高三复习磁场对运动电荷的作用.ppt

《高三复习磁场对运动电荷的作用.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高三复习磁场对运动电荷的作用.ppt（27页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1.磁场对电流有安培力的作用，而电流是磁场对电流有安培力的作用，而电流是由电荷定向运动形成的。所以磁场对电流由电荷定向运动形成的。所以磁场对电流的的安培力安培力就是磁场对运动电荷的就是磁场对运动电荷的洛伦兹力洛伦兹力作用力的作用力的宏观表现宏观表现。即：。即：安培力是洛伦兹力的安培力是洛伦兹力的宏观表现。宏观表现。洛伦兹力是安培力的洛伦兹力是安培力的微观本质。微观本质。2.2.洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向-左手定则左手定则左手定则左手定则vv1 1 1 1、伸开、伸开、伸开、伸开左手左手左手左手，使大拇指和其余四，使大拇指和其余四，使大拇指和其余四，使大拇指和其余四

2、指指指指垂直垂直垂直垂直且处于且处于且处于且处于同一平面同一平面同一平面同一平面内，把手放内，把手放内，把手放内，把手放入磁场中，让磁感线入磁场中，让磁感线入磁场中，让磁感线入磁场中，让磁感线垂直垂直垂直垂直穿过手心，穿过手心，穿过手心，穿过手心，若四指指向若四指指向若四指指向若四指指向正电荷正电荷正电荷正电荷运动的方向，那运动的方向，那运动的方向，那运动的方向，那么拇指所指的方向就使运动的正电荷么拇指所指的方向就使运动的正电荷么拇指所指的方向就使运动的正电荷么拇指所指的方向就使运动的正电荷所受洛伦兹力的方向。所受洛伦兹力的方向。所受洛伦兹力的方向。所受洛伦兹力的方向。2 2 2 2、若四指指

3、向、若四指指向、若四指指向、若四指指向负电荷负电荷负电荷负电荷运动的运动的运动的运动的反方反方反方反方向向向向，那么拇指所指的方向就是负电，那么拇指所指的方向就是负电，那么拇指所指的方向就是负电，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。荷所受洛伦兹力的方向。荷所受洛伦兹力的方向。荷所受洛伦兹力的方向。ff。洛伦兹力的方向，既洛伦兹力的方向，既垂直垂直于磁于磁场场B的方向又的方向又垂直垂直于电荷运动于电荷运动速度速度v方向。方向。3.洛伦兹力总是跟运动的电荷的速度方向垂直，所以洛洛伦兹力总是跟运动的电荷的速度方向垂直，所以洛伦兹力伦兹力只能改变运动电荷的速度方向，而不改变速度的只能改变运

4、动电荷的速度方向，而不改变速度的只能改变运动电荷的速度方向，而不改变速度的只能改变运动电荷的速度方向，而不改变速度的大小大小大小大小。即：洛伦兹力即：洛伦兹力对带电粒子始终对带电粒子始终不做功不做功！。4 4、洛伦兹力的大小、洛伦兹力的大小、洛伦兹力的大小、洛伦兹力的大小。当带电粒子的运动方向与磁场方向当带电粒子的运动方向与磁场方向当带电粒子的运动方向与磁场方向当带电粒子的运动方向与磁场方向平行平行平行平行时，洛伦兹时，洛伦兹时，洛伦兹时，洛伦兹力力力力最小最小最小最小-f=0。当带电粒子的运动方向与磁场方向当带电粒子的运动方向与磁场方向当带电粒子的运动方向与磁场方向当带电粒子的运动方向与磁场

5、方向垂直垂直时，洛伦兹时，洛伦兹时，洛伦兹时，洛伦兹力力力力最大最大最大最大-f=qVB。讨论与交流：讨论与交流：5.5.带电粒子带电粒子“平行平行”于于磁场方向进入：磁场方向进入：做匀速直做匀速直线运动，线运动，带电粒子带电粒子“垂直垂直”于磁场方向于磁场方向进入：进入：做匀速圆做匀速圆周运动，洛伦兹力周运动，洛伦兹力提供向心力提供向心力带电粒子在磁场中做圆周运动的周期：带电粒子在磁场中做圆周运动的周期：半径与速度大小成正比，周期与速度大小无关！半径与速度大小成正比，周期与速度大小无关！。应用：质谱仪应用：质谱仪qE=qvB1回旋加速器回旋加速器 工作原理：工作原理：利用电场对带电粒利用电场

6、对带电粒子的加速作用子的加速作用和和磁场对运动电磁场对运动电荷的偏转作用荷的偏转作用来获得高能粒子，来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心这些过程在回旋加速器的核心部件部件两个两个D形盒和其间的形盒和其间的窄缝内完成。窄缝内完成。磁流体发电机磁流体发电机如图所示，等离子喷入磁场区域，如图所示，等离子喷入磁场区域，磁场区域中有两块金属板磁场区域中有两块金属板A和和B，正、负正、负离子在洛伦兹力作用下发离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到生上下偏转而聚集到A、B板产生板产生电势差最大电势差可达电势差最大电势差可达 (B为磁感应强度，为磁感应强度，d为两板间距，为两板间距，v为喷射速度为喷射

7、速度)Bdv1、已知入射方向和出射方向：、已知入射方向和出射方向：v vV通过入射点和出射点通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的作垂直于入射方向和出射方向的直线直线,交点就是轨迹的交点就是轨迹的圆心圆心2、已知入射方向和出射点的位置：、已知入射方向和出射点的位置：v vP圆心圆心圆心圆心通过入射点通过入射点作入射方向的垂线作入射方向的垂线,连接入射点和出射点连接入射点和出射点,作作其连线的其连线的中垂线中垂线,交点就是圆弧的交点就是圆弧的圆心圆心6.6.确定圆心找半径确定圆心找半径（1）（为圆周角，单位为度）为圆周角，单位为度）（2）（为圆周角，单位为弧度）为圆周角，单位为弧度）2、

8、时间关系：、时间关系：1、角度关系：、角度关系：（1）圆心角：）圆心角：（2）偏向角：）偏向角：（3）弦切角：）弦切角：1 1、直线边界（进出磁场具有对称性）、直线边界（进出磁场具有对称性）2 2、平行边界（存在临界条件）、平行边界（存在临界条件）3 3、圆形边界（沿径向射入必沿径向射出）、圆形边界（沿径向射入必沿径向射出）注意：注意：从一边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边从一边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角（弦切角）相等。界的夹角（弦切角）相等。带电粒子沿径向射入圆形磁场区带电粒子沿径向射入圆形磁场区域内，必从径向射出。域内，必从径向射出。关注几种常见图形的画法，如

9、图所示：关注几种常见图形的画法，如图所示：带电粒子在带电粒子在有界有界匀强匀强磁场中的动态分析磁场中的动态分析如图，在阴极射管正下方平行放置一根通有足够强直流如图，在阴极射管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会极射线将会()A.向上偏转向上偏转B.向下偏转向下偏转C.向纸内偏转向纸内偏转D.向纸外偏转向纸外偏转P205 P205 5A带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，从而显示其运动轨迹。如图所示是在有匀强磁场云室从而显示其运动轨迹。如图所示是在有匀强磁场云

10、室中观察到的粒子的轨迹，中观察到的粒子的轨迹，a和和b是轨迹上的两点，匀强是轨迹上的两点，匀强磁场磁场B垂直纸面向里。该粒子在运动时，其质量和电垂直纸面向里。该粒子在运动时，其质量和电量不变，而量不变，而动能逐渐减少动能逐渐减少，下列说法正确的是，下列说法正确的是P205 P205 A粒子先经过粒子先经过a点，再经过点，再经过b点点B粒子先经过粒子先经过b点，再经过点，再经过a点点C粒子带负电粒子带负电D粒子带正电粒子带正电VR小则小则EK小小AC电子自静止开始经电子自静止开始经M、N板间板间（两板间的电压为（两板间的电压为U）的电场加速）的电场加速后从后从A点垂直于磁场边界射入宽度点垂直于磁

11、场边界射入宽度为为d的匀强磁场中，电子离开磁场的匀强磁场中，电子离开磁场时的位置时的位置P偏离入射方向的距离为偏离入射方向的距离为L，如图所示。，如图所示。（1）正确画出电子由静止开始直至离开匀强磁场时）正确画出电子由静止开始直至离开匀强磁场时的轨迹图的轨迹图;（用尺和圆规规范作图）（用尺和圆规规范作图）（2）求匀强磁场的磁感应强度）求匀强磁场的磁感应强度B。（。（已知电子的质量为已知电子的质量为m，电荷量为，电荷量为e）P203P203例例题题1解：（解：（1）作电子经电场和磁）作电子经电场和磁场中的轨迹图，如图所示场中的轨迹图，如图所示(2)设电子在设电子在M、N两板间经两板间经电场加速后

12、获得的速度为电场加速后获得的速度为v,由动能定理得由动能定理得eU=mv2电子进入磁场后做匀速圆周运动，设其半径为电子进入磁场后做匀速圆周运动，设其半径为r,则则evB=m由几何关系得由几何关系得r2=(r-L)2+d2联立求解联立求解式得式得B=在以坐标原点在以坐标原点O为圆心、为圆心、半径为半径为r的圆形区域内，存在磁感应强度大的圆形区域内，存在磁感应强度大小为小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，如图所示。一个不计重力的带电粒子从磁如图所示。一个不计重力的带电粒子从磁场边界与场边界与x轴的交点轴的交点A处以速度处以速度v沿沿x方向方向射入磁场，恰好从磁场边

13、界与射入磁场，恰好从磁场边界与y轴的交点轴的交点C处沿处沿y方向飞出。方向飞出。（1）请判断该粒子带何种电荷，并求出其比荷）请判断该粒子带何种电荷，并求出其比荷q/m；（2）若磁场的方向和所在空间范围不变，而磁感应强度的大小变）若磁场的方向和所在空间范围不变，而磁感应强度的大小变为为B，该粒子仍从，该粒子仍从A处以相同的速度射入磁场，但飞出磁场时处以相同的速度射入磁场，但飞出磁场时的速度方向相对于入射方向改变了的速度方向相对于入射方向改变了60角，求磁感应强度角，求磁感应强度B多大多大？此次粒子在磁场中运动所用时间？此次粒子在磁场中运动所用时间t是多少？是多少？P203P203例例题题解：（解

14、：（1）由几何知识知带电）由几何知识知带电粒子在磁场中运动的半径为粒子在磁场中运动的半径为R=r，则有：，则有：qvB=mv2/r 解得：解得：q/mv/Br（2）由几何知识得带电粒子在）由几何知识得带电粒子在磁场磁场B中做匀速圆周运动的中做匀速圆周运动的圆心角，半径为：圆心角，半径为：，根据牛顿第二定律有：根据牛顿第二定律有：解得：解得：粒子在磁场中运动所用时间粒子在磁场中运动所用时间t是：是：如图如图16（a）所示，左为某同学设想的粒）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子速度选择装置，由水平转轴及两个薄盘盘N1、N2构成，两盘面平行且与转轴垂构成，两盘面平行且与转轴

15、垂直，相距为直，相距为L，盘上各开一狭缝，两狭缝，盘上各开一狭缝，两狭缝夹角可调（如图夹角可调（如图16（b）；右为水平）；右为水平放置的长为放置的长为d的感光板，板的正上方有一的感光板，板的正上方有一匀强磁场，方向垂直纸面向外，磁感应匀强磁场，方向垂直纸面向外，磁感应强度为强度为B.一小束速度不同、带正电的粒一小束速度不同、带正电的粒子沿水平方向射入子沿水平方向射入N1，能通过，能通过N2的粒子的粒子经经O点垂直进入磁场。点垂直进入磁场。O到感光板的距到感光板的距离为，粒子电荷量为离为，粒子电荷量为q,质量为质量为m,不计重不计重力。力。若两狭缝平行且盘静止（如图若两狭缝平行且盘静止（如图1

16、6（c），），某一粒子进入磁场后，数值向下打在感某一粒子进入磁场后，数值向下打在感光板中心点光板中心点M上，求该粒子在磁场中运上，求该粒子在磁场中运动的时间动的时间t;若两狭缝夹角为若两狭缝夹角为0，盘匀速转动，转动，盘匀速转动，转动方向如图方向如图16（b）.要使穿过要使穿过N1、N2的粒的粒子均打到感光板子均打到感光板P1、P2连线上，试分析连线上，试分析盘转动角速度盘转动角速度的取值范围（设通过的取值范围（设通过N1的所有粒子在盘转圈的时间内都能到达的所有粒子在盘转圈的时间内都能到达N2）。）。P203P203例例题题3解析:（1）粒子运动半径为由牛顿第二定律匀速圆周运动周期粒子在磁场中

17、运动时间（2）如答图2。设粒子运动临界半径分别为R1和R2设粒子临界速度分别为和，由式，得若粒子通过转盘，由题设可知联立，得对应转盘的转速分别为粒子要打在感光板上，需满足条件900长为长为l 的水平极板间有如图所示的匀强的水平极板间有如图所示的匀强磁场，磁感强度为磁场，磁感强度为B，板间距离也为，板间距离也为l。现。现有一质量为有一质量为m、带电量为、带电量为+q的粒子从左的粒子从左边板间中点处沿垂直于磁场的方向以速度边板间中点处沿垂直于磁场的方向以速度v0射入磁场，不计重力。要想使粒子射入磁场，不计重力。要想使粒子不不打在打在极板上，则粒子进入磁场时的速度极板上，则粒子进入磁场时的速度v0应

18、满应满足什么条件足什么条件?ll v abcdP203P203变变式式3 v0 q B l/4 m 或或 v0 5 q B l/4 m解：若刚好从解：若刚好从a 点射出，如图：点射出，如图：R-l/2Rll v abcdr=mv1/qB=l/4 v1=qBl/4m 若刚好从若刚好从b 点射出，如图：点射出，如图：要想使粒子要想使粒子不不打在极板上，打在极板上，v2=5qBl/4mR2=l 2+(R-l/2)2R=5l/4=mv2/qB 返回返回O如右图所示，在如右图所示，在x轴上方存在着轴上方存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强的匀强磁场，一个磁场，一个不计重

19、力不计重力的带电粒子从坐标原的带电粒子从坐标原点点O处以速度处以速度v进入磁场，粒子进入磁场时进入磁场，粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与的速度方向垂直于磁场且与x轴正方向成轴正方向成120角，若粒子角，若粒子穿过穿过y轴正半轴后在磁场轴正半轴后在磁场中到中到x轴的最大距离为轴的最大距离为a，则该粒子的比荷，则该粒子的比荷和所带电荷的正负是和所带电荷的正负是()A.，正电荷，正电荷B.，正电荷，正电荷C.，负电荷，负电荷D.，负电荷，负电荷P203P203 4洛伦兹力指向运动洛伦兹力指向运动方向的右侧，方向的右侧，左手定则可判定粒左手定则可判定粒子带负电子带负电rrsin30ar得得，C正

20、确正确30C如图所示，带负电的粒子垂直磁场如图所示，带负电的粒子垂直磁场方向进入圆形匀强磁场区域，出磁场时速方向进入圆形匀强磁场区域，出磁场时速度偏离原方向度偏离原方向60角，已知带电粒子质量角，已知带电粒子质量m=310-20kg，电量，电量q=10-13C，速度，速度v0=105m/s，磁场区域的半径，磁场区域的半径R=310-1m，不计重力，求磁场的磁感应强度。不计重力，求磁场的磁感应强度。P203P203 6解：画进、出磁场速度的垂线得交点解：画进、出磁场速度的垂线得交点O，O点即为粒子作圆周运动的圆心，据点即为粒子作圆周运动的圆心，据此作出运动轨迹此作出运动轨迹AB，如图所示。此圆半

21、，如图所示。此圆半径记为径记为r。带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有：O/ABO 如图所示，在如图所示，在y y0 0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于直于xyxy平面并指向纸面外，磁感强度为平面并指向纸面外，磁感强度为B.B.一带正电的粒子以速度一带正电的粒子以速度v v0 0从从O O点射入磁场，入射方向在点射入磁场，入射方向在xyxy平面内，与平面内，与x x轴正向的夹角为轴正向的夹角为，若粒子射出磁场的位置与，若粒子射出磁场的位置与O O点的距离为点的距离为L L，求该粒子的电量和质，

22、求该粒子的电量和质量之比量之比 .P203P203 7解解:画出运动示意图如下：画出运动示意图如下：在磁场中：由几何关系：在磁场中：由几何关系：=Rsin由洛仑兹力公式和牛顿第二定律可得由洛仑兹力公式和牛顿第二定律可得：qv0B=m两式联立得：两式联立得：2在平面直角坐标系在平面直角坐标系xOy中，第中，第象限存象限存在沿在沿y轴负方向的匀强电场，第轴负方向的匀强电场，第象限象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为磁感应强度为B.一质量为一质量为m、电荷量为、电荷量为q的带正电的粒子从的带正电的粒子从y轴正半轴上的轴正半轴上的M点点以速度以速度v0垂

23、直于垂直于y轴射入电场，经轴射入电场，经x轴上轴上的的N点与点与x轴正方向成轴正方向成=60角射入磁角射入磁场场，最最后后从从y轴轴负负半半轴轴上上的的P点点垂垂直直于于y轴轴射射出出磁磁场场，如如图图所示不计粒子重力，求：所示不计粒子重力，求：(1)M、N两点间的电势差两点间的电势差UMN；(2)(2)粒子在磁场中运动的轨道半径粒子在磁场中运动的轨道半径r；(3)(3)粒子从粒子从M点运动到点运动到P点的总时间点的总时间t.(1)设粒子过设粒子过N点时速度点时速度v，有，有 v=2v0粒子从粒子从M点运动到点运动到N点的过程，有点的过程，有qUMN=mv2-UMN=(2)粒粒子子在在磁磁场场中中以以O为为圆圆心心做做匀匀速速圆圆周周运运动动，半半径径为为ON，有，有qvB=r=cosq (3)由几何关系得由几何关系得ON=rsin粒子在电场中运动的时间粒子在电场中运动的时间t1，有有ON=v0t1t1=粒子在磁粒子在磁场场中做匀速中做匀速圆圆周运周运动动的周期的周期 T=设设粒子在磁粒子在磁场场中运中运动动的的时间时间t2，有有t2=t2=t=t1+t2t=