课时磁场对运动电荷的作用.ppt
第3课时磁场对运动电荷的作用,1熟练应用左手定则判定洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小2会计算带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径、周期等物理量3掌握带电粒子在多个磁场中运动的解题方法,一、洛伦兹力的大小和方向1洛伦兹力的大小,FBqvsin，为v与B的夹角如图所示(1)vB时，洛伦兹力为零(0或180)(2)vB时，洛伦兹力为qvB.(90)(3)v0时，洛伦兹力为零2洛伦兹力的方向(1)判定方法：应用左手定则，注意四指应指向电流的方向即正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向(2)方向特点：FB，Fv.即F垂直于B、v决定的平面(注意B和v可以有任意夹角),1(2010年广州市模拟)带电粒子(重力不计)穿过饱和蒸汽时，在它走过的路径上饱和蒸汽便凝成小液滴，从而显示出粒子的径迹，这是云室的原理，如图是云室的拍摄照片，云室中加了垂直于照片向外的匀强磁场，图中oa、ob、oc、od是从o点发出的四种粒子的径迹，下列说法中正确的是(D)A四种粒子都带正电B四种粒子都带负电C打到a、b点的粒子带正电D打到c、d点的粒子带正电解析：由左手定则知打到a、b点的粒子带负电，打到c、d点的粒子带正电，D正确,2关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动，下列说法正确的是(D)A带电粒子沿电场线方向射入，电场力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加B带电粒子垂直于电场线方向射入，电场力对带电粒子不做功，粒子动能不变C带电粒子沿磁感线方向射入，洛伦兹力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加D不管带电粒子怎样射入磁场，洛伦兹力对带电粒子都不做功，粒子动能不变解析：带电粒子在电场中受到的电场力FqE，只与E有关，与运动状态无关，电场力做正功还是做负功由电场力与位移的夹角决定，A只适用于沿电场线方向射入的带正电粒子，故A错；带电粒子只要垂直电场线射入，不论正电荷还是负电荷，电场力都做功，故B错；带电粒子不论怎样射入磁场，洛伦兹力都不做功，故C错，D对,3(2009年安徽理综卷)如图是科学史上一张著名的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹云室放置在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用分析此径迹可知粒子(A)A带正电，由下往上运动 B带正电，由上往下运动C带负电，由上往下运动 D带负电，由下往上运动解析：由题图可以看出，上方的轨迹半径小，说明粒子的速度小，所以粒子是从下方往上方运动；再根据左手定则，可以判定粒子带正电，故选A.,洛伦兹力的理解,1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，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现,(1)电荷在电场中一定受电场力，而在磁场中不一定受洛伦兹力(2)洛伦兹力方向与速度方向一定垂直，而电场力的方向与速度方向无必然联系(3)安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观本质，但各自的表现形式不同，洛伦兹力对运动电荷永远不做功，而安培力对通电导线可做正功，可做负功，也可不做功,2洛伦兹力方向的特点(1)洛伦兹力的方向与电荷运动的方向和磁场方向都垂直，即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(2)当电荷运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向也随之变化(3)用左手定则判定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,3洛伦兹力与电场力的比较,针对训练1-1：一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段径迹如图所示径迹上的每一小段都可以近似看成圆弧，由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电荷量不变)从图中情况可以确定()A粒子从a向b运动，带正电B粒子从a向b运动，带负电C粒子从b向a运动，带正电D粒子从b向a运动，带负电,答案：C.,带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，常常需要运用圆周的对称性等数学知识来求解，也常结合几何条件、边界条件、极值条件来求解在分析时，一般按“画轨迹，找圆心，求半径，定时间”的程序来作图和求解1圆心的确定(1)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(如图(甲)所示，图中P为入射点，M为出射点),【例2】(2010年北京模拟)(12分)如图所示，虚线圆所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.一束电子沿圆形区域的直径方向以速度v射入磁场，电子束经过磁场区后，其运动方向与原入射方向成角设电子质量为m，电荷量为e，不计电子之间相互作用力及所受的重力求：(1)电子在磁场中运动轨迹的半径R；(2)电子在磁场中运动的时间t；(3)圆形磁场区域的半径r.,解决带电粒子在有界磁场中的运动问题时，要特别注意对称规律的应用：,(1)直线边界：从同一边界射入的粒子又从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等(2)圆边界：沿半径方向射入圆形磁场区域内的带电粒子，必定沿半径方向射出,答案：B.,【测控导航】,1.带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用下列表述正确的是(B)A洛伦兹力对带电粒子做功B洛伦兹力不改变带电粒子的动能C洛伦兹力的大小与速度无关D洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向解析：洛伦兹力的特点是永远与运动方向垂直，永不做功，故选B.,2关于安培力和洛伦兹力，下列说法中正确的是(B)A安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力B安培力可以对通电导线做功，洛伦兹力对运动电荷一定不做功C运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感应强度一定为零D洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的动量解析：洛伦兹力是磁场对一个运动电荷的磁场力作用，而安培力是磁场对所有参与定向移动的电荷(电流)的磁场力的合力，两者本质都是磁场力，故选项A错误洛伦兹力永远与电荷运动方向垂直，所以洛伦兹力不做功安培力对通电导线是可以做功的，选项B正确电荷运动方向与磁感线方向在同一直线上时，运动电荷不受洛伦兹力作用，而该处磁感应强度不为零，所以选项C错误洛伦兹力不改变带电粒子的速度大小，但能改变速度的方向，而动量是矢量，所以选项D错误,3(2010年中山模拟)如图所示，铜质导电板置于匀强磁场中，通电时铜板中电流方向向上，由于磁场的作用，则(A)A板左侧聚集较多电子，使b点电势高于a点电势B板左侧聚集较多电子，使a点电势高于b点电势C板右侧聚集较多电子，使a点电势高于b点电势D板右侧聚集较多电子，使b点电势高于a点电势解析：铜板中形成电流的是电子，由左手定则可判断出电子受的洛伦兹力方向向左，电子将聚集到板的左侧，而右板将剩余正电荷，使b点电势高于a点电势，故A正确,4(2010年长沙模拟)随着生活水平的提高，电视机已进入千家万户，显像管是电视机的重要组成部分如图所示为电视机显像管及其偏转线圈L的示意图如果发现电视画面的幅度比正常时偏小，不可能是下列哪些原因引起的(A)A电子枪发射能力减弱，电子数减少B加速电场的电压过高，电子速率偏大C偏转线圈匝间短路，线圈匝数减少D偏转线圈的电流减小，偏转磁场减弱,5极光是来自太阳的高能带电粒子流高速冲进高空稀薄大气层时，被地球磁场俘获，从而改变原有运动方向，向两极做螺旋运动形成的，如图所示这些高能粒子在运动过程中与大气分子或原子剧烈碰撞或摩擦从而激发大气分子或原子，使其发出有一定特征的各种颜色的光地磁场的存在，使多数宇宙粒子不能到达地面而向人烟稀少的两极地区偏移，为地球生命的诞生和维持提供了天然的屏障科学家发现并证实，向两极做螺旋运动的这些高能粒子的旋转半径是不断减小的，这主要与下列哪些因素有关(C)A洛伦兹力对粒子做负功，使其动能减小B地球引力对粒子做正功使其动能增大C南北两极的磁感应强度增强D太阳对粒子的引力做负功,6(2010年泰安模拟)如图所示，为了科学研究的需要，常常将质子(H)和粒子(He)等带电粒子储存在圆环状空腔中，圆环状空腔置于一个与圆环平面垂直的匀强磁场(偏转磁场)中，磁感应强度为B.如果质子和粒子在空腔中做圆周运动的轨迹相同(如图中虚线所示)，偏转磁场也相同，则质子和粒子在圆环状空腔中运动的动能EH和E、运动的周期TH和T的大小关系是(A)AEHE，THT BEHE，THTCEHE，THT DEHE，THT,7(2010年南昌市模拟)如图所示的正方形abcd内有垂直于纸面向里的匀强磁场，两个带电粒子P、Q以相同的初速度从a点沿ab方向射入该区域后，分别从d、c点射出(不考虑粒子重力和粒子间的相互作用)，粒子运动轨迹如图所示下列说法中正确的是(C)AP、Q带的是正电荷BP、Q两粒子的比荷为12CP、Q两粒子在磁场中经历的时间相同DP、Q两粒子在磁场中的加速度大小之比为12,8(2010年临沂模拟)如图所示，在一矩形区域内，不加磁场时，不计重力的带电粒子以某一初速度垂直左边界射入，穿过此区域的时间为t.若加上磁感应强度为B、垂直纸面向外的匀强磁场，带电粒子仍以原来的初速度入射，粒子飞出磁场时偏离原方向60，利用以上数据可求出下列物理量中的(B)A带电粒子的电荷量B带电粒子在磁场中运动的周期C带电粒子的初速度D带电粒子在磁场中运动的半径,9(2010年南充模拟)在电视机的设计制造过程中，要考虑到地磁场对电子束偏转的影响，可采用某种技术进行消除为确定地磁场的影响程度，需先测定地磁场的磁感应强度的大小，在地球的北半球可将地磁场的磁感应强度分解为水平分量B1和竖直向下的分量B2，其中B1沿水平方向，对电子束影响较小可忽略，B2可通过以下装置进行测量如图所示，水平放置的显像管中电子(质量为m，电荷量为e)从电子枪的炽热灯丝上发出后(初速度可视为0)，先经电压为U的电场加速，然后沿水平方向自南向北运动，最后打在距加速电场出口水平距离为L的屏上，电子束在屏上的偏移距离为d.,(1)试判断电子束偏向什么方向；(2)试求地磁场的磁感应强度的竖直分量B2的大小,解析：(1)利用左手定则，可得电子束向东偏(2)电子的运动轨迹如图所示,10(拓展探究题)如图所示，在以O为圆心，半径为R的圆形区域内，有一个水平方向的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外竖直平行正对放置的两金属板A、K连在电压可调的电路中S1、S2为A、K板上的两个小孔，且S1、S2和O在同一直线上，另有一水平放置的足够大的荧光屏D，O点到荧光屏的距离为h，比荷(电荷量与质量之比)为k的带正电的粒子由S1进入电场后，通过S2射向磁场中心，通过磁场后打在荧光屏D上粒子进入电场的初速度及其所受重力均可忽略不计,(1)请分段描述粒子自S1到荧光屏D的运动情况；(2)求粒子垂直打到荧光屏上P点时速度的大小,答案：(1)见解析(2)BkR,
