三维设计2014新课标高考物理一轮总复习课件磁场磁场对运动电荷的作用87张.ppt
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1、会计学1三维设计三维设计2014新课标高考物理一轮总复习新课标高考物理一轮总复习课件磁场磁场对运动课件磁场磁场对运动(yndng)电荷的作用电荷的作用87张张第一页,共88页。记一记记一记 1洛伦兹力洛伦兹力 磁场磁场(cchng)对对 的作用力。的作用力。2洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向 左手定则:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与左手定则:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向 运动的方向,这时运动的方向,这时 所指的方向就是运动的正电荷在磁场所指的方向就是运动的正电荷在磁
2、场(cchng)中所受洛伦兹力的方向。中所受洛伦兹力的方向。运动运动(yndng)电电荷荷正电荷正电荷拇指拇指(mzh)第1页/共87页第二页,共88页。3洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小(dxio)F ,为为v与与B的夹角,如图的夹角,如图821所示。所示。(1)vB时,时,0或或180,洛伦兹力,洛伦兹力F 。(2)vB时,时,90,洛伦兹力,洛伦兹力F 。(3)v0时,洛伦兹力时,洛伦兹力F 。图图821qvBsin qvB00第2页/共87页第三页,共88页。试一试试一试1如图如图822所示,电子枪射出的电子束进入示波管,所示,电子枪射出的电子束进入示波管,在示波管正下方有竖直在示波管正下
3、方有竖直(sh zh)放置的通电环形导线,则示放置的通电环形导线,则示波管中的电子束将波管中的电子束将 ()图图822第3页/共87页第四页,共88页。A向上偏转向上偏转B向下偏转向下偏转C向纸外偏转向纸外偏转 D向纸里偏转向纸里偏转解析:环形导线在示波管处产生的磁场方向垂直于纸面向解析:环形导线在示波管处产生的磁场方向垂直于纸面向(min xin)外,由左手定则可判断,电子受到的洛伦兹外,由左手定则可判断,电子受到的洛伦兹力向上,故力向上,故A正确。正确。答案:答案:A第4页/共87页第五页,共88页。带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动(yndng)想一想想一想 一电子在匀
4、强磁场中,以一正电荷为圆心在一圆轨道上运行。磁一电子在匀强磁场中,以一正电荷为圆心在一圆轨道上运行。磁场方向垂直于它的运动平面场方向垂直于它的运动平面(pngmin),电场力恰好是磁场作用在电子,电场力恰好是磁场作用在电子上的磁场力的上的磁场力的3倍,电子电荷量为倍,电子电荷量为e,质量为,质量为m,磁感应强度为,磁感应强度为B,那么电,那么电子运动的角速度可能为多少?子运动的角速度可能为多少?超超链链接接第5页/共87页第六页,共88页。记一记记一记 1洛伦兹力的特点洛伦兹力的特点 洛伦兹力不改变带电粒子速度的洛伦兹力不改变带电粒子速度的 ,或者说,洛伦兹力,或者说,洛伦兹力对带电粒子不做功
5、。对带电粒子不做功。2粒子的运动粒子的运动(yndng)性质性质 (1)若若v0B,则粒子,则粒子 ,在磁场中做匀速直线运,在磁场中做匀速直线运动动(yndng)。(2)若若v0B,则带电粒子在匀强磁场中做,则带电粒子在匀强磁场中做 。大小大小(dxio)不受洛伦兹力不受洛伦兹力匀速圆周运动匀速圆周运动(yndng)第6页/共87页第七页,共88页。3半径和周期公式半径和周期公式 (1)洛伦兹力方向总与速度方向垂直,正好起到了洛伦兹力方向总与速度方向垂直,正好起到了向心力的作用。根据牛顿向心力的作用。根据牛顿(ni dn)第二定律,表达式第二定律,表达式为为 。(2)半径公式半径公式r ,周期
6、公式,周期公式T 。第7页/共87页第八页,共88页。试一试试一试第8页/共87页第九页,共88页。图图823解析:带正电的粒子射入解析:带正电的粒子射入(sh r)磁磁场后,由于受到洛伦兹力的作用,场后,由于受到洛伦兹力的作用,粒子将沿如图所示虚线所示的轨迹粒子将沿如图所示虚线所示的轨迹运动,从运动,从A点射出磁场,点射出磁场,O、A间的间的距离为距离为l,射出磁场时速度的大小仍,射出磁场时速度的大小仍为为v0,射出,射出第9页/共87页第十页,共88页。的方向的方向(fngxing)与与x轴的夹角仍为轴的夹角仍为。由洛伦兹力公式和牛顿运动定律可得由洛伦兹力公式和牛顿运动定律可得第10页/共
7、87页第十一页,共88页。质谱仪和回旋质谱仪和回旋(huxun)加速器加速器记一记记一记 1质谱仪质谱仪 (1)构造:如图构造:如图824所示,由粒子源、所示,由粒子源、和照相和照相(zho xing)底片等构成。底片等构成。图图824加速加速(ji s)电场电场匀强磁场匀强磁场第11页/共87页第十二页,共88页。第12页/共87页第十三页,共88页。2回旋加速器回旋加速器 (1)构造:如图构造:如图825所示,所示,D1、D2是是半圆金属盒,半圆金属盒,D形盒的缝隙形盒的缝隙(fngx)处接处接 电源。电源。D形盒处于匀强磁场中。形盒处于匀强磁场中。交流交流(jioli)图图825相等相等
8、(xingdng)磁感应强度磁感应强度B半径半径R无关无关第13页/共87页第十四页,共88页。试一试试一试3如图如图826是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速被加速(ji s)电场加速电场加速(ji s)后,进入速度选择器。速后,进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为为B和和E。平板。平板S上有可让粒子通过的狭缝上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子和记录粒子位置的胶片位置的胶片A1A2。平板。平板S下方有强度为下方有强度为B0的匀强磁场。的匀强磁场。下列表述正确的是下列表述正确的
9、是 ()图图826第14页/共87页第十五页,共88页。A质谱仪是分析质谱仪是分析(fnx)同位素的重要工具同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外C能通过狭缝能通过狭缝P的带电粒子的速率等于的带电粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小,粒子的比荷越小答案答案(d n):ABC第15页/共87页第十六页,共88页。对洛伦兹力的理解对洛伦兹力的理解(lji)1.洛伦兹力和安培力的关系洛伦兹力和安培力的关系 洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力,而安培力是导体洛伦兹力是单个运动电荷在磁
10、场中受到的力,而安培力是导体中所有定向中所有定向(dn xin)移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现。移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现。2洛伦兹力的特点洛伦兹力的特点 (1)洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面,所以洛伦兹力只改变速度的方向,定的平面,所以洛伦兹力只改变速度的方向,第16页/共87页第十七页,共88页。不改变速度的大小,即洛伦兹力永不做功不改变速度的大小,即洛伦兹力永不做功(zugng)。(2)当电荷运动方向发生变化时,洛伦兹力的方向也随之当电荷运动方向发生变化时,洛伦兹力的方向也随之变化。变化
11、。(3)用左手定则判断负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力用左手定则判断负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时,要注意将四指指向电荷运动的反方向。时,要注意将四指指向电荷运动的反方向。3洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力与电场力的比较 内容内容(nirng)对应力对应力(yngl)比较项目比较项目洛伦兹力洛伦兹力F电场力电场力F性质性质磁场对在其中运动电磁场对在其中运动电荷的作用力荷的作用力电场对放入其中电荷的电场对放入其中电荷的作用力作用力第17页/共87页第十八页,共88页。正电荷与电场方向正电荷与电场方向(fngxing)相同,相同,负电荷与电场方向负电荷与电场方向(fngxing)相反相反一定一定
12、(ydng)是是FB,Fv力方向力方向(fngxing)与场与场方向方向(fngxing)的关系的关系FqEFqvB(vB)大小大小电场中的电荷一电场中的电荷一定受到电场力作定受到电场力作用用v0且且v不与不与B平行平行产生条件产生条件电场力电场力F洛伦兹力洛伦兹力F对应力对应力内容内容比较项目比较项目第18页/共87页第十九页,共88页。既可以改变既可以改变(gibin)电荷电荷运动的速度大小,也可以改运动的速度大小,也可以改变变(gibin)电荷运动的方电荷运动的方向向只改变电荷只改变电荷(dinh)运运动的速度方向,不改变动的速度方向,不改变速度大小速度大小作用作用(zuyng)效果效果
13、F为零,为零,E一定为零一定为零F为零,为零,B不一定为不一定为零零力力F为零时场的为零时场的情况情况可能做正功、负功,可能做正功、负功,也可能不做功也可能不做功任何情况下都不任何情况下都不做功做功做功情况做功情况电场力电场力F洛伦兹力洛伦兹力F对应力对应力内容内容比较项目比较项目第19页/共87页第二十页,共88页。例例1(2013长沙模拟长沙模拟)在垂直纸面在垂直纸面水平向里,磁感应强度为水平向里,磁感应强度为B的匀强磁场中,的匀强磁场中,有一固定在水平地面上的光滑有一固定在水平地面上的光滑(gung hu)半圆槽,半圆槽,一个带电荷量为一个带电荷量为q,质量为,质量为m的小球在的小球在如
14、图如图827所示位置从静止滚下,小球滚到槽底时对槽底的所示位置从静止滚下,小球滚到槽底时对槽底的压力大小等于压力大小等于mg,求圆槽轨道的半径,求圆槽轨道的半径R。洛伦兹力对运动电荷永不做功,而安培力对通电洛伦兹力对运动电荷永不做功,而安培力对通电(tng din)导线可做正功,可做负功,也可不做功。导线可做正功,可做负功,也可不做功。图图827第20页/共87页第二十一页,共88页。审题指导审题指导 小球滚到槽底过程中只有重力做功,槽的支持力、洛伦兹力小球滚到槽底过程中只有重力做功,槽的支持力、洛伦兹力不做功,根据牛顿第二定律以及圆周运动规律不做功,根据牛顿第二定律以及圆周运动规律(gul)
15、即可求解。即可求解。第21页/共87页第二十二页,共88页。第22页/共87页第二十三页,共88页。带电粒子在有界磁场带电粒子在有界磁场(cchng)中的运动分析中的运动分析1.圆心圆心(yunxn)的确的确定定图图828第23页/共87页第二十四页,共88页。(1)已知入射方向和出射方向时,可通过入射点和出射点作垂已知入射方向和出射方向时,可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线,两条直线的交点就是圆弧轨道直于入射方向和出射方向的直线,两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心的圆心(如图如图828甲所示,图中甲所示,图中P为入射点,为入射点,M为出射点为出射点)。(2)已知入射方向和出射
16、点的位置已知入射方向和出射点的位置(wi zhi)时,可以通过入射时,可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其中垂线,这两点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其中垂线,这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图如图828乙所示,乙所示,P为入射为入射点,点,M为出射点为出射点)。第24页/共87页第二十五页,共88页。(3)带电粒子在不同边界磁场中的运动:带电粒子在不同边界磁场中的运动:直线边界直线边界(进出进出(jnch)磁场具有对称性,如图磁场具有对称性,如图829所所示示)。平行边界平行边界(存在存在(cnzi)临界条件,如图临界条件,如
17、图8210所示所示)。图图829第25页/共87页第二十六页,共88页。图图8210 圆形边界圆形边界(binji)(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8211所示所示)。图图8211第26页/共87页第二十七页,共88页。2半径的确定和计算半径的确定和计算 利用平面几何利用平面几何(j h)关系,求出该圆的可能半径关系,求出该圆的可能半径(或圆心角或圆心角),求解时注意以下几个重要的几何,求解时注意以下几个重要的几何(j h)特特点:点:图图8212第27页/共87页第二十八页,共88页。(1)粒子速度粒子速度(sd)的偏向角的偏向角()等于圆心角等于圆心角(),并等于
18、,并等于AB弦与切线的夹角弦与切线的夹角(弦切角弦切角)的的2倍倍(如图如图8212),即,即2t。(2)相对的弦切角相对的弦切角()相等,与相邻的弦切角相等,与相邻的弦切角()互补,即互补,即180。(3)直角三角形的几何知识直角三角形的几何知识(勾股定理勾股定理)。AB中点中点C,连接,连接OC,则,则ACO、BCO都是直角三角形。都是直角三角形。第28页/共87页第二十九页,共88页。例例2如图如图8213所示,虚线圆所围区域内有方向垂直所示,虚线圆所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场纸面向里的匀强磁场(cchng),磁感应强度为,磁感应强度为B。一束电子沿圆。一束电子沿圆形区域的直径
19、方向以速度形区域的直径方向以速度v射入磁场射入磁场(cchng),电子束经过磁场,电子束经过磁场(cchng)区后,其运动方向与原入射方向成区后,其运动方向与原入射方向成角。设电子质量为角。设电子质量为m,电荷量为,电荷量为e,不计电子之间相互作用力及所受的重力,求:,不计电子之间相互作用力及所受的重力,求:第29页/共87页第三十页,共88页。图图8213(1)电子在磁场电子在磁场(cchng)中运动轨迹的半径中运动轨迹的半径R;(2)电子在磁场电子在磁场(cchng)中运动的时间中运动的时间t;(3)圆形磁场圆形磁场(cchng)区域的半径区域的半径r。审题指导审题指导第一步:抓关键点第一
20、步:抓关键点为偏向角等于为偏向角等于(dngy)轨轨道圆弧所对圆心角道圆弧所对圆心角(2)运动运动(yndng)方向与原入射方向与原入射方向成方向成角角沿半径方向入射,一定会沿半径沿半径方向入射,一定会沿半径方向射出方向射出(1)一束电子沿圆形区域的直径方一束电子沿圆形区域的直径方向射入向射入获取信息获取信息关键点关键点第30页/共87页第三十一页,共88页。第二步:找突破口第二步:找突破口 (1)要求要求(yoqi)轨迹半径轨迹半径应根据洛伦兹力提供向心应根据洛伦兹力提供向心力。力。(3)要求圆形磁场区域要求圆形磁场区域(qy)的半径的半径可根据几何关系求可根据几何关系求解。解。第31页/共
21、87页第三十二页,共88页。第32页/共87页第三十三页,共88页。带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序(chngx)解题法解题法三步法三步法 (一一)画轨迹:即画出轨迹,并确定圆心,几何方法画轨迹:即画出轨迹,并确定圆心,几何方法求半径。求半径。(二二)找联系:轨道半径与磁感应强度、运动速度相找联系:轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系,偏转角度与圆心角、运动时间相联系,在磁场中联系,偏转角度与圆心角、运动时间相联系,在磁场中运动的时间与周期相联系。运动的时间与周期相联系。(三三)用规律:即牛顿第二定律和圆周运动的规律,用规律:即牛顿第二定律和圆周
22、运动的规律,特别是周期公式、半径公式。特别是周期公式、半径公式。第33页/共87页第三十四页,共88页。带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动(yndng)的多解问题的多解问题 1.带电粒子带电粒子(lz)电性不确定形成多解电性不确定形成多解 受洛伦兹力作用的带电粒子受洛伦兹力作用的带电粒子(lz),可能带正电,也可能带负,可能带正电,也可能带负电,在相同的初速度的条件下,正、负粒子电,在相同的初速度的条件下,正、负粒子(lz)在磁场中运动轨在磁场中运动轨迹不同,形成多解。迹不同,形成多解。如图如图8214甲,带电粒子甲,带电粒子(lz)以速率以速率v垂直进入匀强磁场,垂直进入匀强磁场,如带
23、正电,其轨迹为如带正电,其轨迹为a,如带负电,其轨迹为,如带负电,其轨迹为b。图图8214第34页/共87页第三十五页,共88页。2磁场方向不确定形成多解磁场方向不确定形成多解 有些题目只告诉了磁感应强度的大小,而未具体指出有些题目只告诉了磁感应强度的大小,而未具体指出磁感应强度的方向,此时必须要考虑磁感应强度的方向,此时必须要考虑(kol)磁感应强度方磁感应强度方向不确定而形成的多解。向不确定而形成的多解。如图如图8214乙,带正电粒子以速率乙,带正电粒子以速率v垂直进入匀强磁垂直进入匀强磁场,如场,如B垂直纸面向里,其轨迹为垂直纸面向里,其轨迹为a,如,如B垂直纸面向外,其垂直纸面向外,其
24、轨迹为轨迹为b。第35页/共87页第三十六页,共88页。3临界状态临界状态(ln ji zhun ti)不唯一形成多解不唯一形成多解 带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时,由于粒子带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时,由于粒子运动轨迹是圆弧状,因此,它可能穿过去了,也可能转过运动轨迹是圆弧状,因此,它可能穿过去了,也可能转过180从入射界面这边反向飞出,如图从入射界面这边反向飞出,如图8215甲所示,于是甲所示,于是形成了多解。形成了多解。图图8215 4运动的周期性形成多解运动的周期性形成多解 带电粒子在部分是电场带电粒子在部分是电场(din chng),部分是磁场的空间运动时,部分是磁
25、场的空间运动时,运动往往具有往复性,从而形成多解。如图运动往往具有往复性,从而形成多解。如图8215乙所示。乙所示。第36页/共87页第三十七页,共88页。例例3(2013苏州模拟苏州模拟)如图如图8216甲所示,甲所示,M、N为竖为竖直放置彼此平行的两块平板直放置彼此平行的两块平板(pngbn),板间距离为,板间距离为d,两板中,两板中央各有一个小孔央各有一个小孔O、O正对,在两板间有垂直于纸面方向的磁正对,在两板间有垂直于纸面方向的磁场,磁感应强度随时间的变化如图乙所示,设垂直纸面向里的场,磁感应强度随时间的变化如图乙所示,设垂直纸面向里的磁场方向为正方向。有一群正离子在磁场方向为正方向。
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