沿z z轴正方向电势降低轴正方向电势降低例例2 2、用绝缘细线悬挂一个质量为、用绝缘细线悬挂一个质量为m,带电,带电荷量为荷量为+q的小球,让它处于如图所示的磁感的小球,让它处于如图所示的磁感应强度为应强度为B的匀强磁场中现让磁场运动,的匀强磁场中现让磁场运动,使小球
8、静止在图中位置,悬线与竖直方向夹使小球静止在图中位置,悬线与竖直方向夹角为角为,并被拉紧,则磁场的运动速度至少,并被拉紧,则磁场的运动速度至少为多大?方向如何?为多大?方向如何?三、带电粒子在匀强磁场中的运动三、带电粒子在匀强磁场中的运动1若若vB,带电粒子以入射速度,带电粒子以入射速度v做做_运动运动2若若vB,带电粒子在垂直于磁感线的平,带电粒子在垂直于磁感线的平面内,以入射速度面内,以入射速度v做做_运动运动匀速直线匀速直线匀速圆周匀速圆周3基本公式基本公式(1)向心力公式:向心力公式:(2)轨道半径公式:轨道半径公式: (3)周期公式:周期公式: 2vqvBmrmvrqB22rmTvq
9、B例:如图所示,磁感应强度为例:如图所示,磁感应强度为 B=9.110-4T的匀的匀强磁场,其方向垂直纸面向里。强磁场,其方向垂直纸面向里。C、D 为垂直于为垂直于磁场的同一平面内的两点,它们之间的距离磁场的同一平面内的两点,它们之间的距离 L=0.05m。有一电子在磁场中运动,它经过。有一电子在磁场中运动,它经过C 点点时的速度时的速度 v 与磁场垂直与磁场垂直,且和且和 CD 之间的夹角为之间的夹角为=30o。(已知:电子的质量已知:电子的质量m=9.110-31kg,电量电量q=1.610-19C)求:求:(1)电子在)电子在 C 点所受的磁场力的方向如何?点所受的磁场力的方向如何?(2
10、)若电子在运动过程中还经过)若电子在运动过程中还经过 D 点,则它的点,则它的速率速率 v 应是多少?应是多少?(3)电子由)电子由 C 到到 D 所经所经过的时间是多少?过的时间是多少?四、带电粒子在有界匀强磁场中的运动分四、带电粒子在有界匀强磁场中的运动分析析1 1确定圆心的常用方法确定圆心的常用方法(1)(1)已知已知入射方向和出射方向入射方向和出射方向时,可通过入时,可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线,两条直线的交点就是圆弧射方向的直线,两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心轨道的圆心( (如图甲所示如图甲所示, ,P为入射点,为入射
11、点,M为为出射点出射点) )(2)已知已知入射方向和出射点的位置入射方向和出射点的位置时,可以时,可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其中垂线,这两条垂线的点和出射点,作其中垂线,这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心交点就是圆弧轨道的圆心(如图乙所示,如图乙所示,P为入射点,为入射点,M为出射点为出射点)2半径的确定半径的确定 用几何知识用几何知识(勾股定理、三角函数等勾股定理、三角函数等)求求出半径大小出半径大小小结:确定圆心的常用方法:小结:确定圆心的常用方法:圆中任意一条圆中任意一条弦的中垂线过圆心;弦的中垂线过圆心;速度方向的垂线过圆
12、心;速度方向的垂线过圆心;两速度方向夹角的角平分线过圆心。两速度方向夹角的角平分线过圆心。3运动时间的确定运动时间的确定03602tTTstv式中式中为粒子运动的圆弧所对应为粒子运动的圆弧所对应的圆心角,的圆心角,T为周期,为周期,s为运动轨为运动轨迹的弧长,迹的弧长,v为线速度为线速度4带电粒子在匀强磁场中运动的解题步带电粒子在匀强磁场中运动的解题步骤骤三步法三步法(1)画轨迹:即确定圆心,用几何方法求半画轨迹:即确定圆心,用几何方法求半径并画出轨迹径并画出轨迹(2)找联系:轨道半径与磁感应强度、运动找联系:轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系,偏转角度与圆心角、运动时速度相联系,偏转角度与
13、圆心角、运动时间相联系,在磁场中运动的时间与周期相间相联系,在磁场中运动的时间与周期相联系联系(3)用规律:即牛顿第二定律和圆周运动的用规律:即牛顿第二定律和圆周运动的规律,特别是周期公式、半径公式规律,特别是周期公式、半径公式解析解析(1)若从若从O点射入的带电粒子刚好沿点射入的带电粒子刚好沿Oe直线射出,则直线射出,则粒子所受的洛伦兹力与电场力平衡,即粒子所受的洛伦兹力与电场力平衡,即qvBqE,得,得EvB125 V/m由左手定则可判断洛伦兹力方向向上,所以电场力向下,由左手定则可判断洛伦兹力方向向上,所以电场力向下,因为粒子带正电,所以电场方向与因为粒子带正电,所以电场方向与bc边平行
14、向下边平行向下(2)如图所示,若只有磁场时,某带电粒子从如图所示,若只有磁场时,某带电粒子从O点射入,由点射入,由左手定则可知粒子射入后向上偏转左手定则可知粒子射入后向上偏转答案答案(1)125 V/m;与;与bc边平行向下边平行向下(2)e点上方距点上方距e点点0.22 m处处例例4 4、在如图所示的平面直角坐标系、在如图所示的平面直角坐标系xoy中,有一个圆形区域的匀强磁场(图中未中,有一个圆形区域的匀强磁场(图中未画出),磁场方向垂直于画出),磁场方向垂直于xoy平面,平面,O O点为点为该圆形区域边界上的一点。现有一质量为该圆形区域边界上的一点。现有一质量为m m,带电量为带电量为+q
15、的带电粒子(重力不计)的带电粒子(重力不计)从从O O点为以初速度点为以初速度vo沿沿+x+x方向进入磁场,方向进入磁场,已知粒子经过已知粒子经过y y轴上轴上P P点时速度方向与点时速度方向与+y+y方方向夹角为向夹角为3030,OP=L 求:求:磁感应强度的大小和方向磁感应强度的大小和方向 该圆形磁场区域的最小面积。该圆形磁场区域的最小面积。OyxPv0v0L解:解:OyxPv0v0(1)由左手定则得磁场方向垂直)由左手定则得磁场方向垂直xoy平面向里平面向里,粒子在粒子在磁场中所做的是磁场中所做的是1/3圆周的匀速圆周运动,如图所示,圆周的匀速圆周运动,如图所示,Q OL120粒子在粒子
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