（通用版）2020版高考物理大一輪復習 9.2 第2節(jié) 磁場對運動電荷的作用課件 新人教版.ppt

1、第2節(jié)磁場對運動電荷的作用,基礎夯實,自我診斷,一、洛倫茲力、洛倫茲力的方向和洛倫茲力的公式 1.洛倫茲力:磁場對運動電荷的作用力叫洛倫茲力。 2.洛倫茲力的方向 (1)判定方法:左手定則 掌心磁感線垂直穿入掌心。 四指指向正電荷運動的方向或負電荷運動的反方向。 拇指指向洛倫茲力的方向。 (2)方向特點:FB,Fv,即F垂直于B和v決定的平面。,基礎夯實,自我診斷,3.洛倫茲力的大小 F=qvBsin ,為v與B的夾角,如圖所示。 (1)vB,=0或180,洛倫茲力F=0。 (2)vB時,=90,洛倫茲力F=qvB。 (3)v=0時,洛倫茲力F=0。,基礎夯實,自我診斷,二、帶電粒子在勻強磁場

2、中的運動 1.若vB,帶電粒子以入射速度v做勻速直線運動。 2.若vB,帶電粒子在垂直于磁感線的平面內,以入射速度v做勻速圓周運動。 3.基本公式,基礎夯實,自我診斷,1.洛倫茲力對運動電荷做功嗎?它是否改變運動電荷速度的方向? 提示：不做功,只改變運動電荷速度的方向。 2.為什么帶電粒子在電場力、重力和洛倫茲力共同作用下的直線運動只能是勻速直線運動? 提示：如果是變速,則洛倫茲力會變化,而洛倫茲力總是和速度方向垂直的,所以就不可能是直線運動。 3.帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動時,T、f和的大小與哪些因素有關? 提示：T、f和的大小與軌道半徑R和運行速率v無關,只與磁場的磁感應強度B和粒

3、子的比荷 有關。比荷 相同的帶電粒子,在同樣的勻強磁場中,T、f和相同。,基礎夯實,自我診斷,1.下列關于洛倫茲力的說法正確的是() A.只要速度大小相同,所受洛倫茲力就相同 B.如果把+q改為-q,且速度反向,大小不變,則洛倫茲力的大小、方向均不變 C.洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直,磁場方向一定與電荷運動方向垂直 D.粒子在只受到洛倫茲力作用下運動的動能、速度均不變,答案,解析,基礎夯實,自我診斷,2.下列各圖中,運動電荷的速度方向、磁感應強度方向和電荷的受力方向之間的關系正確的是(),答案,解析,基礎夯實,自我診斷,3.(多選)如圖所示,一重力不計的帶電粒子以一定的速率從a點對準圓心

4、射入一圓形勻強磁場,恰好從b點射出。增大粒子射入磁場的速率,下列判斷正確的是() A.該粒子帶正電B.該粒子帶負電 C.粒子從ab間射出D.粒子從bc間射出,答案,解析,基礎夯實,自我診斷,4.右圖為洛倫茲力演示儀的結構圖。勵磁線圈產生的勻強磁場方向垂直紙面向外,電子束由電子槍產生,其速度方向與磁場方向垂直。電子速度大小可通過電子槍的加速電壓來控制,磁場強弱可通過勵磁線圈的電流來調節(jié)。下列說法正確的是() A.僅增大勵磁線圈的電流,電子束徑跡的半徑變大 B.僅提高電子槍的加速電壓,電子束徑跡的半徑變大 C.僅增大勵磁線圈的電流,電子做圓周運動的周期將變大 D.僅提高電子槍的加速電壓,電子做圓周

5、運動的周期將變大,答案,解析,基礎夯實,自我診斷,5.兩個帶電粒子以同一速度、同一位置進入勻強磁場,在磁場中它們的運動軌跡如圖所示。粒子a的運動軌跡半徑為r1,粒子b的運動軌跡半徑為r2,且r2=2r1,q1、q2分別是粒子a、b所帶的電荷量,則(),A.a帶負電、b帶正電,兩粒子的比荷之比為21 B.a帶負電、b帶正電,兩粒子的比荷之比為12 C.a帶正電、b帶負電,兩粒子的比荷之比為21 D.a帶正電、b帶負電,兩粒子的比荷之比為11,答案,解析,考點一,考點二,考點三,考點四,對洛倫茲力的理解(自主悟透) 1.洛倫茲力的特點 (1)利用左手定則判斷洛倫茲力的方向,注意區(qū)分正、負電荷。 (

6、2)當電荷運動方向發(fā)生變化時,洛倫茲力的方向也隨之變化。 (3)運動電荷在磁場中不一定受洛倫茲力作用。 (4)洛倫茲力一定不做功。 2.洛倫茲力與安培力的聯(lián)系及區(qū)別 (1)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn),二者是相同性質的力,都是磁場力。 (2)安培力可以做功,而洛倫茲力對運動電荷不做功。,考點一,考點二,考點三,考點四,3.洛倫茲力與電場力的比較,考點一,考點二,考點三,考點四,考點一,考點二,考點三,考點四,突破訓練 1.如圖所示,在赤道處,將一小球向東水平拋出,落地點為a;給小球帶上電荷后,仍以原來的速度拋出,考慮地磁場的影響,下列說法正確的是() A.無論小球帶何種電荷,小球仍會落在a點 B

7、.無論小球帶何種電荷,小球下落時間都會延長 C.若小球帶負電荷,小球會落在更遠的b點 D.若小球帶正電荷,小球會落在更遠的b點,答案,解析,考點一,考點二,考點三,考點四,2.在如圖所示寬度范圍內,用電場強度為E的勻強電場可使初速度是v0的某種正粒子偏轉角,在同樣寬度范圍內,若改用方向垂直于紙面向外的勻強磁場(圖中未畫出),使該粒子穿過該區(qū)域,并使偏轉角也為(不計粒子的重力)。 (1)勻強磁場的磁感應強度是多大? (2)粒子穿過電場和磁場的時間之比是多大?,答案,解析,考點一,考點二,考點三,考點四,規(guī)律總結1.帶電粒子在勻強電場中常做類平拋運動,可采用運動的分解的方法來分析。 2.帶電粒子在

8、勻強磁場中常做勻速圓周運動,可采用勻速圓周運動的相關規(guī)律分析。,考點一,考點二,考點三,考點四,帶電粒子在有界磁場中的圓周運動(師生共研) 1.帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的思想方法和理論依據 一般說來,要把握好“一找圓心,二定半徑,三求時間”的分析方法。在具體問題中,要依據題目條件和情景而定。解題的理論依據主要,考點一,考點二,考點三,考點四,2.圓心的確定 (1)已知入射點、入射方向和出射點、出射方向時,可通過入射點和出射點作垂直于入射方向和出射方向的直線,兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心(如圖甲所示)。 (2)已知入射方向和入射點、出射點的位置時,可以通過入射點作入射方向的垂線,連

9、接入射點和出射點,作其中垂線,這兩條垂線的交點就是圓弧軌道的圓心(如圖乙所示)。,考點一,考點二,考點三,考點四,(3)帶電粒子在不同邊界磁場中的運動: 直線邊界(進出磁場具有對稱性,如圖丙所示)。,平行邊界(存在臨界條件,如圖丁所示)。,考點一,考點二,考點三,考點四,圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出,如圖戊所示)。,3.半徑的確定和計算 方法一由物理方法求:半徑R= 。 方法二由幾何方法求:一般由數學知識(勾股定理、三角函數等)計算來確定。,考點一,考點二,考點三,考點四,4.時間的計算方法,考點一,考點二,考點三,考點四,例1(2017全國卷)如圖所示,虛線所示的圓形區(qū)域內存在一垂直于紙

10、面的勻強磁場,P為磁場邊界上的一點。大量相同的帶電粒子以相同的速率經過P點,在紙面內沿不同方向射入磁場。若粒子射入速率為v1,這些粒子在磁場邊界的出射點分布在六分之一圓周上;若粒子射入速率為v2,相應的出射點分布在三分之一圓周上。不計重力及帶電粒子之間的相互作用。則v2v1為(),答案,解析,考點一,考點二,考點三,考點四,例2如圖所示,平面直角坐標系的第象限內有一勻強磁場垂直于紙面向里,磁感應強度為B。一質量為m、電荷量為q的粒子以速度v從O點沿著與y軸夾角為30的方向進入磁場,運動到A點時速度方向與x軸的正方向相同,不計粒子的重力,則() A.該粒子帶正電,D.運動過程中粒子的速度不變,答

11、案,解析,考點一,考點二,考點三,考點四,規(guī)律總結有關帶電粒子在有界磁場中做勻速圓周運動問題的解題“三步法”,考點一,考點二,考點三,考點四,突破訓練 3.如圖所示,一個理想邊界為PQ、MN的勻強磁場區(qū)域,磁場寬度為d,方向垂直紙面向里。一電子從O點沿紙面垂直PQ以速度v0進入磁場。若電子在磁場中運動的軌道半徑為2d。O在MN上,且OO與MN垂直。下列判斷正確的是() A.電子將向右偏轉 B.電子打在MN上的點與O點的距離為d,答案,解析,考點一,考點二,考點三,考點四,4.如圖所示,虛線圓所圍區(qū)域內有方向垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應強度為B。一束電子沿圓形區(qū)域的直徑方向以速度v射入磁場,電

12、子束經過磁場區(qū)后,其運動方向與原入射方向成角。設電子質量為m,電荷量為e,不計電子之間的相互作用力及所受的重力。求: (1)電子在磁場中運動軌跡的半徑R; (2)電子在磁場中運動的時間t; (3)圓形磁場區(qū)域的半徑r。,答案,解析,考點一,考點二,考點三,考點四,帶電粒子在磁場中運動的多解問題(師生共研),考點一,考點二,考點三,考點四,考點一,考點二,考點三,考點四,例3(多選)長為l的水平極板間有垂直紙面向里的勻強磁場,如圖所示。磁感應強度為B,板間距離也為l,極板不帶電?，F(xiàn)有質量為m、電荷量為q的帶正電粒子(不計重力),從左邊極板間中點處垂直磁感線以速度v水平射入磁場,欲使粒子不打在極板

13、上,可采用的辦法是(),答案,解析,考點一,考點二,考點三,考點四,例4(多選)如圖所示,兩方向相反、磁感應強度大小均為B的勻強磁場被邊長為L的等邊三角形ABC理想分開,三角形內磁場垂直紙面向里,三角形頂點A處有一質子源,能沿BAC的平分線發(fā)射速度不同的質子(質子重力不計),所有質子均能通過C點,質子比荷 =k,則質子的速度可能為(),答案,解析,考點一,考點二,考點三,考點四,方法歸納巧解帶電粒子在磁場中運動的多解問題 1.分析題目特點,確定題目多解的形成原因。 2.作出粒子的運動軌跡示意圖(全面考慮多種可能性)。 3.若為周期性重復的多解問題,尋找通項式,若是出現(xiàn)幾種解的可能性,注意每種解

14、出現(xiàn)的條件。,考點一,考點二,考點三,考點四,突破訓練 5.在紙面內固定一邊長為l的等邊三角形框架abc,熒光屏ef平行ac邊放置,ef與ac的距離為 l,整個裝置處在垂直紙面向外、磁感應強度大小為B的勻強磁場中。質量為m、電荷量為+q的粒子從a點在紙面內沿垂直ab邊的方向射出,如圖所示,最終經c點進入acfe區(qū)域。若粒子與三角形框架ab、bc邊碰撞,則在碰撞過程中粒子不損失能量且電荷量保持不變,并要求碰撞時速度方向與被碰邊垂直,不計粒子的重力。 (1)若粒子與ab邊發(fā)生多次碰撞,求相鄰兩次碰撞的時間間隔; (2)求粒子做圓周運動的半徑; (3)求粒子從a點到第一次通過c點過程中通過的路程。,

15、考點一,考點二,考點三,考點四,考點一,考點二,考點三,考點四,帶電粒子在有界磁場中的臨界極值問題(師生共研) 帶電粒子進入有界磁場區(qū)域,一般存在臨界問題(或邊界問題)以及極值問題。解決這類問題的方法思路如下: (1)直接分析、討論臨界狀態(tài),找出臨界條件,從而通過臨界條件求出臨界值。 (2)以定理、定律為依據,首先求出所研究問題的一般規(guī)律和一般解的形式,然后再分析、討論臨界條件下的特殊規(guī)律和特殊解。,考點一,考點二,考點三,考點四,例5如圖所示,在屏蔽裝置底部中心位置O點放一醫(yī)用放射源,可通過細縫沿扇形區(qū)域向外輻射速率為v=3.2106 m/s的粒子。已知屏蔽裝置寬AB=9 cm,縫長AD=1

16、8 cm,粒子的質量m=6.6410-27 kg,電荷量q=3.210-19 C。若在屏蔽裝置右側條形區(qū)域內加一勻強磁場來隔離輻射,磁感應強度B=0.332 T,方向垂直于紙面向里,整個裝置放于真空環(huán)境中。,考點一,考點二,考點三,考點四,(1)若所有的粒子均不能從條形磁場隔離區(qū)的右側穿出,則磁場的寬度d至少是多少? (2)若條形磁場的寬度d=20 cm,則射出屏蔽裝置的粒子在磁場中運動的最長時間和最短時間各是多少?(結果可帶根號),解析： (1)由題意:AB=9 cm,AD=18 cm,可得 BAO=ODC=45 所有粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑相同,設為R,根據牛頓第二定律有,解得R=

17、0.2 m=20 cm。 由題意及幾何關系可知:若條形磁場區(qū)域的右邊界與沿OD方向進入磁場的粒子的圓周軌跡相切,則所有粒子均不能從條形磁場隔離區(qū)右側穿出,此時磁場的寬度最小,如圖甲所示。,考點一,考點二,考點三,考點四,設此時磁場寬度d=d0,由幾何關系得 d0=R+Rcos 45=(20+10 ) cm。 則磁場的寬度至少為(20+10 )10-2 m。,考點一,考點二,考點三,考點四,(2)設粒子在磁場內做勻速圓周運動的周期為T,則,考點一,考點二,考點三,考點四,設速度方向垂直于AD進入磁場區(qū)域的粒子的入射點為E,如圖乙所示。因磁場寬度d=20 cmd0,且R=20 cm,則在EOD間進

18、入磁場區(qū)域的粒子均能穿出磁場右邊界,在EOA間進入磁場區(qū)域的粒子均不能穿出磁場右邊界,沿OE方向進入磁場區(qū)域的粒子運動軌跡與磁場右邊界相切,在磁場中運動時間最長。設在磁場中運動的最長時間為tmax,則tmax= 若粒子在磁場中做勻速圓周運動對應的圓弧軌跡的弦長最短,則粒子在磁場中運動的時間最短。最短的弦長為磁場寬度d。設在磁場中運動的最短時間為tmin,軌跡如圖乙所示,因R=d,則圓弧對應的圓心角為60,故tmin=,考點一,考點二,考點三,考點四,思維點撥(1)判斷粒子在磁場中的偏轉方向;計算粒子在磁場中運動的軌跡半徑。 (2)采取作圖法找粒子軌跡的右邊界,確定第(1)問中的臨界條件。 (3)在粒子做圓