高中物理课件第6章第3节洛伦兹力的应用.ppt

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1、第第6 6章章第第3 3节节新知预习新知预习巧设计巧设计名师课堂名师课堂一点通一点通创新演练创新演练大冲关大冲关读教材读教材填要点填要点要点一要点一要点二要点二随堂检测随堂检测 归纳小结归纳小结课下作业课下作业 综合提升综合提升试身手试身手夯基础夯基础要点三要点三返回返回返回1了解了解带电带电粒子在洛粒子在洛伦兹伦兹力作用下的力作用下的运运动规动规律。律。2掌握掌握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速圆圆周运周运动动的的规规律和分析方法。律和分析方法。3知道回旋加速器、知道回旋加速器、质谱仪质谱仪的构造、的构造、原理及基本用途。原理及基本用途。返回返回读读教材教材填要点填要点一

2、、一、带电带电粒子在磁粒子在磁场场中的运中的运动动(1)当没有磁当没有磁场场作用作用时时，电电子的运子的运动轨动轨迹迹为为。(2)当当电电子垂直射入匀子垂直射入匀强强磁磁场场中中时时，电电子的运子的运动轨动轨迹迹为为一个一个圆圆，所需要的向心力是由，所需要的向心力是由提供的。提供的。(3)当当电电子斜射入匀子斜射入匀强强磁磁场场中中时时，电电子运子运动动的的轨轨迹是迹是一条螺旋一条螺旋线线。直直线线洛洛伦兹伦兹力力返回返回不不变变返回有有无无返回2质谱仪质谱仪(1)原理原理图图：如：如图图632所示。所示。图图632返回qBv返回半径半径r质质量量m质质量量同位素同位素返回图图633返回答案：

3、答案：C返回2电电子在匀子在匀强强磁磁场场中做匀速中做匀速圆圆周运周运动动，下列，下列说说法正确法正确的是的是()A速率越大，周期越大速率越大，周期越大B速度越小，周期越大速度越小，周期越大C速度方向与磁速度方向与磁场场方向平行方向平行D速度方向与磁速度方向与磁场场方向垂直方向垂直答案：答案：D返回3回旋加速器上所加的交流回旋加速器上所加的交流电电的的电压电压越大，粒子越大，粒子经过经过D形盒形盒间间隙隙时时，电场电场力做功越多，粒子力做功越多，粒子飞飞出出D形盒的末形盒的末动动能是否也越大？能是否也越大？返回4质谱仪质谱仪是一种是一种测测定定带电带电粒子粒子质质量和分析同位素的重要量和分析同

4、位素的重要工具，它的构造原理如工具，它的构造原理如图图634所示。离子源所示。离子源S产产生生质质量量为为m、电电荷量荷量为为q的正离子，离子的正离子，离子产产生出来生出来时时速度速度很小，可以看做速度很小，可以看做速度为为零。零。产产生的离子生的离子经过电压经过电压U加速，加速，进进入磁感入磁感应应强强度度为为B的匀的匀强强磁磁场场，沿着半，沿着半圆圆周运周运动动，到，到达达记录记录它的照相底片上的它的照相底片上的P点。点。测测得得P点到入口点到入口处处S1的的距离距离为为x。试试求离子的求离子的质质量量m。返回图图634返回返回返回返回1运运动动分析分析如如图图635所示，若所示，若带电带

5、电粒子沿垂粒子沿垂直磁直磁场场方向射入磁方向射入磁场场，即，即90时时，带电带电粒子所受洛粒子所受洛伦兹伦兹力力F洛洛qvB，方向，方向总总与速与速度度v方向垂直。洛方向垂直。洛伦兹伦兹力提供向心力，使力提供向心力，使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速圆圆周运周运动动。图图635返回返回名名师师点睛点睛(1)只有垂直于磁感只有垂直于磁感应应强强度方向度方向进进入匀入匀强强磁磁场场的的带电带电粒子，才能在磁粒子，才能在磁场场中做匀速中做匀速圆圆周运周运动动。(2)带电带电粒子做匀速粒子做匀速圆圆周运周运动动的半径与的半径与带电带电粒子粒子进进入磁入磁场时场时速率的大小有关，而周

6、期与速率、半径都速率的大小有关，而周期与速率、半径都无关。无关。返回1.已知已知氢氢核与氦核的核与氦核的质质量之比量之比m1 m21 4，电电荷量荷量之比之比q1 q21 2，当，当氢氢核与氦核以核与氦核以v1 v24 1的速度垂直的速度垂直于磁于磁场场方向射入磁方向射入磁场场后，分后，分别别做匀速做匀速圆圆周运周运动动，则氢则氢核核与氦核半径之比与氦核半径之比r1 r2_，周期之比，周期之比T1 T2_。思路点思路点拨拨粒子在匀粒子在匀强强磁磁场场中做匀速中做匀速圆圆周运周运动动，一般情况下，半径公式不要直接使用，特一般情况下，半径公式不要直接使用，特别别是做是做计计算算题题时时，应应先列出

7、洛先列出洛伦兹伦兹力充当向心力的方程。力充当向心力的方程。返回答案答案2 11 2返回(1)掌握粒子在匀掌握粒子在匀强强磁磁场场中做中做圆圆周运周运动动的的轨轨道半径和周道半径和周期公式是解决此期公式是解决此题题的关的关键键。(2)比例法是解物理比例法是解物理问题问题的有效方法之一。使用的程序的有效方法之一。使用的程序一般是：根据研究一般是：根据研究对对象的运象的运动过动过程确定相程确定相应应的物理的物理规规律，律，根据根据题题意确定运意确定运动过动过程中的恒量，分析剩余物理量之程中的恒量，分析剩余物理量之间间的的函数关系，建立比例式求解。函数关系，建立比例式求解。返回返回解决解决带电带电粒子

8、在匀粒子在匀强强磁磁场场中做匀速中做匀速圆圆周运周运动问题动问题的基的基本思路是找本思路是找圆圆心、定半径、画心、定半径、画轨轨迹。迹。1圆圆心的确定心的确定带电带电粒子粒子进进入一个有界磁入一个有界磁场场后的后的轨轨道是一段道是一段圆圆弧，如弧，如何确定何确定圆圆心是解决心是解决问题问题的前提，也是解的前提，也是解题题的关的关键键。圆圆心一心一定在与速度方向垂直的直定在与速度方向垂直的直线线上。上。返回在在实际问题实际问题中，中，圆圆心位置的确定极心位置的确定极为为重要，通常有重要，通常有两个方法：两个方法：(1)如如图图636甲所示，甲所示，图图中中P为为入射点，入射点，M为为出射出射点，

9、已知入射方向和出射方向点，已知入射方向和出射方向时时，可以通，可以通过过入射点和出入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直射点作垂直于入射方向和出射方向的直线线，两条直，两条直线线的的交点就是交点就是圆圆弧弧轨轨道的道的圆圆心心O。返回图图636返回(2)如如图图636乙所示，乙所示，图图中中P为为入射点，入射点，M为为出射出射点，已知入射方向和出射点的位置点，已知入射方向和出射点的位置时时，可以通，可以通过过入射点入射点作入射方向的垂作入射方向的垂线线，连连接入射点和出射点，作其中垂接入射点和出射点，作其中垂线线，这这两条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O。返

10、回2运运动动半径的确定半径的确定画出入射点、出射点画出入射点、出射点对应对应的半径，并作出相的半径，并作出相应应的的辅辅助三角形，利用三角形，求出半径的大小。助三角形，利用三角形，求出半径的大小。3圆圆心角的确定心角的确定(1)带电带电粒子射出磁粒子射出磁场场的速度方向与射入的速度方向与射入磁磁场场的速度方向的速度方向间间的的夹夹角角叫偏向角。偏向叫偏向角。偏向角等于角等于圆圆心角即心角即，如，如图图637所示。所示。(2)某段某段圆圆弧所弧所对应对应的的圆圆心角是心角是这这段段圆圆弧弦切角的二倍，弧弦切角的二倍，即即2。图图637返回返回2.如如图图638所示，在所示，在xOy平面内，平面内

11、，y0的区域有垂直于的区域有垂直于xOy平面向里的匀平面向里的匀强强磁磁场场，磁感，磁感应应强强度度为为B，一，一质质量量为为m、带电带电荷荷量大小量大小为为q的粒子从原点的粒子从原点O沿与沿与x轴轴正方向成正方向成60角方向以角方向以v0射入，粒子的重力不射入，粒子的重力不计计，求，求带电带电粒子在磁粒子在磁场场中运中运动动的的时时间间和和带电带电粒子离开磁粒子离开磁场时场时的位置。的位置。图图638思路点思路点拨拨确定粒子的确定粒子的电电性性判定洛判定洛伦兹伦兹力的方向力的方向画运画运动轨动轨迹迹确定确定圆圆心、半径、心、半径、圆圆心角心角确定运确定运动时动时间间及离开磁及离开磁场场的位置

12、。的位置。返回返回返回解答此解答此类问题应类问题应明确：明确：(1)画出画出带电带电粒子的运粒子的运动轨动轨迹，确定做迹，确定做圆圆周运周运动动的的圆圆心及心及对应圆对应圆心角大小，由几何关系确定半径。心角大小，由几何关系确定半径。(2)粒子在磁粒子在磁场场中的运中的运动时间动时间要根据粒子运要根据粒子运动圆动圆弧所弧所对应对应的的圆圆心角和粒子的运心角和粒子的运动动周期共同决定。周期共同决定。(3)带电带电粒子由直粒子由直线边线边界射入匀界射入匀强强磁磁场时场时，射入和射，射入和射出出时时的角度具有的角度具有对对称性。称性。对对称性是建立几何关系的重要称性是建立几何关系的重要方法。方法。返回

13、返回有界匀有界匀强强磁磁场场是指在局部空是指在局部空间间存在着匀存在着匀强强磁磁场场，带带电电粒子从磁粒子从磁场场区域外垂直磁区域外垂直磁场场方向射入磁方向射入磁场场区域，区域，经历经历一段匀速一段匀速圆圆周运周运动动后，又离开磁后，又离开磁场场区域。区域。边边界的界的类类型有如下几种：型有如下几种：(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639所所示。示。图图639返回(2)平行平行边边界：存在界：存在临临界条件，如界条件，如图图6310所示。所示。图图6310返回(3)圆圆形形边边界：沿径向射入必沿径向射出，如界：沿径向射入必沿径向射出，如图图6311所示

14、。所示。图图6311返回3.在以坐在以坐标标原点原点O为圆为圆心、半径心、半径为为r的的圆圆形区域内，存在磁感形区域内，存在磁感应应强强度大小度大小为为B、方向垂直于、方向垂直于纸纸面向里的匀面向里的匀强强磁磁场场，如，如图图6312所示。一个不所示。一个不计计重力的重力的带电带电粒子从粒子从磁磁场边场边界与界与x轴轴的交点的交点A处处以速度以速度v沿沿x方向射入磁方向射入磁场场，它恰好从磁它恰好从磁场边场边界与界与y轴轴的交点的交点C处处沿沿y方向方向飞飞出。出。图图6312返回返回返回返回解决解决带电带电粒子在有界磁粒子在有界磁场场中运中运动问题动问题的方法：的方法：解决此解决此类问题时类

15、问题时，找到粒子在磁，找到粒子在磁场场中做匀速中做匀速圆圆周运周运动动的的圆圆心位置、半径大小，以及与半径相关的几何关系是解心位置、半径大小，以及与半径相关的几何关系是解题题的关的关键键。解决此。解决此类问题时应类问题时应注意下列注意下列结论结论。(1)刚刚好穿出或好穿出或刚刚好不能穿出磁好不能穿出磁场场的条件是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。返回(2)当以一定的速率垂直射入磁当以一定的速率垂直射入磁场时场时，运，运动动的弧的弧长长越越长长，圆圆心角越大，心角越大，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时间动时间越越长长。(3)当

16、比荷相同，速率当比荷相同，速率v变变化化时时，在匀，在匀强强磁磁场场中运中运动动的的圆圆心角越大的，运心角越大的，运动时间动时间越越长长。返回返回返回1(对应对应要点一要点一)如如图图6313所示，虚所示，虚线线左左侧侧的匀的匀强强磁磁场场磁感磁感应应强强度度为为B1，虚，虚线线右右侧侧的匀的匀强强磁磁场场磁感磁感应应强强度度为为B2，且，且B12B2，当不，当不计计重力的重力的带电带电粒子从粒子从B1磁磁场场区域运区域运动动到到B2磁磁场场区域区域时时，粒子的，粒子的()图图6313返回A速率将加倍速率将加倍B轨轨迹半径将加倍迹半径将加倍C周期不周期不变变D做做圆圆周运周运动动的角速度将加倍

17、的角速度将加倍返回答案：答案：B返回2(对应对应要点二要点二)如如图图6314所示，一所示，一束束电电子子(电电荷量荷量为为e)以速度以速度v垂直射入垂直射入磁感磁感应应强强度度为为B，宽宽度度为为d的匀的匀强强磁磁场场中，穿中，穿过过磁磁场时场时速度方向与原来速度方向与原来入射方向的入射方向的夹夹角是角是30，则电则电子的子的质质量是量是_，穿，穿过过磁磁场场的的时间时间是是_。图图6314返回返回返回返回答案：答案：B返回返回返回（2）处处理理带电带电粒子在磁粒子在磁场场中的中的圆圆周运周运动问题动问题，通，通常先确定常先确定圆圆心，画出心，画出轨轨迹草迹草图图，结结合几何知合几何知识识确定确定轨轨迹迹半径，然后利用洛半径，然后利用洛伦兹伦兹力充当向心力列出方程求解。力充当向心力列出方程求解。（3）在回旋加速器中被加速粒子的最）在回旋加速器中被加速粒子的最终终能量由磁能量由磁感感应应强强度的大小和度的大小和D形盒的最大半径决定。形盒的最大半径决定。返回点击下图进入课下作业 综合提升