高考物理复习 第8章第二节磁场对运动电荷的作用课件 沪科.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2021/8/11 星期三1 课堂互动讲练课堂互动讲练经典题型探究经典题型探究知能优化演练知能优化演练第第二二节节磁磁场场对对运运动动电电荷荷的的作作用用基础知识梳理基础知识梳理2021/8/11 星期三2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大小：大小：F_，为为v与与B的的夹夹角角(1)0或或180时时，F_.(2)90时时，F_.(3)静止的静止的电电荷不受洛荷不受洛伦兹伦兹力作用力作用qvBsin0qvB2021/8/11 星期三3手心手心正电荷运动正电荷运动正电荷所受洛伦兹力正电荷所受洛伦兹力20

2、21/8/11 星期三4(2)方向特点：方向特点：F垂直于垂直于_决定的平面，即决定的平面，即F始始终终与速度方向垂直，故洛与速度方向垂直，故洛伦兹伦兹力力_思考感悟思考感悟电电荷在磁荷在磁场场中一定受洛中一定受洛伦兹伦兹力力吗吗？提示：提示：不一定受洛不一定受洛伦兹伦兹力静止的力静止的电电荷在磁荷在磁场场中一定不受洛中一定不受洛伦兹伦兹力，而运力，而运动电动电荷只有当荷只有当电电荷运荷运动动方向与磁方向与磁场场方向不平行方向不平行时时，才受洛，才受洛伦兹伦兹力力B和和v永不做功永不做功2021/8/11 星期三5二、二、带电带电粒子在磁粒子在磁场场中的运中的运动动1若若带电带电粒子的速度方向

3、与匀粒子的速度方向与匀强强磁磁场场方向方向平行，平行，带电带电粒子以入射速度粒子以入射速度v做做_运运动动2若若带电带电粒子的速度方向与匀粒子的速度方向与匀强强磁磁场场方向方向垂直，垂直，带电带电粒子在垂直于磁感粒子在垂直于磁感线线的平面内，的平面内，以入射速度以入射速度v做做_运运动动匀速直线匀速直线匀速圆周匀速圆周2021/8/11 星期三62021/8/11 星期三7(2)T、f和和的特点的特点T、f和和的大小与的大小与轨轨道半径道半径r和运行速率和运行速率v_，只与磁，只与磁场场的的_和粒子的和粒子的_有关有关无关无关磁感磁感应应强强度度B2021/8/11 星期三8课堂互动讲练课堂互

4、动讲练一、洛一、洛伦兹伦兹力的理解力的理解1洛洛伦兹伦兹力方向的特点力方向的特点(1)洛洛伦兹伦兹力的方向与力的方向与电电荷运荷运动动的方向和磁的方向和磁场场方向都垂直，即洛方向都垂直，即洛伦兹伦兹力的方向力的方向总总是垂直于是垂直于运运动电动电荷速度方向和磁荷速度方向和磁场场方向确定的平面方向确定的平面(2)当当电电荷运荷运动动方向方向发发生生变变化化时时，洛，洛伦兹伦兹力的力的方向也随之方向也随之变变化化(3)用左手定用左手定则则判定判定负电负电荷在磁荷在磁场场中运中运动动所受所受的洛的洛伦兹伦兹力力时时，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2021/8/11

5、 星期三92洛洛伦兹伦兹力和安培力的关系力和安培力的关系(1)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中受到的作用力，而安培力是整个通作用力，而安培力是整个通电导电导体在磁体在磁场场中中受到的作用力，安培力是受到的作用力，安培力是导导体中所有形成体中所有形成电电流的定向移流的定向移动电动电荷受到的洛荷受到的洛伦兹伦兹力的宏力的宏观观表表现现(2)洛洛伦兹伦兹力力对对运运动电动电荷永荷永远远不做功，而安培不做功，而安培力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2021/8/11 星期三

6、102021/8/11 星期三11【名名师师点睛点睛】(1)电电荷在荷在电场电场中一定受中一定受电电场场力，而在磁力，而在磁场场中不一定受洛中不一定受洛伦兹伦兹力力(2)洛洛伦兹伦兹力的方向与速度方向一定垂直，力的方向与速度方向一定垂直，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2021/8/11 星期三12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.带电带电荷荷q的粒子在匀的粒子在匀强强磁磁场场中运中运动动，下面，下面说说法中正确的是法中正确的是()A只要速度大小相同，所受洛只要速度大小相同，所受洛伦兹伦兹力就相同力就相同B只要把只要把q改改为为q且

7、速度方向改且速度方向改变变，大小，大小不不变变，则则洛洛伦兹伦兹力的大小、方向均不力的大小、方向均不变变C洛洛伦兹伦兹力方向一定与力方向一定与电电荷速度方向垂直，荷速度方向垂直，磁磁场场方向不一定与方向不一定与电电荷运荷运动动方向垂直方向垂直D粒子只受到洛粒子只受到洛伦兹伦兹力作用，运力作用，运动动的的动动能、能、动动量均不量均不变变2021/8/11 星期三13解析：解析：选选C.洛洛伦兹伦兹力的大小不力的大小不仅仅与与带电带电粒子粒子速度大小有关，而且与粒子速度方向和磁速度大小有关，而且与粒子速度方向和磁场场方向的方向的夹夹角有关洛角有关洛伦兹伦兹力的方向永力的方向永远远与粒与粒子速度方向

8、垂直，在速度方向不同、子速度方向垂直，在速度方向不同、电电荷荷带带电电性性质质改改变变的情况下，洛的情况下，洛伦兹伦兹力的大小不力的大小不变变，但方向不确定洛但方向不确定洛伦兹伦兹力不做功，粒子力不做功，粒子动动能能不不变变，但洛，但洛伦兹伦兹力可改力可改变变粒子的运粒子的运动动方向，方向，使使动动量的方向不断改量的方向不断改变变；电电荷荷进进入磁入磁场时场时的的速度方向可以与磁速度方向可以与磁场场方向成任意方向成任意夹夹角角2021/8/11 星期三14二、二、带电带电粒子在匀粒子在匀强强磁磁场场中做中做圆圆周运周运动动的分析的分析1圆圆心的确定心的确定通常有两种方法：通常有两种方法：(1)

9、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迹的迹的圆圆心心(如如图图821所示，所示，图图中中P为为入射点，入射点，M为为出射点出射点)图图821图图8222021/8/11 星期三15(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时时，可以，可以通通过过入射点作入射方向的垂入射点作入射方向的垂线线，连连接入射点接入射点和出射点，作其中垂和出射点，作其中垂线线，这这两条垂两条垂线线的交点的交点就是就是圆圆弧弧轨轨

10、迹的迹的圆圆心心(如如图图822所示，所示，P为为入射点，入射点，M为为出射点出射点)2021/8/11 星期三162半径的确定和半径的确定和计计算算利用平面几何关系，求出利用平面几何关系，求出该圆该圆的可能半径的可能半径(或或圆圆心角心角)，并注意以下两个重要的几何特点：，并注意以下两个重要的几何特点：(1)粒子速度的偏向角粒子速度的偏向角()等于等于圆圆心角心角()，并等，并等于弦于弦AB与切与切线线的的夹夹角角(弦切角弦切角)的的2倍倍(如如图图823)，即，即2t.图图8232021/8/11 星期三172021/8/11 星期三184带电带电粒子在匀粒子在匀强强磁磁场场中做匀速中做匀

11、速圆圆周运周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：即确定迹：即确定圆圆心，用几何方法求半径心，用几何方法求半径并画出并画出轨轨迹迹(2)找找联联系：系：轨轨道半径与磁感道半径与磁感应应强强度、运度、运动动速速度相度相联联系，偏系，偏转转角度、角度、圆圆心角与运心角与运动时间动时间相相联联系，在磁系，在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，特律，特别别是周期公式、半径公式是周期公式、半径公式2021/8/11 星期三192021/8/11 星期三20即即时应时应用用(即即时时突

12、破，小突破，小试试牛刀牛刀)2.如如图图824所示，一个理想所示，一个理想边边界界为为PQ、MN的匀的匀强强磁磁场场区域，磁区域，磁场宽场宽度度为为d，方向垂，方向垂直直纸纸面向里一面向里一电电子从子从O点沿点沿纸纸面垂直面垂直PQ以以速度速度v0进进入磁入磁场场若若电电子在磁子在磁场场中运中运动动的的轨轨道半径道半径为为2d.O在在MN上，且上，且OO与与MN垂直垂直下列判断正确的是下列判断正确的是()图图8242021/8/11 星期三212021/8/11 星期三22解析：解析：选选D.电电子在磁子在磁场场中运中运动动的的轨轨迹如迹如图图2021/8/11 星期三232021/8/11

13、星期三24三、三、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1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所示所示)图图8252021/8/11 星期三252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所示所示)图图8262021/8/11 星期三263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所示所示)图图8272021/8/11 星期三27【名名师师点睛点睛】(1)解决解决带电带电粒子在有界磁粒子在有界磁场场中的运中的运动问题时动问题时，要特，要特别别注意注意对对称称规规律的律的应应用用(2

14、)刚刚好穿出磁好穿出磁场边场边界的条件是界的条件是带电带电粒子在粒子在磁磁场场中运中运动动的的轨轨迹与迹与边边界相切界相切2021/8/11 星期三28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.(2010年高考重年高考重庆庆卷卷)如如图图828所示，矩所示，矩形形MNPQ区域内有方向垂直于区域内有方向垂直于纸纸面的匀面的匀强强磁磁场场，有，有5个个带电带电粒子从粒子从图图中箭中箭头头所示位置垂所示位置垂直于磁直于磁场边场边界界进进入磁入磁场场，在，在纸纸面内做匀速面内做匀速圆圆周运周运动动，运，运动轨动轨迹迹为为相相应应的的圆圆弧弧这这些粒子些粒子的的质质量、量、电电荷量以及

15、速度大小如下表所示荷量以及速度大小如下表所示图图8282021/8/11 星期三29粒子粒子编编号号质质量量电电荷量荷量(q0)速度大小速度大小1m2qv22m2q2v33m3q3v42m2q3v52mqv2021/8/11 星期三30由以上信息可知，从由以上信息可知，从图图中中a、b、c处进处进入的入的粒子粒子对应对应表中的表中的编编号分号分别为别为()A3、5、4B4、2、5C5、3、2 D2、4、52021/8/11 星期三312021/8/11 星期三32经典题型探究经典题型探究题型一题型一带电粒子在磁场中运带电粒子在磁场中运动的多解问题动的多解问题2021/8/11 星期三33 如如

16、图图829所示，两个板所示，两个板间间存在垂直存在垂直纸纸面向里的匀面向里的匀强强磁磁场场，一，一带带正正电电的的质质子从子从O点以点以速率速率v0垂直射入已知两板之垂直射入已知两板之间间距离距离为为d，板，板长为长为d，O点是点是NP板的正中板的正中间间，为为使粒子能从使粒子能从两板之两板之间间射出，射出，试试求磁感求磁感应应强强度度B应满应满足的条足的条件件(已知已知质质子子带电带电荷量荷量为为q，质质量量为为m)图图829例例例例1 12021/8/11 星期三34【思路点思路点拨拨】根据根据带电带电粒子在磁粒子在磁场场中的运中的运动动，确定粒子，确定粒子刚刚好从两板之好从两板之间间射出

17、的射出的临临界点，界点，由几何关系求出半径，即可确定由几何关系求出半径，即可确定B应满应满足的足的条件条件2021/8/11 星期三35【解析解析】如如图图8210所示，由于所示，由于质质子在子在O点的速度垂直于板点的速度垂直于板NP，所以粒子在磁，所以粒子在磁场场中中做做圆圆周运周运动动的的圆圆心心O一定位于一定位于NP所在的直所在的直线线上如果直径小于上如果直径小于ON，则轨则轨迹将是迹将是圆圆心心位于位于ON之之间间的一段半的一段半圆圆弧弧图图82102021/8/11 星期三362021/8/11 星期三37【规规律律总结总结】本本题题中形成多解的原因是中形成多解的原因是临临界状界状态

18、态不唯一，而影响多解的因素不唯一，而影响多解的因素还还可能有：可能有：带电带电粒子的粒子的电电性不确定、磁性不确定、磁场场方向不确定等方向不确定等2021/8/11 星期三38互互动动探究探究例例1中，若粒子从中，若粒子从NM的中点离的中点离开磁开磁场场，则则磁感磁感应应强强度度为为多大？粒子在磁多大？粒子在磁场场中运中运动动的的时间为时间为多少？多少？2021/8/11 星期三392021/8/11 星期三40题型二题型二磁场中的临界问题磁场中的临界问题2021/8/11 星期三41图图8210例例例例2 22021/8/11 星期三42速度方向均在速度方向均在xOy平面内，与平面内，与y轴

19、轴正方向的正方向的夹夹角分布在角分布在090范范围围内已知粒子在磁内已知粒子在磁场场中中做做圆圆周运周运动动的半径介于的半径介于a/2到到a之之间间，从，从发发射射粒子到粒子全部离开磁粒子到粒子全部离开磁场经历场经历的的时间时间恰好恰好为为粒子在磁粒子在磁场场中做中做圆圆周运周运动动周期的四分之一周期的四分之一求最后离开磁求最后离开磁场场的粒子从粒子源射出的粒子从粒子源射出时时的的(1)速度的大小；速度的大小；(2)速度方向与速度方向与y轴轴正方向正方向夹夹角的正弦角的正弦2021/8/11 星期三43【思路点思路点拨拨】由粒子全部离开磁由粒子全部离开磁场场，即最，即最后离开磁后离开磁场场的粒

20、子的粒子经历时间经历时间恰好恰好为为粒子在磁粒子在磁场场中做中做圆圆周运周运动动的周期的四分之一，做出粒的周期的四分之一，做出粒子在磁子在磁场场中的中的轨轨迹由几何关系即可求解迹由几何关系即可求解2021/8/11 星期三442021/8/11 星期三45图图82112021/8/11 星期三462021/8/11 星期三47【反反思思领领悟悟】临临界界和和极极值值问问题题，常常借借助助于于半半径径r和和速速度度v(或或磁磁场场B)之之间间的的约约束束关关系系，进进行行动动态态运运动动轨轨迹迹分分析析，确确定定轨轨迹迹圆圆和和边边界界的的关关系系，找找出出临临界界点点，然然后后利利用用数数学学

21、方方法法求求解极解极值值2021/8/11 星期三48题型三题型三粒子在磁场中运动的粒子在磁场中运动的周期性和对称性周期性和对称性2021/8/11 星期三49 如如图图8212甲所示，甲所示，M、N为竖为竖直放置彼此直放置彼此平行的两平行的两块块平板，板平板，板间间距离距离为为d，两板中央各有一个，两板中央各有一个小孔小孔O、O正正对对，在两板，在两板间间有垂直于有垂直于纸纸面方向的磁面方向的磁场场，磁感，磁感应应强强度随度随时间时间的的变变化如化如图图乙所示有一群乙所示有一群正离子在正离子在t0时时垂直于垂直于M板从小孔板从小孔O射入磁射入磁场场已知已知正离子正离子质质量量为为m、带电带电

22、荷量荷量为为q，正离子在磁，正离子在磁场场中做中做匀速匀速圆圆周运周运动动的周期与磁感的周期与磁感应应强强度度变变化的周期都化的周期都为为T0，不考，不考虑虑由于磁由于磁场变场变化而化而产产生的生的电场电场的影响，不的影响，不计计离子所受重力求：离子所受重力求：图图8212例例例例3 32021/8/11 星期三50(1)磁感磁感应应强强度度B0的大小；的大小；(2)要使正离子从要使正离子从O孔垂直于孔垂直于N板射出磁板射出磁场场，正离子射入磁正离子射入磁场时场时的速度的速度v0的可能的可能值值【思路点思路点拨拨】先分析正离子在交先分析正离子在交变变磁磁场场中中的运的运动动性性质质，明确物理，

23、明确物理过过程，然后判断出要程，然后判断出要使正离子垂直于使正离子垂直于N板射出磁板射出磁场场，必，必须让须让正离正离子从子从O孔垂直于孔垂直于M板射入磁板射入磁场场，且在磁，且在磁场场中中运运动动的的时间时间正好是磁正好是磁场变场变化周期的整数倍化周期的整数倍2021/8/11 星期三51图图82142021/8/11 星期三522021/8/11 星期三53【题题后反思后反思】周期性运周期性运动动的物体的模型常的物体的模型常具有具有对对称性，解常具有多称性，解常具有多样样性，根据性，根据题题意画意画出可能的运出可能的运动动情景情景图图是是进进一步求解的前提和一步求解的前提和基基础础这这些都些都须须在做在做题题当中引起注意当中引起注意2021/8/11 星期三54本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此点此进进入入课课件目件目录录按按ESC键键退出全屏播放退出全屏播放谢谢谢谢使用使用2021/8/11 星期三552021/8/11 星期三56