山东省冠县武训高级中学2013届高三物理一轮复习课件 磁场 8.2磁场对运动电荷的作用.ppt

* 8.2 磁场对运动电荷的作用 高三总复习 选修3-1 zxxkw 学科网 学.科.网 一、洛伦兹力 1．定义：运动电荷在磁场中所受的力． 2．大小: (1)v∥B时，F＝ 0 . (2)v⊥B时，F＝ qvB. (3)v与B夹角为θ时，F＝qvBsinθ F＝qvB F＝qvBsin30＝(1/2)qvB F＝qvB F＝0 3．方向 (1)判定方法：左手定则，伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。 (2)方向特点：F⊥B，F⊥v.即F垂直于B、v决定的平面． （3）由于F始终垂直于v的方向，故洛伦兹力永不做功，只改变速度的方向，不改变速度的大小。 注意四指应指向正电荷运动方向或负电荷运动的反方向． v v F F (注意B和v可以有任意夹角)． ②方向关系：洛伦兹力与安培力的方向一致，均可用左手定则进行判断 4．洛伦兹力与安培力的区别和联系 (1)区别 ①洛伦兹力是指单个运动带电粒子所受的磁场力，而安培力是指通电直导线所受到的磁场力． ②洛伦兹力恒不做功，而安培力可以做功 (2)联系 ①安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释． 学科网 5．电场和磁场对电荷作用的区别如何？ 洛伦兹力 电场力 性质 洛伦兹力是磁场对在其中运动电荷的作用力 电场力是电场对放入其中电荷的作用力 产生 条件 磁场中静止电荷、沿磁场方向运动的电荷将不受洛伦兹力 电场中的电荷无论静止，还是沿任何方向运动都要受到电场力 大小 F＝qvB(v⊥B) F＝qE 做功 电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功 电荷在电场中运动时，电场力要对运动电荷做功(电荷在等势面上运动除外) 二、带电粒子在磁场中的运动（不计重力） 1．若v∥B，带电粒子以入射速度v做匀速直线运动 2．若v⊥B，带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速度v做匀速圆周运动 3、基本公式 (1)向心力公式： (2)轨道半径公式： (3)周期公式： . T与v、r无关 三、带电粒子在有界匀强磁场中的运动分析 1．确定圆心的两种方法 (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，P为入射点，M为出射点)． (2)已知入射方向和出射点的位置时，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，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图乙所示，P为入射点，M为出射点)． zxxkw 用几何知识(勾股定理、三角函数等)求出半径大小． 2．半径的确定 3、运动时间的确定 偏向角(φ) 回旋角α 弦切角θ φ=α=2θ=ωt. 粒子速度的偏向角φ等于回旋角α，并且等于弦切角θ的2倍 (1)直线边界 4．带电粒子在常见有界磁场区域的运动轨迹 从一条边界射入的粒子和从同一边界射出时速度与边界夹角相等 4．带电粒子在常见有界磁场区域的运动轨迹 (2)平行边界 (3)圆形边界 沿径向射入必沿径向射出 zxxkw 四、带电粒子在磁场中运动的多解问题 1．带电粒子电性不确定形成多解 相同的初速度，正、负粒子在磁场中运动轨迹不同，形成多解 带正电，其轨迹为a，如带负电，其轨迹为b. 2．磁场方向不确定形成多解 带正电粒子以速率v垂直进入匀强磁场，如B垂直纸面向里，其轨迹为a，如B垂直纸面向外，其轨迹为b. 3．临界状态不唯一形成多解 带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，由于粒子运动轨迹是圆弧状，因此，它可能穿过去了，也可能转180°从入射界面这边反向飞出，于是形成了多解． 4．运动的周期性形成多解 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，从而形成多解．如图所示． 五、洛伦兹力的应用实例 1．回旋加速器 (1)构造：D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源．D形盒处于匀强磁场中． 相等 磁感应强度B 无关 2．质谱仪 (1)构造：由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等组成． qBv 【答案】m=qd2B2/(8U) 1、如图所示是测量带电粒子质量的仪器的工作原理示意图。设法使某有机化合物的气态分子导入图示的容器A中，使它受到电子束轰击，失去一个电子成为正一价的分子离子。分子离子从狭缝S1以很小的速度进入电压为U的加速电场区(初速度不计)，加速后，再通过狭缝S2、S3射入磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ，最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面且平行于狭缝S3的细线。若测得细线到狭缝S3的距离为d，导出分子离子的质量m的表达式。 2．如图