人教版高三物理总复习 8.2磁场对运动电荷的作用课件 鲁科.ppt

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1、第二节磁场对运动电荷的作用第二节磁场对运动电荷的作用2021/8/9 星期一1基础知识梳理基础知识梳理一、洛一、洛伦兹伦兹力的大小和方向力的大小和方向1洛洛伦兹伦兹力的大小力的大小FBqvsin，为为v与与B的的夹夹角，如角，如图图821所所示示图图8212021/8/9 星期一2(1)vB时时，洛，洛伦兹伦兹力力F_(0或或180)(2)vB时时，洛，洛伦兹伦兹力力F_.(90)(3)v0时时，洛，洛伦兹伦兹力力F_.2洛洛伦兹伦兹力的方向力的方向(1)判定方法：用左手定判定方法：用左手定则则，注意四指，注意四指应应指向指向电电流流的方向即正的方向即正电电荷运荷运动动的方向或的方向或负电负电

2、荷运荷运动动的反方的反方向向0Bqv02021/8/9 星期一3(2)方方向向特特点点：FB，Fv，即即F垂垂直直于于_决决定定的平面的平面(注意注意B和和v可以有任意夹角可以有任意夹角)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，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_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_功功，可可做做_功功，也也可可_做功做功二、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在带电粒子只受洛伦兹力作用的条件下在带电粒子只受洛伦兹力作用的条件下(电子、质电子、质子、子、粒子等微观粒子的重力

3、通常忽略不计粒子等微观粒子的重力通常忽略不计)，中，中学物理只研究带电粒子在匀强磁场中的两种典型学物理只研究带电粒子在匀强磁场中的两种典型的运动的运动B、v不不正正负负不不2021/8/9 星期一41若若vB，带带电电粒粒子子不不受受洛洛伦伦兹兹力力，在在匀匀强强磁磁场中做场中做_运动运动2若若vB，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面内以入射速度直于磁感线的平面内以入射速度v做做_运动运动匀速直匀速直线线匀速匀速圆圆周周2021/8/9 星期一52021/8/9 星期一6T、f和和的特点：的特点：T、f和和的的大大小小与与轨轨道道半半径径R和和运运行

4、行速速率率v_，只只与与磁磁场场的的_和和粒粒子子的的_有关有关三、洛三、洛伦兹伦兹力的力的应应用用实实例例1电视显电视显像管像管电视显电视显像管是像管是应应用用电电子束子束_(选选填填“电电偏偏转转”或或“磁偏磁偏转转”)的原理来工作的，使的原理来工作的，使电电子束偏子束偏转转的的_(选选填填“电场电场”或或“磁磁场场”)是由两是由两对对偏偏转线转线圈圈产产生的生的显显像管工作像管工作时时，由，由_发发射射电电子束，利子束，利用磁用磁场场来使来使电电子束偏子束偏转转，实现电视实现电视技技术术中的中的_，使整个使整个荧荧光屏都在光屏都在发发光光无关无关磁感磁感应应强强度度B比荷比荷q/m磁偏磁

5、偏转转磁磁场场阴极阴极扫扫描描2021/8/9 星期一72质谱仪质谱仪(1)构造：如构造：如图图822所示，由粒子源、所示，由粒子源、_、_和照相底片等构成和照相底片等构成加速加速电场电场偏偏转转磁磁场场图图8222021/8/9 星期一82021/8/9 星期一93回旋加速器回旋加速器(1)构造：如构造：如图图823所示，所示，D1、D2是半是半圆圆金属盒，金属盒，D形盒的形盒的缝缝隙隙处处接接_电电源源D形盒形盒处处于匀于匀强强磁磁场场中中交流交流图图8232021/8/9 星期一10相等相等磁感磁感应应强强度度B半径半径R2021/8/9 星期一11课堂互动讲练课堂互动讲练一、洛一、洛伦

6、兹伦兹力的理解力的理解1洛洛伦兹伦兹力和安培力的关系力和安培力的关系洛洛伦兹伦兹力是力是单单个运个运动电动电荷在磁荷在磁场场中受到的力，中受到的力，而安培力是而安培力是导导体中所有定向移体中所有定向移动动的自由的自由电电荷荷受到的洛受到的洛伦兹伦兹力的宏力的宏观观表表现现2021/8/9 星期一122洛洛伦兹伦兹力方向的特点力方向的特点(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速速度度方向和磁方向和磁场场方向确定的平面方向确定的平面(2)当当电电荷荷运运动动方方向向发发

7、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之随之变变化化(3)用用左左手手定定则则判判定定负负电电荷荷在在磁磁场场中中运运动动所所受受的的洛洛伦伦兹兹力力时时，要注意将四指指向，要注意将四指指向电电荷运荷运动动的反方向的反方向3洛洛伦兹伦兹力与力与电场电场力的比力的比较较2021/8/9 星期一132021/8/9 星期一142021/8/9 星期一15名名师师点点睛睛：(1)洛洛伦伦兹兹力力方方向向与与速速度度方方向向一一定定垂垂直直，而而电场电场力的方向与速度方向无必然力的方向与速度方向无必然联联系系(2)安培力是洛安培力是洛伦兹伦兹力的宏力的宏观观表表现现，但各自的表，但各自的

8、表现现形式不同，洛形式不同，洛伦兹伦兹力力对对运运动电动电荷永荷永远远不做功，而不做功，而安培力安培力对对通通电导线电导线可做正功，可做可做正功，可做负负功，也可不功，也可不做功做功2021/8/9 星期一16即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1(2009年年高高考考广广东东理理科科基基础础卷卷)带带电电粒粒子子垂垂直直匀匀强强磁磁场场方方向向运运动动时时，会会受受到到洛洛伦伦兹兹力力的的作作用用，下下列表述正确的是列表述正确的是()A洛洛伦兹伦兹力力对带电对带电粒子做功粒子做功B洛洛伦兹伦兹力不改力不改变带电变带电粒子的粒子的动动能能C洛洛伦兹伦兹力的大小与速度无关力的

9、大小与速度无关D洛洛伦兹伦兹力不改力不改变带电变带电粒子的速度方向粒子的速度方向2021/8/9 星期一17解析：解析：选选B.根据洛根据洛伦兹伦兹力的特点，力的特点，洛洛伦兹伦兹力力对带对带电电粒子不做功，粒子不做功，A错错，B对对根据根据FqvB，可知洛，可知洛伦兹伦兹力大小与速度有关力大小与速度有关.洛洛伦兹伦兹力的效果就是改力的效果就是改变变物体的运物体的运动动方向，不改方向，不改变变速度的大小速度的大小2021/8/9 星期一18二、二、带电带电粒子在匀粒子在匀强强磁磁场场中的运中的运动问题动问题1圆圆心的确定心的确定(1)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

10、和图图中中弦弦的的中垂中垂线线一定一定过圆过圆心心(2)两种情形两种情形已知入射方向和出射方向已知入射方向和出射方向时时，可通，可通过过入射点和入射点和出射点分出射点分别别作垂直于入射方向和出射方向的直作垂直于入射方向和出射方向的直线线，两条直两条直线线的交点就是的交点就是圆圆弧弧轨轨道的道的圆圆心心(如如图图824甲所示，甲所示，图图中中P为为入射点，入射点，M为为出射点出射点)2021/8/9 星期一19已知入射点和出射点的位置已知入射点和出射点的位置时时，可以通，可以通过过入射入射点作入射方向的垂点作入射方向的垂线线，连连接入射点和出射点，作接入射点和出射点，作其中垂其中垂线线，这这两条

11、垂两条垂线线的交点就是的交点就是圆圆弧弧轨轨道的道的圆圆心心(如如图图824乙，乙，P为为入射点，入射点，M为为出射点出射点)图图8242021/8/9 星期一20带电带电粒子在不同粒子在不同边边界磁界磁场场中的运中的运动动a直直线边线边界界(进进出磁出磁场场具有具有对对称性，如称性，如图图825)图图8252021/8/9 星期一21b平行平行边边界界(存在存在临临界条件，如界条件，如图图826)图图8262021/8/9 星期一22c圆圆形形边边界界(沿径向射入必沿径向射出，如沿径向射入必沿径向射出，如图图827)图图8272021/8/9 星期一232021/8/9 星期一24名名师师点

12、点睛睛：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程序解的程序解题题法法三步法三步法(1)画画轨轨迹迹：即即确确定定圆圆心心，几几何何方方法法求求半半径径并并画画出出轨轨迹迹(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，在在磁磁场场中运中运动动的的时间时间与周期相与周期相联联系系(3)用用规规律：即牛律：即牛顿顿第二定律和第二定律和圆圆周运周运动动的的规规律，律，特特别别是周期公式、半径公式是周期公式、半径公式2021/8/9 星期一25即即时应时应用用(即

13、即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2(2011年广年广东东广州一模广州一模)速率相同的速率相同的电电子垂直磁子垂直磁场场方向方向进进入四个不同的磁入四个不同的磁场场，其，其轨轨迹如迹如图图828所示，所示，则则磁磁场场最最强强的是的是()图图8282021/8/9 星期一262021/8/9 星期一27三、三、带电带电粒子在匀粒子在匀强强磁磁场场中运中运动动的多解的多解问题问题要充分考要充分考虑带电虑带电粒子的粒子的电电性、磁性、磁场场方向、方向、轨轨迹及迹及临临界条件的多种可能性，画出其运界条件的多种可能性，画出其运动轨动轨迹，分迹，分阶阶段、分段、分层层次地求解次地求解1带电带电粒子粒子

14、电电性不确定形成多解性不确定形成多解受洛受洛伦兹伦兹力作用的力作用的带电带电粒子，可能粒子，可能带带正正电电，也可，也可能能带负电带负电，在相同的初速度的条件下，正，在相同的初速度的条件下，正负负粒子粒子在磁在磁场场中运中运动轨动轨迹不同，形成多解迹不同，形成多解2021/8/9 星期一28如如图图829，带电带电粒子以速率粒子以速率v垂垂直直进进入入匀匀强强磁磁场场，如如带带正正电电，其其轨轨迹迹为为a，如如带带负电负电，其，其轨轨迹迹为为b.图图8292021/8/9 星期一292磁磁场场方向不确定形成多解方向不确定形成多解图图82102021/8/9 星期一30有有些些题题目目只只告告诉

15、诉了了磁磁感感应应强强度度大大小小，而而未未具具体体指指出出磁磁感感应应强强度度方方向向，此此时时必必须须要要考考虑虑磁磁感感应应强强度度方向不确定而形成的多解方向不确定而形成的多解如如图图8210，带带正正电电粒子以速率粒子以速率v垂直垂直进进入匀入匀强强磁磁场场，如，如B垂直垂直纸纸面向里，其面向里，其轨轨迹迹为为a，如，如B垂直垂直纸纸面向外，其面向外，其轨轨迹迹为为b.2021/8/9 星期一313临临界状界状态态不唯一形成多解不唯一形成多解图图82112021/8/9 星期一32带带电电粒粒子子在在洛洛伦伦兹兹力力作作用用下下飞飞越越有有界界磁磁场场时时，由由于于粒粒子子运运动动轨轨

16、迹迹是是圆圆弧弧状状，因因此此，它它可可能能穿穿过过去去了了，也也可可能能转转过过180从从入入射射界界面面这这边边反反向向飞飞出出，如如图图8211所示，于是形成了多解所示，于是形成了多解2021/8/9 星期一334运运动动的往复性形成多解的往复性形成多解带电带电粒子在部分是粒子在部分是电场电场、部分是磁、部分是磁场场的空的空间间运运动动时时，运，运动动往往具有往复性，从而形成多解如往往具有往复性，从而形成多解如图图8212所示所示图图82122021/8/9 星期一34即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)3长为长为L的水平极板的水平极板间间，有垂直，有垂直纸纸面向内的

17、匀面向内的匀强强磁磁场场，如，如图图8213所示，磁感所示，磁感应应强强度度为为B，板，板间间距离也距离也为为L，板不，板不带电带电，现现有有质质量量为为m、电电荷量荷量为为q的的带带正正电电粒子粒子(不不计计重力重力)，从左，从左边边极板极板间间中点中点处处垂直磁感垂直磁感线线以速度以速度v水平射入磁水平射入磁场场，欲使粒子不打，欲使粒子不打在极板上，可采用的在极板上，可采用的办办法是法是()2021/8/9 星期一35A使粒子的速度使粒子的速度v5BqL/mC使粒子的速度使粒子的速度vBqL/mD使粒子的速度使粒子的速度BqL/(4m)v5BqL/(4m)图图82132021/8/9 星期

18、一362021/8/9 星期一37经典题型探究经典题型探究题型一题型一带电粒子在有界匀强磁场中的运动带电粒子在有界匀强磁场中的运动例例例例1 12021/8/9 星期一38(1)粒粒子子在在磁磁场场中中做做圆圆周周运运动动的的半半径径R及及粒粒子子的的比比荷荷q/m；(2)此此时时刻刻仍仍在在磁磁场场中中的的粒粒子子的的初初速速度度方方向向与与y轴轴正正方向方向夹夹角的取角的取值值范范围围；(3)从粒子从粒子发发射到全部粒子离开磁射到全部粒子离开磁场场所用的所用的时间时间图图82142021/8/9 星期一39【思路点思路点拨拨】解决此解决此类问题类问题的关的关键键是两点：是两点：(1)根根据

19、据圆圆周周运运动动的的特特点点画画出出运运动动轨轨迹迹并并确确定定圆圆心，利用几何关系求解心，利用几何关系求解(2)在磁在磁场场中的运中的运动时间长动时间长短与短与轨轨迹迹圆圆弧所弧所对应对应的的圆圆心角有关心角有关2021/8/9 星期一40图图82152021/8/9 星期一412021/8/9 星期一422021/8/9 星期一432021/8/9 星期一44(3)在磁在磁场场中中飞飞行行时间时间最最长长的粒子的运的粒子的运动轨动轨迹迹应应与与磁磁场场右右边边界相切，其界相切，其轨轨迹如迹如图图8216所示所示图图82162021/8/9 星期一452021/8/9 星期一46【规规律律

20、总结总结】结结合射入和射出情景画出粒子在合射入和射出情景画出粒子在磁磁场场中的运中的运动轨动轨迹是解决此迹是解决此类问题类问题的关的关键键，对对于于临临界界问题问题，要注意关，要注意关键词键词(如恰好如恰好)的含的含义义2021/8/9 星期一47题型二题型二带电粒子在匀强磁场中极值临界问题带电粒子在匀强磁场中极值临界问题例例例例2 22021/8/9 星期一48图图8219【思路点思路点拨拨】解决此解决此题题需思考以下需思考以下问题问题(1)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旋旋转转方方向向是逆是逆时针时针方向，方向，还还是是顺时针顺时针方向？方向？(2)沿哪个

21、方向射入的沿哪个方向射入的粒子能到达平面感光板的左粒子能到达平面感光板的左侧侧最最远远点，哪个方向射入的点，哪个方向射入的粒子能到达平面感光粒子能到达平面感光板的右板的右侧侧最最远远点？点？2021/8/9 星期一492021/8/9 星期一50如如图图8220所示，因朝不同方向所示，因朝不同方向发发射的射的粒子的粒子的圆轨圆轨迹都迹都过过S，由此可知，某一，由此可知，某一圆轨圆轨迹在迹在圆圆中中N左左侧侧与与ab相切，相切，则则此切点此切点P1就是就是粒子能打中的左粒子能打中的左侧侧最最远远点点为为定出定出P1点的位置，可作平行于点的位置，可作平行于ab的直的直线线cd，cd到到ab的距离的

22、距离为为R，以，以S为圆为圆心、心、R为为半径，半径，作弧交作弧交cd于于Q点，点，过过Q作作ab的垂的垂线线，它与，它与ab的交点的交点即即为为P1.图图82202021/8/9 星期一51【答案答案】20 cm2021/8/9 星期一52【规规律律总总结结】(1)对对粒粒子子在在有有界界的的磁磁场场中中运运动动，要要根根据据题题意意分分析析运运动动中中的的临临界界情情况况，并并作作出出相相应应的的临临界界轨轨迹，确定迹，确定圆圆心和半径，心和半径，进进而解决而解决问题问题(2)分分析析极极值值问问题题时时应应注注意意以以下下结结论论，再再借借助助数数学学方法分析方法分析刚刚好好穿穿出出磁磁

23、场场边边界界的的条条件件是是带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中运运动动的的轨轨迹与迹与边边界相切界相切当当速速度度v一一定定时时，弧弧长长(或或弦弦长长)越越长长，圆圆心心角角越越大，大，则带电则带电粒子在有界磁粒子在有界磁场场中运中运动动的的时间时间越越长长当速度当速度v变变化化时时，圆圆心角越大的，运心角越大的，运动时间动时间越越长长2021/8/9 星期一53 如如图图8222所示，一半径所示，一半径为为R的的绝缘圆绝缘圆筒中筒中有沿有沿轴线轴线方向的匀方向的匀强强磁磁场场，磁感，磁感应应强强度度为为B，一，一质质量量为为m、带带正正电电荷且荷且电电荷量荷量为为q的粒子的粒子(不不计计重力

24、重力)以速度以速度为为v从筒壁的从筒壁的A孔沿半径方向孔沿半径方向进进入筒内，入筒内，设设粒子和筒粒子和筒壁碰撞无壁碰撞无电电荷量和能量的荷量和能量的损损失，那么要使粒子与筒壁失，那么要使粒子与筒壁连续连续碰撞，碰撞，绕绕筒壁一周后恰好又从筒壁一周后恰好又从A孔射出，孔射出，问问题型三题型三带电粒子在磁场中运动的多解问题带电粒子在磁场中运动的多解问题例例例例3 3图图82222021/8/9 星期一54(1)磁感磁感应应强强度度B的大小必的大小必须满须满足什么条件？足什么条件？(2)粒子在筒中运粒子在筒中运动动的的时间为时间为多少？多少？【思思路路点点拨拨】(1)判判明明多多解解的的原原因因是

25、是解解决决多多解解问问题题的基的基础础(2)碰撞次数的不确定性是解决碰撞次数的不确定性是解决问题问题的关的关键键2021/8/9 星期一55【解析解析】(1)粒子射入粒子射入圆圆筒后受洛筒后受洛伦兹伦兹力作用而力作用而偏偏转转，设设第一次与第一次与B点碰撞，碰后速度方向又指向点碰撞，碰后速度方向又指向O点，假点，假设设粒子与筒壁撞粒子与筒壁撞n1次，运次，运动轨动轨迹是迹是n段段相等的相等的圆圆弧，再从弧，再从A孔射出孔射出设设第一段第一段圆圆弧的弧的圆圆心心为为O，半径，半径为为r(图图8223)，则则图图82232021/8/9 星期一562021/8/9 星期一572021/8/9 星期一58【规规律律总总结结】由由于于粒粒子子在在磁磁场场中中做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的重重复复性性和和粒粒子子运运动动方方向向的的不不确确定定性性，导导致致本本题题有有多多种种解解，解解决决此此类类问问题题时时，应应分分清清导导致致粒粒子子运运动动多多解解的的原原因因，再再结结合合相相关关的的规规律律进进行求解行求解2021/8/9 星期一592021/8/9 星期一60