（浙江選考）2020版高考物理一輪復習 第8章 磁場 第2講 磁場對運動電荷的作用課件.ppt

第2講磁場對運動電荷的作用,知識排查,洛倫茲力、洛倫茲力的方向和大小,1.洛倫茲力：磁場對_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_穿入掌心； 四指指向正電荷運動的方向或負電荷運動的_； 拇指指向_的方向。 (2)方向特點：FB，F(xiàn)v，即F垂直于B和v決定的_。,運動電荷,垂直,反方向,洛倫茲力,平面,3.洛倫茲力的大小,(1)vB時，洛倫茲力F_。(0或180) (2)vB時，洛倫茲力F_。(90) (3)v0時，洛倫茲力F_。,0,qvB,0,1.若vB，帶電粒子不受洛倫茲力，在勻強磁場中做_運動。 2.若vB，帶電粒子僅受洛倫茲力作用，在垂直于磁感線的平面內以入射速度v做_運動。 如下圖，帶電粒子在勻強磁場中，中粒子做_運動，中粒子做_運動，中粒子做_運動。,帶電粒子在勻強磁場中的運動,勻速直線,勻速圓周,勻速圓周,勻速直線,勻速圓周,3.半徑和周期公式：(vB),小題速練,1.思考判斷 (1)帶電粒子在磁場中運動時一定會受到洛倫茲力的作用() (2)洛倫茲力不做功，但安培力卻可以做功() (3)由于安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，所以洛倫茲力也可能做功() (4)洛倫茲力的方向在特殊情況下可能與帶電粒子的速度方向不垂直(),答案(1)(2)(3)(4)(5)(6),2.人教版選修31P98T1改編下列各圖中，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B,運動電荷在磁場中受到的力,1.洛倫茲力的特點 (1)洛倫茲力的方向總是垂直于運動電荷的速度方向和磁場方向共同確定的平面，所以洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小，即洛倫茲力永不做功。 (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)用左手定則判斷負電荷在磁場中運動所受的洛倫茲力時，要注意將四指指向電荷運動的反方向。,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。 (2)安培力可以做功，而洛倫茲力對運動電荷不做功。,【典例】如圖1所示，一個帶負電的物體從粗糙斜面頂端滑到底端，速度為v。若加上一個垂直紙面向外的磁場，則滑到底端時(),A.v變大 B.v變小 C.v不變 D.不能確定v的變化 解析由于帶負電的物體沿斜面下滑時受到垂直斜面向下的洛倫茲力作用，故物體對斜面的正壓力增大，斜面對物體的滑動摩擦力增大，由于物體克服摩擦力做功增多，所以物體滑到底端時v變小，B正確。 答案B,圖1,1.在北半球，地磁場磁感應強度的豎直分量方向向下(以“”表示)。如果你家中電視機顯像管的位置恰好處于南北方向，那么由南向北射出的電子束在地磁場的作用下將向哪個方向偏轉(),A.不偏轉 B.向東 C.向西 D.無法判斷 解析根據(jù)左手定則可判斷由南向北運動的電子束所受洛倫茲力方向向東，因此電子束向東偏轉，故選項B正確。 答案B,圖2,2.如圖3所示，一束電子流沿管的軸線進入螺線管，忽略重力，電子在管內的運動應該是(),A.當從a端通入電流時，電子做勻加速直線運動 B.當從b端通入電流時，電子做勻加速直線運動 C.不管從哪端通入電流，電子都做勻速直線運動 D.不管從哪端通入電流，電子都做勻速圓周運動 解析由于vB、F洛0，電子做勻速直線運動。 答案C,圖3,3.運動電荷在磁場中受到洛倫茲力的作用，運動方向會發(fā)生偏轉，這一點對地球上的生命來說有十分重要的意義。從太陽和其他星體發(fā)射出的高能粒子流，稱為宇宙射線，在射向地球時，由于地磁場的存在，改變了帶電粒子的運動方向。對地球起到了保護作用。如圖4為地磁場對宇宙射線作用的示意圖。現(xiàn)有來自宇宙的一束質子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質子在進入地球周圍的空間時將(),圖4,A.豎直向下沿直線射向地面 B.相對于預定地點向東偏轉 C.相對于預定地點稍向西偏轉 D.相對于預定地點稍向北偏轉 解析建立空間概念，根據(jù)左手定則不難確定B選項正確。 答案B,1.帶電粒子在勻強磁場中圓周運動分析,(1)圓心的確定方法 方法一若已知粒子軌跡上的兩點的速度方向，則可根據(jù)洛倫茲力Fv，分別確定兩點處洛倫茲力F的方向，其交點即為圓心，如圖5(a)； 方法二若已知粒子運動軌跡上的兩點和其中某一點的速度方向，則可作出此兩點的連線(即過這兩點的圓弧的弦)的中垂線，中垂線與速度垂線的交點即為圓心，如圖(b)。,帶電粒子在勻強磁場中的圓周運動,圖5 (2)半徑的計算方法,2.帶電粒子在不同邊界磁場中的運動,(1)直線邊界(進出磁場具有對稱性，如圖6所示)。,圖6,(2)平行邊界(存在臨界條件，如圖7所示)。,圖7,(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖8所示)。,圖8,【典例】(2017全國卷，18)如圖9，虛線所示的圓形區(qū)域內存在一垂直于紙面的勻強磁場，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，在紙面內沿不同的方向射入磁場，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(),圖9,甲 乙 答案C,帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的分析方法,1.兩個質量相同、所帶電荷量相等的帶電粒子a、b，以不同的速率沿著AO方向射入圓形勻強磁場區(qū)域，其運動軌跡如圖10所示。若不計粒子的重力，則下列說法正確的是(),A.a粒子帶正電，b粒子帶負電 B.a粒子在磁場中所受洛倫茲力較大 C.b粒子的動能較大 D.b粒子在磁場中運動時間較長,圖10,答案C,2.如圖11所示，在足夠大的屏MN的上方有磁感應強度為B的勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里，P為屏上一小孔，PC與MN垂直，一束質量為m、電荷量為q的粒子(不計重力)以相同的速率v從P處射入磁場區(qū)域，粒子入射方向在與磁場垂直的平面里，且分散在與PC夾角為的范圍內，則在屏MN上被粒子打中區(qū)域的長度為(),圖11,解析如圖所示，S、T之間的距離為在屏MN上被粒子打中區(qū)域的長度。,答案D,3.(2018紹興期中)如圖12所示，在邊長為L的正方形區(qū)域內有垂直于紙面向里的勻強磁場，有一帶正電的電荷，從D點以v0的速度沿DB方向射入磁場，恰好從A點射出，已知電荷的質量為m，帶電荷量為q，不計電荷的重力，則下列說法正確的是(),圖12,答案A,由于帶電粒子在磁場中的運動通常都是在有界磁場中的運動，所以常常出現(xiàn)臨界和極值問題。 1.臨界現(xiàn)象 (1)當帶電粒子進入設定的有界磁場后，其軌跡是一個殘缺圓，題中往往會形成各種各樣的臨界現(xiàn)象。 (2)解決此類問題的關鍵是找準臨界點。找臨界點的方法是以題目中的“恰好”“最大”“最高”“至少”等詞語為突破口，借助半徑R和速度v(或磁感應強度B)之間的約束關系進行動態(tài)運動軌跡分析，確定軌跡圓和邊界的關系，找出臨界點。,帶電粒子在勻強磁場中運動的臨界極值問題,2.極值問題,(1)剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運動的軌跡與邊界相切。 (2)當速度v一定時，弧長越長，圓心角越大，則帶電粒子在有界磁場中運動的時間越長。 (3)當速率v變化時，圓心角越大，運動時間越長。,【典例】如圖13所示，矩形區(qū)域abcd(包括邊界)充滿磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場?，F(xiàn)從ad邊中點O處，以垂直磁場且跟ad邊成30角的速度射入一帶電粒子。已知粒子質量為m、電荷量為q，ad邊長為L，不計粒子重力。,圖13 (1)若要粒子從ab邊上射出，則入射速度v0的大小范圍是多少？(ab邊足夠長) (2)粒子在磁場中運動的最長時間是多少？,若軌跡與ab邊相切，如圖所示，設此時相應速度為v01，則,若軌跡與cd邊相切，如圖所示，設此時粒子速度為v02，則,所以粒子在磁場中運動的最長時間為,圖14,代入數(shù)值得R10 cm，可見2RlR。,再考慮N的右側。粒子在運動中離S的距離不可能超過2R，以2R為半徑、S為圓心作弧，交ab于N右側的P2點，此點即粒子能打到的右側最遠點。,所求長度為P1P2NP1NP2 代入數(shù)值得P1P220 cm。 答案20 cm,2.如圖15所示，兩個同心圓，半徑分別為r和2r，在兩圓之間的環(huán)形區(qū)域內存在垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為B。圓心O處有一放射源，放出粒子的質量為m、帶電荷量為q，假設粒子速度方向都和紙面平行。,圖15 (1)圖中箭頭表示某一粒子初速度的方向，OA與初速度方向夾角為60，要想使該粒子經過磁場后第一次通過A點，則初速度的大小是多少？ (2)要使粒子不穿出環(huán)形區(qū)域，則粒子的初速度不能超過多少？,甲乙,(2)如圖乙所示，設粒子軌跡與磁場外邊界相切時，粒子在磁場中的軌道半徑為R2，,解決帶電粒子的臨界問題的技巧方法 (1)數(shù)學方法和物理方法的結合：如利用“矢量圖”“邊界條件”等求臨界值，利用“三角函數(shù)”“不等式的性質”“二次方程的判別式”等求極值。 (2)臨界問題的一般解題流程,(3)從關鍵詞找突破口：許多臨界問題，題干中常用“恰好”、“最大”、“至少”、“不相撞”、“不脫離”等詞語對臨界狀態(tài)給以暗示，審題時，一定要抓住這些特定的詞語挖掘其隱藏的規(guī)律，找出臨界條件。,