82磁场对运动电荷的作用.ppt

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1、第二节第二节 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用物理组物理组一、洛一、洛伦兹伦兹力力1定义：定义：运运动电动电荷在磁荷在磁场场中所受的力中所受的力2大小大小(1)vB时时，F0(2)vB时时，F 。(3)v与与B夹夹角角为为时时，F 。3方向：方向：F、v、B三者的关系三者的关系满满足足 定定则则4特点：特点：由于由于F始始终终 v的方向，故洛的方向，故洛伦兹伦兹力永不做功力永不做功利用左手定则判断洛伦兹力的方向时，四指必须与拇指垂直且指向正电利用左手定则判断洛伦兹力的方向时，四指必须与拇指垂直且指向正电荷运动的方向，对于负电荷四指应指向负电荷定向移动的反方向荷运动的方向，对于负电荷四指

2、应指向负电荷定向移动的反方向qvBqvBsin左手左手垂直于垂直于二、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动1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平行，方向平行，则带电则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垂直，方向垂直，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，以入射速度的平面内，以入射速度v做做 运运动动匀速直匀速直线线匀速匀速圆圆周周磁感磁感应应强强度度B 洛洛伦兹伦兹力的理解力的理解 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

3、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场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现2洛伦兹力方向的特点洛伦兹力方向的特点(1)洛洛伦兹伦兹力的方向力的方向总总是垂直于运是垂直于运动电动电荷速度方向和磁荷速度方向和磁场场方向确方向确定的平面定的平面(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，洛伦兹伦兹力的方向也随之力的方向也随之变变化化(3)用左手定用左手定则则判断判断负电负电荷在磁荷在磁场场中运中运动动所受的洛所受的洛伦兹伦兹力力时时，要，要注意将四指指向注意将四指指向电电荷运荷

4、运动动的反方向的反方向3洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力与电场力的比较1带电带电粒子垂直匀粒子垂直匀强强磁磁场场方向运方向运动时动时，会受到洛，会受到洛伦兹伦兹力的作力的作用下列表述正确的是用下列表述正确的是()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解析：解析：根据洛伦兹力的特点，洛伦兹力对带电粒子不做功，根据洛伦兹力的特点，洛伦兹力对带电粒子不做功，A错错B对；根据对；根据FqvB，可知洛伦兹力大小与速度有关，可知

5、洛伦兹力大小与速度有关，C错；洛错；洛伦兹力的作用效果就是改变粒子的运动方向，不改变速度的大伦兹力的作用效果就是改变粒子的运动方向，不改变速度的大小，小，D错错答案：答案：B2.初速度初速度为为v0的的电电子，沿平行于通子，沿平行于通电长电长直直导线导线的方向射出，直的方向射出，直导导线线中中电电流方向与流方向与电电子的初始运子的初始运动动方向如方向如图图所示，所示，则则()A电电子将向右偏子将向右偏转转，速率不，速率不变变B电电子将向左偏子将向左偏转转，速率改，速率改变变C电电子将向左偏子将向左偏转转，速率不，速率不变变D电电子将向右偏子将向右偏转转，速率改，速率改变变解析：解析：导线在电子

6、附近产生的磁场方向垂直纸面向里，由左手定导线在电子附近产生的磁场方向垂直纸面向里，由左手定则知，电子受到的洛伦兹力方向向右，电子向右偏转，但由于洛伦则知，电子受到的洛伦兹力方向向右，电子向右偏转，但由于洛伦兹力不做功，电子速率不变，兹力不做功，电子速率不变，A正确正确答案：答案：A3.(2012年长沙模拟年长沙模拟)如如图图所示，在所示，在x0、y0的空的空间间中有恒定的匀中有恒定的匀强强磁磁场场，磁感，磁感应应强强度的方向垂直于度的方向垂直于xOy平面向里，大小平面向里，大小为为B.现现有一有一质质量量为为m、电电量量为为q的的带电带电粒子，在粒子，在x轴轴上到原点的距离上到原点的距离为为x

7、0的的P点，点，以平行于以平行于y轴轴的初速度射入此磁的初速度射入此磁场场，在磁，在磁场场作用下沿垂直于作用下沿垂直于y轴轴的的方向射出此磁方向射出此磁场场，不，不计计重力的影响由重力的影响由这这些条件可知些条件可知()A能确定粒子通能确定粒子通过过y轴时轴时的位置的位置B能确定粒子速度的大小能确定粒子速度的大小C能确定粒子在磁能确定粒子在磁场场中运中运动动所所经历经历的的时间时间D以上三个判断都不以上三个判断都不对对答案：答案：ABC4.电电子子质质量量为为m，电电荷量荷量为为q，以与，以与x轴轴成成角的速度角的速度v0射入磁感射入磁感应应强强度度为为B的匀的匀强强磁磁场场中，最后从中，最后

8、从x轴轴上的上的P点射出，点射出，如如图图所示，求：所示，求：(1)OP的的长长度；度；(2)电电子由子由O点射入到从点射入到从P点射出所需的点射出所需的时间时间t.解题基本思路：解题基本思路：(1)画轨迹、定圆心、求半径画轨迹、定圆心、求半径：(2)受力分析（找向心力）受力分析（找向心力）(3)正交分解（沿半径方向、垂直于半径方向）正交分解（沿半径方向、垂直于半径方向）(4)列方程求解列方程求解带电带电粒子在匀粒子在匀强强磁磁场场中的匀速中的匀速圆圆周运周运动问题动问题1圆心的确定圆心的确定(1)基本思路：基本思路：与速度方向垂直的直线和图中弦的中垂线一定过圆心与速度方向垂直的直线和图中弦的

9、中垂线一定过圆心(2)两种情形两种情形已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直分别作垂直 于入射方向和出射方向的直线，两条直线的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交点就是圆弧轨道的圆心 (如图所示，图中如图所示，图中P为入射点，为入射点，M为出射点为出射点)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，可以通过过入射点作入射方向的入射点作入射方向的垂垂线线，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(如如

10、图图，P为为入射点，入射点，M为为出射点出射点)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)b平行平行边边界界(存在存在临临界条件，如界条件，如图图)c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)2如如图图所示，在垂直所示，在垂直纸纸面向里的匀面向里的匀强强磁磁场场的的边边界上，有界上，有两个两个质质量和量和电电荷量均相同的正荷量均相同的正负负离子离子(不不计计重力重力)，从点，从点O以以相同的速率先后射入磁相同的速率先后射入磁场场中，入射方向与中，入射方向与边边界成界成角，角

11、，则则正正负负离子在磁离子在磁场场中中()A运运动时间动时间相同相同B运运动轨动轨道的半径相同道的半径相同C重新回到重新回到边边界界时时速度的大小和方向相同速度的大小和方向相同D重新回到重新回到边边界的位置与界的位置与O点距离相等点距离相等答案：答案：BCD有关洛有关洛伦兹伦兹力的多解力的多解问题问题 1带电粒子电性不确定形成多解带电粒子电性不确定形成多解受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电，也可能带负电，当粒受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电，也可能带负电，当粒子具有相同速度时，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，导致多解子具有相同速度时，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，导致多解如图所示，带电粒子

12、以速率如图所示，带电粒子以速率v垂直进入匀强磁场，若带正电，其垂直进入匀强磁场，若带正电，其轨迹为轨迹为a，若带负电，其轨迹为，若带负电，其轨迹为b.2磁场方向不确定形成多解磁场方向不确定形成多解磁感应强度是矢量，如果题述条件只给出磁磁感应强度是矢量，如果题述条件只给出磁感应强度大小，而未说明磁感应强度方向，则感应强度大小，而未说明磁感应强度方向，则应考虑因磁场方向不确定而导致的多解应考虑因磁场方向不确定而导致的多解如图所示，带正电的粒子以速率如图所示，带正电的粒子以速率v垂直进入匀垂直进入匀强磁场，若强磁场，若B垂直纸面向里，其轨迹为垂直纸面向里，其轨迹为a，若，若B垂直纸面向外，其轨迹为垂

13、直纸面向外，其轨迹为b.3临界状态不惟一形成多解临界状态不惟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从入射面边界反向飞出，如图所示，于是形成了多解4运动的往复性形成多解运动的往复性形成多解带电粒子在部分是电场，部分是磁场带电粒子在部分是电场，部分是磁场的空间运动时，运动往往具有往复性，的空间运动时，运动往往具有往复性，从而形成多解如图所示从而形成多解如图所示要充分考虑带电粒子的电性、磁场方向、轨迹及临界条件的可要充分考虑带电粒子的电性、磁场方向、轨迹及临界条件的可能性，画出其运动轨迹，分阶段、分层次地求解能性，画出其运

14、动轨迹，分阶段、分层次地求解思路点拨思路点拨分析带电粒子的运动情况是解决问题的前提：要结合运动分析带电粒子的运动情况是解决问题的前提：要结合运动分析画出运动过程草图，运用半径公式及平面几何知识进行分析讨论分析画出运动过程草图，运用半径公式及平面几何知识进行分析讨论答案答案(1)4.19106 s(2)2 m例例3如图甲所示，如图甲所示，M、N为竖直放置为竖直放置 彼此平行的两块平板，板间距离为彼此平行的两块平板，板间距离为d，两，两 板中央各有一个小孔板中央各有一个小孔O、O且正对，在且正对，在 两板间有垂直于纸面方向的磁场，磁感应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

15、示有一束正强度随时间的变化如图乙所示有一束正 离子在离子在t0时垂直于时垂直于M板从小孔板从小孔O射入磁场已知正离子的质量为射入磁场已知正离子的质量为m、带电荷量为带电荷量为q，正离子在磁场中做匀速圆周运动的周期与磁感应强度变，正离子在磁场中做匀速圆周运动的周期与磁感应强度变化的周期都为化的周期都为T0，不考虑由于磁场变化而产生的电场的影响，不计离，不考虑由于磁场变化而产生的电场的影响，不计离子所受重力求：子所受重力求：(1)磁感应强度磁感应强度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板射出磁场，正离子射入磁场时的速板射出磁场，正离子射入磁场时的速度度v0的可能值

16、的可能值思路点拨思路点拨先分析正离子在交变磁场中的运动性质，先分析正离子在交变磁场中的运动性质，明确物理过明确物理过程，然后判断出要使正离子垂直于程，然后判断出要使正离子垂直于N板射出磁场，必须让正离子在磁场板射出磁场，必须让正离子在磁场中运动的时间正好是磁场变化周期的整数倍中运动的时间正好是磁场变化周期的整数倍2.(2011年高考海南单科年高考海南单科)空空间间存在方向垂直于存在方向垂直于纸纸面面 向里的匀向里的匀强强磁磁场场，图图中的正方形中的正方形为为其其边边界一界一细细束束 由两种粒子由两种粒子组组成的粒子流沿垂直于磁成的粒子流沿垂直于磁场场的方向从的方向从O 点入射点入射这这两种粒子

17、两种粒子带带同种同种电电荷，它荷，它们们的的电电荷量、荷量、质质量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子不量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子不计计重力下重力下列列说说法正确的是法正确的是()A入射速度不同的粒子在磁入射速度不同的粒子在磁场场中的运中的运动时间动时间一定不同一定不同B入射速度相同的粒子在磁入射速度相同的粒子在磁场场中的运中的运动轨动轨迹一定相同迹一定相同C在磁在磁场场中运中运动时间动时间相同的粒子，其运相同的粒子，其运动轨动轨迹一定相同迹一定相同D在磁在磁场场中运中运动时间动时间越越长长的粒子，其的粒子，其轨轨迹所迹所对对的的圆圆心角一定越大心角一定越大答案：答案：BD1.回旋加速器回旋加速器(1)基本构造：基本构造：回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两个回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两个D形形的金属扁盒的金属扁盒(如图所示如图所示)，其基本组成为：，其基本组成为：粒子源粒子源两个两个D形金形金属盒属盒匀强磁场匀强磁场高频电源高频电源粒子引出装置粒子引出装置相同相同 三三 洛洛伦兹伦兹力力应应用用实实例例相等相等磁感磁感应应强强度度B无关无关同位素同位素