第2讲磁场对运动电荷的作用精选文档.ppt

《第2讲磁场对运动电荷的作用精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2讲磁场对运动电荷的作用精选文档.ppt（24页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第第2讲磁场对运动电讲磁场对运动电荷的作用荷的作用本讲稿第一页，共二十四页1 1、地毯式扫荡地毯式扫荡知识无缺漏。知识无缺漏。2 2、规范细节，减少答题的规范细节，减少答题的“会而不对，对而不全会而不对，对而不全”。3 3、重视复习错误。对于平时的错误，要小题大做，将失误记录在重视复习错误。对于平时的错误，要小题大做，将失误记录在案，找出切实可行的解决方法，并再三反思，保证下次不错，切不案，找出切实可行的解决方法，并再三反思，保证下次不错，切不可以可以“粗心粗心”二字一带而过二字一带而过 本讲稿第二页，共二十四页一、一、洛仑兹力洛仑兹力的概念的概念1、洛伦兹力的、洛伦兹力的大小与方向大小与方向

2、：做匀速圆周运动做匀速圆周运动 匀速直线运动匀速直线运动 等距螺旋线运动等距螺旋线运动 洛伦兹力洛伦兹力F的方向既垂直于磁场的方向既垂直于磁场B的方向，又垂直于运动电荷的速度的方向，又垂直于运动电荷的速度v的方的方向，即向，即F总是垂直于总是垂直于B和和v所在的平面所在的平面“左力左力右电右电”：四指指向四指指向为为等效电流方向等效电流方向(等效电流方向等效电流方向)将速度沿将速度沿B和垂直和垂直B方向分解方向分解B Bv v本讲稿第三页，共二十四页一、一、洛仑兹力洛仑兹力的概念的概念2、洛伦兹力的、洛伦兹力的特点特点：不管物体做不做圆周运动，洛伦兹力的方向与速度的方向始终垂直，不管物体做不做

3、圆周运动，洛伦兹力的方向与速度的方向始终垂直，所以所以洛伦兹力永远不做功洛伦兹力永远不做功。审题技巧提示审题技巧提示：凡是题目情境涉及到凡是题目情境涉及到带电粒子的动能发生了带电粒子的动能发生了变化变化，这显然不是洛仑兹力的作用效果，并且，这显然不是洛仑兹力的作用效果，并且暗示暗示了带电粒子了带电粒子一定受到洛伦兹力之外的一定受到洛伦兹力之外的其它力作用，如重力或电场力其它力作用，如重力或电场力。带带电电小小球球，竖竖直直光光滑滑细细玻玻璃璃管管，装装置置匀匀速速通通过过磁场，小球最终从上端口飞出磁场，小球最终从上端口飞出小球带何种电荷？小球作何运动？洛小球带何种电荷？小球作何运动？洛伦兹力和

4、管壁对小球弹力是否做功？伦兹力和管壁对小球弹力是否做功？正电正电 类平抛运动类平抛运动 洛伦兹力不做功洛伦兹力不做功 弹力做正功弹力做正功 本讲稿第四页，共二十四页一、一、洛仑兹力洛仑兹力的概念的概念2、洛伦兹力的、洛伦兹力的特点特点：磁场和电场对电荷作用力的差别：磁场和电场对电荷作用力的差别：洛伦兹力和电场力洛伦兹力和电场力只有运动的电荷只有运动的电荷在磁场中在磁场中才有可能受洛仑兹力才有可能受洛仑兹力，静止电荷中磁场，静止电荷中磁场中不受洛仑兹力。中不受洛仑兹力。在电场中在电场中无论电荷是运动还是静止，都受电场力作用。无论电荷是运动还是静止，都受电场力作用。在不计重力情况下：在不计重力情况

5、下：带电粒子垂直进入带电粒子垂直进入匀强电场匀强电场，在电场中做，在电场中做匀变速曲线运动匀变速曲线运动(类平抛运动类平抛运动)；带电粒子垂直进入带电粒子垂直进入匀强磁场匀强磁场，则做，则做变加速曲线运动变加速曲线运动(匀速圆周运动匀速圆周运动)本讲稿第五页，共二十四页二、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(不计重力不计重力)1、洛仑兹力作用下的匀速圆周运动、洛仑兹力作用下的匀速圆周运动一般求解方法一般求解方法：模型本质：模型本质：洛仑兹力充当的向心力的洛仑兹力充当的向心力的匀速圆周运动匀速圆周运动 基本规律：基本规律：轨迹半径：轨迹半径：运动周期：运动周期：给定给定v,

6、B，r由荷质比决定由荷质比决定给定给定B，T由荷质比决定，与速度无关由荷质比决定，与速度无关本讲稿第六页，共二十四页二、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(不计重力不计重力)2、洛仑兹力作用下的匀速圆周运动、洛仑兹力作用下的匀速圆周运动一般求解方法一般求解方法：模型本质：模型本质：洛仑兹力充当的向心力的洛仑兹力充当的向心力的匀速圆周运动匀速圆周运动 基本规律：基本规律：轨迹半径：轨迹半径：运动周期：运动周期：解题过程表达规范再次强调：解题过程表达规范再次强调：半径公式和周期公式必须牢牢记住半径公式和周期公式必须牢牢记住，分析问题过程直接用！但：，分析问题过程直接用！但：在

7、计算题解题过程陈述过程中，最好列出基本方程，不要直接用在计算题解题过程陈述过程中，最好列出基本方程，不要直接用r,T公式；公式；避免列出避免列出方程，却不能得分点尴尬。方程，却不能得分点尴尬。本讲稿第七页，共二十四页三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的一般分析思路一般分析思路1、圆心圆心的确定：的确定：匀强磁场背景下的粒子运动问题的匀强磁场背景下的粒子运动问题的一般分析思路一般分析思路：一找一找圆心圆心、二找、二找半径半径、三找、三找周期或时间周期或时间确定圆心和半径的过程就是确定圆心和半径的过程就是正确规范作图正确规范作图的过程，这是的过程，这是问题求解的关问

8、题求解的关键键。作图的目的：作图的目的：确定确定圆心圆心，半径半径，圆心角圆心角，及相应，及相应几何关系几何关系尺规作图强制要求：尺规作图强制要求：凡求解粒子在磁场中运动问题凡求解粒子在磁场中运动问题必须有图配合必须有图配合，所有图都所有图都必须用铅笔、直尺、圆规作图必须用铅笔、直尺、圆规作图。特别忠告：特别忠告：规范的尺规作图规范的尺规作图，是有效，是有效突破突破“带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动”类类难题的法宝难题的法宝。对这类问题来讲，对这类问题来讲，尺规作图本身具备了尺规作图本身具备了“分析、推分析、推理与计算理与计算”的部分功能的部分功能。不要随手作图！不要随手作图！本讲稿第

9、八页，共二十四页1、圆心圆心的确定：的确定：任意两个任意两个f洛洛的指向交点为圆心：的指向交点为圆心：已知入射点、入射方向和出射已知入射点、入射方向和出射点、出射方向：点、出射方向：可以通过分析入可以通过分析入射点和出射点带电粒子所受的洛射点和出射点带电粒子所受的洛仑兹力方向，两个位置的洛仑兹仑兹力方向，两个位置的洛仑兹力方向延长线的交点就是圆弧轨力方向延长线的交点就是圆弧轨迹的迹的圆心圆心。三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的一般分析思路一般分析思路本讲稿第九页，共二十四页1、圆心圆心的确定：的确定：任意一弦的中垂线一定过圆心：任意一弦的中垂线一定过圆心：已知

10、入射点、入射方向和出射点的已知入射点、入射方向和出射点的位置时：位置时：可以通过分析入射点带可以通过分析入射点带电粒子所受的洛仑兹力方向，作电粒子所受的洛仑兹力方向，作出入射点和出射点连线的垂直平出入射点和出射点连线的垂直平分线，这两条线的交点就是圆弧分线，这两条线的交点就是圆弧轨迹的轨迹的圆心圆心。三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的一般分析思路一般分析思路本讲稿第十页，共二十四页2、半径半径的确定和计算：的确定和计算：利用圆周运动规律求：利用圆周运动规律求：既会推导过程，又能记住结论！既会推导过程，又能记住结论！三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的三、匀强磁场

11、背景下的粒子运动问题的一般分析思路一般分析思路本讲稿第十一页，共二十四页2、半径半径的确定和计算：的确定和计算：利用圆的边角关系、勾股定理等关系求：利用圆的边角关系、勾股定理等关系求：速度的速度的偏转角偏转角=偏转圆弧所对应的偏转圆弧所对应的圆心角圆心角(回旋角回旋角)=弦切角弦切角的的2倍倍弦切角弦切角=偏转圆弧所对应的偏转圆弧所对应的圆心角圆心角的一半的一半三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的一般分析思路一般分析思路根据不同的已知条件求半径根据不同的已知条件求半径本讲稿第十二页，共二十四页2、半径半径的确定和计算：的确定和计算：利用圆的边角关系、勾股定理等关

12、系求：利用圆的边角关系、勾股定理等关系求：已知已知m,q,v，B，可以唯一确定圆弧对应的圆心角及弦长，可以唯一确定圆弧对应的圆心角及弦长，为进一步计算磁场中的位移、轨迹长度、运动时间等问题的为进一步计算磁场中的位移、轨迹长度、运动时间等问题的求解作好铺垫：求解作好铺垫：典型几何特征证明之一：典型几何特征证明之一：从同一边界射入的粒子，又从同一边界从同一边界射入的粒子，又从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。射出时，速度与边界的夹角相等。三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的一般分析思路一般分析思路本讲稿第十三页，共二十四页2、半径半径的确定和计算：的确定和计算：

13、利用圆的边角关系、勾股定理等关系求：利用圆的边角关系、勾股定理等关系求：典型几何特征证明之二：典型几何特征证明之二：入射速度方向指向匀强磁场区域圆的圆入射速度方向指向匀强磁场区域圆的圆心，刚出射时速度方向的反向延长线必过该区域圆的圆心。心，刚出射时速度方向的反向延长线必过该区域圆的圆心。已知已知R，求求r？三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的一般分析思路一般分析思路本讲稿第十四页，共二十四页2、半径半径的确定和计算：的确定和计算：利用圆的边角关系、勾股定理等关系求：利用圆的边角关系、勾股定理等关系求：思考与讨论：思考与讨论：入射速度方向不指向匀强磁场区域圆的圆心

14、：入射速度方向不指向匀强磁场区域圆的圆心：已知已知，R，求求r？比较差异比较差异三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的一般分析思路一般分析思路示例规范尺规作图的重要性：示例规范尺规作图的重要性：本讲稿第十五页，共二十四页3、周期或时间周期或时间的计算：的计算：利用圆周运动规律求周期：利用圆周运动规律求周期：既会推导过程，又能记住结论！既会推导过程，又能记住结论！三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的一般分析思路一般分析思路本讲稿第十六页，共二十四页3、周期或时间周期或时间的计算：的计算：根据有界磁场中运动弧长或对应圆心角求运动时间：根

15、据有界磁场中运动弧长或对应圆心角求运动时间：角度单位为弧度角度单位为弧度rad常用思路常用思路：圆心圆心半径半径(作图作图)圆心角圆心角周期周期时间时间三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的三、匀强磁场背景下的粒子运动问题的一般分析思路一般分析思路本讲稿第十七页，共二十四页四、典型举例四、典型举例【例题】【例题】注意审题：注意审题：粒子粒子电性不确定电性不确定导致的导致的情境不确定类情境不确定类问题问题如图直线如图直线MN上方有磁感应强度为上方有磁感应强度为B的匀强磁场。一质量为的匀强磁场。一质量为m，带电带电量为量为q的粒子的粒子从从O点以与点以与MN成成30角的速度角的速度v射入磁场，该粒子从

16、磁场射入磁场，该粒子从磁场中射出时距中射出时距O点有多远？粒子在磁场中的运动时间是多少？点有多远？粒子在磁场中的运动时间是多少？(粒子重力可粒子重力可忽略不计忽略不计)q的正负不确定，需要的正负不确定，需要分两种情况讨论：分两种情况讨论：I、粒子带正电、粒子带正电II、粒子带负电、粒子带负电本讲稿第十八页，共二十四页例例.如图所示，在真空中半径如图所示，在真空中半径R R=3.0=3.01010-2-2m m的圆形区域内，有磁感应强度的圆形区域内，有磁感应强度B B=0.25T=0.25T，方向如图的匀强磁场，一束带正电的粒子以初速度，方向如图的匀强磁场，一束带正电的粒子以初速度v v=1.0

17、=1.010106 6m/s,m/s,从磁场边界上的从磁场边界上的a a端沿直径端沿直径abab方向射入磁场，且初速方向方向射入磁场，且初速方向都垂直于磁场方向，若该束粒子的比荷都垂直于磁场方向，若该束粒子的比荷q q/m m=1.0=1.010108 8C/kgC/kg，不计粒子，不计粒子重力重力.求：粒子通过磁场的偏向角和时间求：粒子通过磁场的偏向角和时间.O问题问题1.1.如果不改变磁场，你有哪些方法改变偏向角如果不改变磁场，你有哪些方法改变偏向角？O1O2O3O4Ov v越大，越大，R R越大，越大，越小，时间越小，时间越短越短,轨迹越长轨迹越长.本讲稿第十九页，共二十四页O问题问题2

18、.2.粒子以什么角度射入，在磁场中运动粒子以什么角度射入，在磁场中运动的时间最长？的时间最长？问题问题3.3.如果磁场不变，要求粒子射出场区的方向与入如果磁场不变，要求粒子射出场区的方向与入射方向的夹角为射方向的夹角为90900 0，则需要具备什么条件？，则需要具备什么条件？本讲稿第二十页，共二十四页问题问题3.3.如果磁场不变，要求粒子射出场区的方向与入射如果磁场不变，要求粒子射出场区的方向与入射方向的夹角为方向的夹角为90900 0，则需要具备什么条件？，则需要具备什么条件？O磁场区域的半径与电荷做圆周运动的半径相等本讲稿第二十一页，共二十四页平行会聚于一点平行会聚于一点平行会聚于一点平行

19、会聚于一点一点发散成平行一点发散成平行一点发散成平行一点发散成平行RR Rrr区域半径区域半径区域半径区域半径 R R 与运动半径与运动半径与运动半径与运动半径 r r 相等相等相等相等迁移与逆向、对称的物理思想！迁移与逆向、对称的物理思想！本讲稿第二十二页，共二十四页x xy yO OE EOOR R如图所示，方向垂直纸面向里的匀强磁场的边界，是一个半径为r的圆，圆心O1在x轴上，OO1距离等于圆的半径。虚线MN平行于x轴且与圆相切于P点，在MN的上方是正交的匀强电场和匀强磁场，电场强度的大小为E，方向沿x轴的负方向，磁感应强度为B，方向垂直纸面向外。有一群相同的正粒子，以相同的速率，在纸面内沿不同方向从原点O射入第象限，粒子的速度方向在与x轴成=30角的范围内，其中沿x轴正方向进入磁场的粒子经过P点射入MN后，恰好在正交的电磁场中做直线运动。粒子的质量为m，电荷量为q（不计粒子的重力）。求：（1）粒子的初速率；（2）圆形有界磁场的磁感应强度；（3）若只撤去虚线MN上面的磁场B，这些粒子经过y轴的坐标范围。本讲稿第二十三页，共二十四页本讲稿第二十四页，共二十四页