高考物理一轮专题 磁场对运动电荷的作用突破课件 鲁科.ppt

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1、2021/8/11 星期三11洛伦兹力(1)大小：F(为B与v之间的夹角)当0时，F0；当90时，F(2)方向：由判定(注意正负电荷的不同)F一定垂直于 与 所决定的平面，但B与v不一定相互垂直2带电粒子在匀强磁场中的运动(1)若vB，带电粒子所受的洛伦兹力F0，因此带电粒子以速度v做运动qvBsinqvB.左手定则左手定则Bv匀速直线匀速直线2021/8/11 星期三2(2)若vB，带电粒子在垂直于磁感线的方向以入射速度v做运动 向心力由洛伦兹力提供，即qvB.轨道半径：R.频率：f .角频率：.圆周圆周2021/8/11 星期三33电视显像管的工作原理电视显像管(如图所示)是应用电子束的原

2、理来工作的，使电子束偏转的磁场是由两对产生的显像管工作时，由阴极发射电子束，靠磁场来使电子束偏转，实现电视技术中的，使整个荧光屏都发光偏转偏转偏转线圈偏转线圈扫描扫描2021/8/11 星期三44质谱仪(1)质谱仪的原理示意图及结构图如图所示2021/8/11 星期三5(2)带电粒子进入质谱仪的加速电场由动能定理可知：Uq Bqv 2021/8/11 星期三6(2)加速条件：交变电压的周期和粒子做圆周运动的周期考点一洛伦兹力1洛伦兹力和安培力的关系(1)洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的作用力，而安培力是整个通电导体在磁场中受到的作用力，安培力是导体中所有形成电流的定向移动的电荷受到的洛伦兹

3、力的宏观表现 相等相等2021/8/11 星期三7(2)由安培力的公式FBILsin，推导洛伦兹力的表达式磁场与导线垂直时：如图所示，设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速度为v.现将其垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中，有：2021/8/11 星期三8导线中的电流为InqvS，导线所受安培力为F安ILBnqvSLB，这段导线中含有的运动电荷数为nLS，当导线中自由电子定向移动的速度和磁场方向不垂直时：F洛qvBsin(为v与B的夹角)2021/8/11 星期三92洛伦兹力和电场力的比较洛伦兹力电场力性质磁场对

4、在其中的运动电荷的作用力电场对放入其中的电荷的作用力产生条件磁场中的静止电荷、沿磁场方向运动的电荷不受洛伦兹力电场中的电荷无论静止，还是沿何方向运动，都受电场力方向由电荷正负、磁场方向以及电荷运动方向决定，各方向之间的关系遵循左手定则洛伦兹力方向一定垂直于磁场方向以及电荷运动方向(电荷运动方向与磁场方向不一定垂直)由电荷正负、电场方向决定正电荷受力方向与电场方向一致，负电荷受力方向与电场方向相反2021/8/11 星期三10【技巧提示】在用左手定则判定洛伦兹力的方向时，许多同学不辨电荷的正负就急于用左手定则去判定，没有理解电流方向跟正、负电荷定向移动方向之间的关系洛伦兹力电场力大小FqvB(v

5、B)FqE做功情况一定不做功可能做正功，可能做负功，也可能不做功注意事项若B0，则F0；若F0，B却不一定为零电荷正负若E0，则F0；若F0，则E0电荷正负2021/8/11 星期三11【案例1】(2009安徽理综)右图是科学史上一张著名的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹云室放置在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用分析此径迹可知粒子()A带正电，由下往上运动B带正电，由上往下运动C带负电，由上往下运动D带负电，由下往上运动2021/8/11 星期三12【答案答案】A 2021/8/11 星期三13【即时巩固1】(2009广东理科基

6、础)带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用下列表述正确的是()A洛伦兹力对带电粒子做功B洛伦兹力不改变带电粒子的动能C洛伦兹力的大小与速度无关D洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向 2021/8/11 星期三14【解析】根据洛伦兹力的特点，洛伦兹力对带电粒子不做功，A错，B对根据FqvB，可知大小与速度有关洛伦兹力的效果就是改变物体的运动方向，不改变速度的大小【答案】B2021/8/11 星期三15考点二带电粒子在匀强磁场(有界)中做匀速圆周运动的分析方法带电粒子在有界磁场中的运动问题综合性较强，解这类问题既要用到洛伦兹力、圆周运动的知识，又要用到数学知识许多同学对解答这类问题颇感困

7、惑，现将此类问题的分析思路归纳如下1圆心的确定带电粒子进入一个有界匀强磁场后，其运动轨迹是一段圆弧如何确定圆心是解决问题的前提，也是解题的关键从理论上判断，圆心一定在与速度方向垂直的直线上在实际问题中，通常采用以下两种方法：2021/8/11 星期三16(1)圆的切线垂直于过切点的直径已知入射方向和出射方向时，可过入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轨道的圆心如图甲所示，图中P为入射点，M为出射点甲甲 乙乙2021/8/11 星期三17(2)弦的中垂线过圆心已知入射点和出射点时，可以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，这两条垂线的交点

8、就是圆弧轨道的圆心如图乙所示，P为入射点，M为出射点2半径的确定和计算利用平面几何知识，求出该圆的可能半径(或圆心角)，并需注意以下两个重要的几何特点：2021/8/11 星期三18(1)粒子速度的偏向角等于回旋角，并等于弦AB与切线的夹角(弦切角)的2倍(如图所示)，即2t.(2)相对的弦切角相等，与相邻的弦相角()互补，即180.2021/8/11 星期三192021/8/11 星期三20【案例2】(2010江苏高考)如图所示，在匀强磁场中附加另一匀强磁场，附加磁场位于图中阴影区域，附加磁场区域的对称轴OO与SS垂直a、b、c三个质子先后从S点沿垂直于磁场的方向射入磁场，它们的速度大小相等

9、，b的速度方向与SS垂直，a、c的速度方向与b的速度方向间的夹角分别为、，且.三个质子经过附加磁场区域后能到达同一点S，则下列说法中正确的有()2021/8/11 星期三21A三个质子从S运动到S的时间相等B三个质子在附加磁场以外区域运动时，运动轨迹的圆心均在OO轴上C若撤去附加磁场，a到达SS连线上的位置距S点最近D附加磁场方向与原磁场方向相同2021/8/11 星期三22【解析】带电粒子在磁场中的回旋时间与回旋角成正比由图知cba，可知tctbta，A选项错误三个质子在匀强磁场中轨道半径相等，即S到圆心的距离相等，所以三个圆心不可能都出现在OO轴上，B项错误若撤去附加磁场后，b质子经半圆打

10、在SS连线最远，a质子初速度方向与SS线夹角最小，落点最近，故C项正确圆心都在弧线一侧，所以附加磁场与原磁场方向相同，D项正确【答案】C、D2021/8/11 星期三23【即时巩固2】(2011届常州检测)质谱仪可测定同位素的组成现有一束一价的钾39和钾41离子经电场加速后，沿着与磁场和边界均垂直的方向进入匀强磁场中，如图所示测试时规定加速电压大小为U0，但在实验过程中加速电压有较小的波动，可能偏大或偏小U.为使钾39和钾41打在照相底片上的区域不重叠，U不得超过多少？(不计离子的重力)2021/8/11 星期三24【解析】设加速电压为U，磁场的磁感应强度为B，电荷的电荷量为q、质量为m，运动

11、半径为R，则由由此式可知，在B、q、U相同时，m小的半径小，所以钾39半径小，钾41半径大；在B、q、m相同时，U大的半径大设钾39质量为m1，当电压为U0U时，最大半径为R1；设钾41质量为m2，当电压为U0U时，钾41最小半径为R2.则2021/8/11 星期三252021/8/11 星期三26考点三洛伦兹力作用下带电粒子圆周运动的多解性问题带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，由于多种因素的影响，问题形成多解形成多解的原因一般可分为下述几个方面1带电粒子的带电性不确定形成多解受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电荷，也可能带负电荷，在初速度相同的条件下，正、负粒子在磁场中的运动轨迹不同，

12、导致形成多解2021/8/11 星期三272磁场方向不确定形成多解有些题目只告诉了磁感应强度大小，而未具体指出磁感应强度方向，此时必须要考虑由于磁感应强度方向不确定而形成的多解3临界状态不唯一形成多解带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，由于粒子运动轨迹是圆弧状，它可能穿过去了，也可能转过180从入射界面反向飞出，如图所示，于是形成了多解4由于运动的往复性形成多解带电粒子在部分是电场、部分是磁场的空间运动时，运动往往具有往复性，从而形成多解2021/8/11 星期三28【案例3】(2010广东理综)如图(a)所示，左为某同学设想的粒子速度选择装置，由水平转轴及两个薄盘N1、N2构成，两盘面平

13、行且与转轴垂直，相距为L，盘上各开一狭缝，两狭缝夹角可调如图(b)；右为水平放置的长为d的感光板，板的正上方有一匀强磁场，方向垂直纸面向外，磁感应强度为B.一小束速度不同、带正电的粒子沿水平方向射入N1，能通过N2的粒子经O点垂直进入磁场O到感光板 的距离为 ，粒子电荷量为q，质量为m，不计重力2021/8/11 星期三29(1)若两狭缝平行且盘静止如图(c)，某一粒子进入磁场后，竖直向下打在感光板中心点M上，求该粒子在磁场中运动的时间t；2021/8/11 星期三30(2)若两狭缝夹角为0，盘匀速转动，转动方向如图(b)要使穿过N1、N2的粒子均打到感光板P1P2连线上，试分析盘转动角速度的取值范围(设通过N1的所有粒子在盘旋转一圈的时间内都能到达N2)2021/8/11 星期三312021/8/11 星期三322021/8/11 星期三332021/8/11 星期三34【即时巩固3】M、N两极板距为d，板长均为5d，两板均未带电，板间有垂直纸面的匀强磁场，如图所示令一大群电子沿平行于板的方向从各处以速度v射入板间，为了使电子都不从板间穿出，求磁感应强度B的范围2021/8/11 星期三352021/8/11 星期三362021/8/11 星期三372021/8/11 星期三38