課時(shí)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用.ppt

1、第3課時(shí)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用,1熟練應(yīng)用左手定則判定洛倫茲力的方向，會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小 2會(huì)計(jì)算帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑、周期等物理量 3掌握帶電粒子在多個(gè)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的解題方法,一、洛倫茲力的大小和方向 1洛倫茲力的大小,FBqvsin ，為v與B的夾角如圖所示 (1)vB時(shí)，洛倫茲力為零(0或180) (2)vB時(shí)，洛倫茲力為qvB.(90) (3)v0時(shí)，洛倫茲力為零 2洛倫茲力的方向 (1)判定方法：應(yīng)用左手定則，注意四指應(yīng)指向電流的方向即正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向 (2)方向特點(diǎn)：FB，F(xiàn)v.即F垂直于B、v決定的平面(注意B和v可以有任意夾角,1(2010年廣

2、州市模擬)帶電粒子(重力不計(jì))穿過(guò)飽和蒸汽時(shí)，在它走過(guò)的路徑上飽和蒸汽便凝成小液滴，從而顯示出粒子的徑跡，這是云室的原理，如圖是云室的拍攝照片，云室中加了垂直于照片向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，圖中oa、ob、oc、od是從o點(diǎn)發(fā)出的四種粒子的徑跡，下列說(shuō)法中正確的是(D) A四種粒子都帶正電 B四種粒子都帶負(fù)電 C打到a、b點(diǎn)的粒子帶正電 D打到c、d點(diǎn)的粒子帶正電 解析：由左手定則知打到a、b點(diǎn)的粒子帶負(fù)電，打到c、d點(diǎn)的粒子帶正電，D正確,2關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是(D) A帶電粒子沿電場(chǎng)線方向射入，電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子做正功，粒子動(dòng)能一定增加 B帶電粒子垂直于電場(chǎng)線方向

3、射入，電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子不做功，粒子動(dòng)能不變 C帶電粒子沿磁感線方向射入，洛倫茲力對(duì)帶電粒子做正功，粒子動(dòng)能一定增加 D不管帶電粒子怎樣射入磁場(chǎng)，洛倫茲力對(duì)帶電粒子都不做功，粒子動(dòng)能不變 解析：帶電粒子在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力FqE，只與E有關(guān)，與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，電場(chǎng)力做正功還是做負(fù)功由電場(chǎng)力與位移的夾角決定，A只適用于沿電場(chǎng)線方向射入的帶正電粒子，故A錯(cuò)；帶電粒子只要垂直電場(chǎng)線射入，不論正電荷還是負(fù)電荷，電場(chǎng)力都做功，故B錯(cuò)；帶電粒子不論怎樣射入磁場(chǎng)，洛倫茲力都不做功，故C錯(cuò)，D對(duì),3(2009年安徽理綜卷)如圖是科學(xué)史上一張著名的實(shí)驗(yàn)照片，顯示一個(gè)帶電粒子在云室中穿過(guò)某種金屬板運(yùn)動(dòng)的徑跡云室放置在

4、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直照片向里云室中橫放的金屬板對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用分析此徑跡可知粒子(A) A帶正電，由下往上運(yùn)動(dòng) B帶正電，由上往下運(yùn)動(dòng) C帶負(fù)電，由上往下運(yùn)動(dòng) D帶負(fù)電，由下往上運(yùn)動(dòng) 解析：由題圖可以看出，上方的軌跡半徑小，說(shuō)明粒子的速度小，所以粒子是從下方往上方運(yùn)動(dòng)；再根據(jù)左手定則，可以判定粒子帶正電，故選A,洛倫茲力的理解,1洛倫茲力和安培力的關(guān)系 洛倫茲力是單個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力，而安培力是導(dǎo)體中所有定向移動(dòng)的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn),1)電荷在電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力，而在磁場(chǎng)中不一定受洛倫茲力 (2)洛倫茲力方向與速度方向一定垂直，而電場(chǎng)力的方向與速度方向無(wú)必然聯(lián)系

5、 (3)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)，但各自的表現(xiàn)形式不同，洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷永遠(yuǎn)不做功，而安培力對(duì)通電導(dǎo)線可做正功，可做負(fù)功，也可不做功,2洛倫茲力方向的特點(diǎn) (1)洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動(dòng)的方向和磁場(chǎng)方向都垂直，即洛倫茲力的方向總是垂直于運(yùn)動(dòng)電荷速度方向和磁場(chǎng)方向確定的平面 (2)當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化時(shí)，洛倫茲力的方向也隨之變化 (3)用左手定則判定負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受的洛倫茲力時(shí)，要注意將四指指向電荷運(yùn)動(dòng)的反方向,3洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較,針對(duì)訓(xùn)練1-1：一個(gè)帶電粒子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，粒子的一段徑跡如圖所示徑跡上的每一小段都可以近似看成圓弧，

6、由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減小(帶電荷量不變)從圖中情況可以確定() A粒子從a向b運(yùn)動(dòng)，帶正電 B粒子從a向b運(yùn)動(dòng)，帶負(fù)電 C粒子從b向a運(yùn)動(dòng)，帶正電 D粒子從b向a運(yùn)動(dòng)，帶負(fù)電,答案：C,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)問題,帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，常常需要運(yùn)用圓周的對(duì)稱性等數(shù)學(xué)知識(shí)來(lái)求解，也常結(jié)合幾何條件、邊界條件、極值條件來(lái)求解在分析時(shí)，一般按“畫軌跡，找圓心，求半徑，定時(shí)間”的程序來(lái)作圖和求解 1圓心的確定 (1)已知入射方向和出射方向時(shí)，可通過(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直于入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心(如圖(甲)所示，圖中P為入

7、射點(diǎn)，M為出射點(diǎn),例2】 (2010年北京模擬)(12分)如圖所示，虛線圓所圍區(qū)域內(nèi)有方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)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(chǎng)，電子束經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)區(qū)后，其運(yùn)動(dòng)方向與原入射方向成角設(shè)電子質(zhì)量為m，電荷量為e，不計(jì)電子之間相互作用力及所受的重力求： (1)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑R； (2)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t； (3)圓形磁場(chǎng)區(qū)域的半徑r,解決帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，要特別注意對(duì)稱規(guī)律的應(yīng)用,1)直線邊界：從同一邊界射入的粒子又從同一邊界射出時(shí)，速度與邊界的夾角相等 (2)圓邊界：沿半徑方向射入圓形磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的帶電粒子，必定沿半徑方向射

8、出,答案：B,測(cè)控導(dǎo)航,1.帶電粒子垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到洛倫茲力的作用下列表述正確的是(B) A洛倫茲力對(duì)帶電粒子做功 B洛倫茲力不改變帶電粒子的動(dòng)能 C洛倫茲力的大小與速度無(wú)關(guān) D洛倫茲力不改變帶電粒子的速度方向 解析：洛倫茲力的特點(diǎn)是永遠(yuǎn)與運(yùn)動(dòng)方向垂直，永不做功，故選B,2關(guān)于安培力和洛倫茲力，下列說(shuō)法中正確的是(B) A安培力和洛倫茲力是性質(zhì)不同的兩種力 B安培力可以對(duì)通電導(dǎo)線做功，洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷一定不做功 C運(yùn)動(dòng)電荷在某處不受洛倫茲力作用，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 D洛倫茲力既不能改變帶電粒子的動(dòng)能，也不能改變帶電粒子的動(dòng)量 解析：洛倫茲力是磁場(chǎng)對(duì)一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)力作

9、用，而安培力是磁場(chǎng)對(duì)所有參與定向移動(dòng)的電荷(電流)的磁場(chǎng)力的合力，兩者本質(zhì)都是磁場(chǎng)力，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤洛倫茲力永遠(yuǎn)與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，所以洛倫茲力不做功安培力對(duì)通電導(dǎo)線是可以做功的，選項(xiàng)B正確電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向在同一直線上時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷不受洛倫茲力作用，而該處磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤洛倫茲力不改變帶電粒子的速度大小，但能改變速度的方向，而動(dòng)量是矢量，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤,3(2010年中山模擬)如圖所示，銅質(zhì)導(dǎo)電板置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，通電時(shí)銅板中電流方向向上，由于磁場(chǎng)的作用，則(A) A板左側(cè)聚集較多電子，使b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)電勢(shì) B板左側(cè)聚集較多電子，使a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì) C板右側(cè)聚集較多電子

10、，使a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì) D板右側(cè)聚集較多電子，使b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)電勢(shì) 解析：銅板中形成電流的是電子，由左手定則可判斷出電子受的洛倫茲力方向向左，電子將聚集到板的左側(cè)，而右板將剩余正電荷，使b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)電勢(shì)，故A正確,4(2010年長(zhǎng)沙模擬)隨著生活水平的提高，電視機(jī)已進(jìn)入千家萬(wàn)戶，顯像管是電視機(jī)的重要組成部分如圖所示為電視機(jī)顯像管及其偏轉(zhuǎn)線圈L的示意圖如果發(fā)現(xiàn)電視畫面的幅度比正常時(shí)偏小，不可能是下列哪些原因引起的(A) A電子槍發(fā)射能力減弱，電子數(shù)減少 B加速電場(chǎng)的電壓過(guò)高，電子速率偏大 C偏轉(zhuǎn)線圈匝間短路，線圈匝數(shù)減少 D偏轉(zhuǎn)線圈的電流減小，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)減弱,5極光是來(lái)自太陽(yáng)的高能帶電粒子

11、流高速?zèng)_進(jìn)高空稀薄大氣層時(shí)，被地球磁場(chǎng)俘獲，從而改變?cè)羞\(yùn)動(dòng)方向，向兩極做螺旋運(yùn)動(dòng)形成的，如圖所示這些高能粒子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與大氣分子或原子劇烈碰撞或摩擦從而激發(fā)大氣分子或原子，使其發(fā)出有一定特征的各種顏色的光地磁場(chǎng)的存在，使多數(shù)宇宙粒子不能到達(dá)地面而向人煙稀少的兩極地區(qū)偏移，為地球生命的誕生和維持提供了天然的屏障科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并證實(shí)，向兩極做螺旋運(yùn)動(dòng)的這些高能粒子的旋轉(zhuǎn)半徑是不斷減小的，這主要與下列哪些因素有關(guān)(C) A洛倫茲力對(duì)粒子做負(fù)功，使其動(dòng)能減小 B地球引力對(duì)粒子做正功使其動(dòng)能增大 C南北兩極的磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng) D太陽(yáng)對(duì)粒子的引力做負(fù)功,6(2010年泰安模擬)如圖所示，為了科學(xué)研究的需要，

12、常常將質(zhì)子(H)和粒子(He)等帶電粒子儲(chǔ)存在圓環(huán)狀空腔中，圓環(huán)狀空腔置于一個(gè)與圓環(huán)平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng))中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.如果質(zhì)子和粒子在空腔中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡相同(如圖中虛線所示)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)也相同，則質(zhì)子和粒子在圓環(huán)狀空腔中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能EH和E、運(yùn)動(dòng)的周期TH和T的大小關(guān)系是(A) AEHE，THT BEHE，THT CEHE，THT DEHE，THT,7(2010年南昌市模擬)如圖所示的正方形abcd內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩個(gè)帶電粒子P、Q以相同的初速度從a點(diǎn)沿ab方向射入該區(qū)域后，分別從d、c點(diǎn)射出(不考慮粒子重力和粒子間的相互作用)，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示下列說(shuō)法中正確

13、的是(C) AP、Q帶的是正電荷 BP、Q兩粒子的比荷為12 CP、Q兩粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間相同 DP、Q兩粒子在磁場(chǎng)中的加速度大小之比為12,8(2010年臨沂模擬)如圖所示，在一矩形區(qū)域內(nèi)，不加磁場(chǎng)時(shí)，不計(jì)重力的帶電粒子以某一初速度垂直左邊界射入，穿過(guò)此區(qū)域的時(shí)間為t.若加上磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，帶電粒子仍以原來(lái)的初速度入射，粒子飛出磁場(chǎng)時(shí)偏離原方向60，利用以上數(shù)據(jù)可求出下列物理量中的(B) A帶電粒子的電荷量 B帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期 C帶電粒子的初速度 D帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑,9(2010年南充模擬)在電視機(jī)的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，要考慮到地磁場(chǎng)對(duì)電子束偏轉(zhuǎn)的

14、影響，可采用某種技術(shù)進(jìn)行消除為確定地磁場(chǎng)的影響程度，需先測(cè)定地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，在地球的北半球可將地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分解為水平分量B1和豎直向下的分量B2，其中B1沿水平方向，對(duì)電子束影響較小可忽略，B2可通過(guò)以下裝置進(jìn)行測(cè)量如圖所示，水平放置的顯像管中電子(質(zhì)量為m，電荷量為e)從電子槍的熾熱燈絲上發(fā)出后(初速度可視為0)，先經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加速，然后沿水平方向自南向北運(yùn)動(dòng)，最后打在距加速電場(chǎng)出口水平距離為L(zhǎng)的屏上，電子束在屏上的偏移距離為d,1)試判斷電子束偏向什么方向； (2)試求地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量B2的大小,解析：(1)利用左手定則，可得電子束向東偏 (2)電子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,10(拓展探究題)如圖所示，在以O(shè)為圓心，半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)，有一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向外豎