磁场对运动电荷的作用课件

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,磁场对运动电荷的作用,1,、磁场对运动电荷的作用 （,）,2,、洛伦兹力 （,）,3,、带电粒子在匀强磁场中的圆周运动（,）,高考要求,：,说明：,只要求掌握,v,跟,B,平行或垂直两种情况下的洛伦兹力。,说明：,1,、当带电粒子的运动方向与磁场方向互相平行时，,F=0,；,2,、当带电粒子的运动方向与磁场方向互相垂直时，,F=q,vB,;,3,、只有运动电荷在磁场中才有可能受到洛伦兹力作用，静 止电荷在磁场中受到的磁场对电荷的作用力一定为,0,一、洛仑兹力,f,大小的计算,1,、概念：磁场对运动电荷的作用力,2,、计算公式：,为磁场,B,与速度,v,的夹角,二、洛伦兹力方向的判断,1,、运动电荷在磁场中受力方向可用,左手定则,来判定；,2,、洛伦兹力,f,的方向既垂直于磁场,B,的方向，又垂直于运动 电荷的速度,v,的方向，,即,f,总是垂直于,B,和,v,所在的平面,.,3.,使用左手定则判定洛伦兹力方向时，若粒子带正电时，四个手指的指向与正电荷的运动方向相同,.,若粒子带负电时，四个手指的指向与负电荷的运动方向相反,.,左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中，让,磁感线垂直穿入掌心,，,四指指向正电荷运动的方向,(,或负电荷运动的方向,),，那么，,拇指所指的方向就是电荷所受洛仑兹力力的方向,。,三、带电粒子在匀强磁场中的运动,1,、若带电粒子运动方向与磁场方向平行，则粒子 不受洛 仑兹力的作用，粒子作匀速直线运动,2,、若带电粒子的运动方向与磁场方向互相垂直，则粒子 将作匀速圆周运动,向心力由洛仑兹力提供,轨道半径公式,周期,洛仑兹力的作用：,只改变其运动方向，不改变其速度大小,周期,T,的大小与带电粒子在磁场中的运动速率和半径无关。,洛仑兹力恒不做功，但安培力却可以做功 由于洛仑兹力始终和速度方向垂直，所以洛仑兹力对运 动的带电粒子总不做功，即使带电粒子不做匀速圆周运动,3,、洛仑兹力与安培力的关系,洛仑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仑兹力的宏观表现,.,4,、不计重力的带电粒子垂直进入匀强电场和垂直进入匀强磁场时 都做曲线运动，但有区别：,垂直进入匀强电场：在电场中做匀变速曲线运动（类平抛运动）垂直进入匀强磁场：则做变加速曲线运动（匀速圆周运动）,思考：如以一定角度进入匀强磁场，则运动情况如何？,5,、带电粒子在匀强磁场中做不完整圆周运动的解题思路：,用几何知识确定圆心并求半径,.,要点：半径和速度方向垂直,确定轨迹所对的圆心角，求运动时间,.,注意圆周运动中有关对称的规律,O,A,B,V,V,d,P,h,R,或,O,B,v,v,O,例,1,：两个粒子带电量相等，在同一匀强磁场中只受磁场力而做匀速圆周运动，则,(,),A.,若速率相等，则半径相等,B.,若速率相等，则周期相等,C.,若动量大小相等，则半径相等,D.,若动能相等，则周期相等,C,例,2,：一长直螺线管通有交流电，一个电子以速度,v,沿着螺线管的轴线射入管内，则电子在管内的运动情况是：,(,),A.,匀加速运动,B.,匀减速运动,C.,匀速直线运动,D.,在螺线管内来回往复运动,C,例,3,：关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动，下列说法中正确的是：,(,),A.,带电粒子沿电场线方向射入，电场力对带电粒子不做功，粒子动能一定增加,B.,带电粒子沿垂直电场线方向射入，电场力对带电粒子做正功，粒子动能不变,C.,带电粒子沿磁感线方向射入，磁场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，磁场力对带电粒子都不做功，粒子动能不变,D,例,4,：如图,11-3-1,所示，在长直导线中有恒电流,I,通过，导线正下方电子初速度,v,方向与电流,I,的方向相同，电子将,(,),A.,沿路径,a,运动，轨迹是圆,B.,沿路径,a,运动，轨迹半径越来越大,C.,沿路径,a,运动，轨迹半径越来越小,D.,沿路径,b,运动，轨迹半径越来越大,D,B,O,1,R,1,O,2,R,2,例,5,：长为,l,的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，磁感应强度为,B,，板间距离也为,l,，板不带电，现有质量为,m,，电量为,q,的带正电粒子（不计重力），从左边极板中点处垂直磁感线以速度水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是：（）,A,、使粒子的速度,B,、使粒子的速度,C,、使粒子的速度,D,、使粒子的速度,AB,变化：,两极板,M,、,N,相距为,d,，板长为,5d,，两板未带电，板间有垂直于纸面的匀强磁场，如图,11-4-3,所示，一大群电子沿平行于板的方向从各个位置以速度,v,射入板间，为了使电子都不从板间穿出，磁感应强度,B,的范围是什么,(,电子电量为,e,、质量为,m)?,例,6,：如图，电子源,S,能在图示纸面,360,范围内发射速率相同的电子（质量为,m,，电量为,e,），,M,、,N,是足够大的竖直挡板，与,S,的水平距离,OS,L,，挡板左侧是垂直纸面向里，磁感应强度为,B,的匀强磁场。,（,1,）要使发射的电子能到达挡板，电子速度至少为多大？,（,2,）若,S,发射的电子速率为,eBL/m,时，挡板被电子击中的范围有多大？,S,M,N,O,L,例,7,：一带电量为,310,8,C,的粒子垂直射入磁感应强度,B,0.8T,的匀强磁场中，它从,a,点到,b,点需,210,4,s,，从,b,点到,a,点需,10,3,s,，,ab,相距,0.3m,，则该粒子的动量大小为多少？,a,b,60,例,8,：如图,11-3-3,所示，匀强磁场中，放置一块与磁感线平行的均匀薄铅板，一个带电粒子进入磁场，以半径,R,1,=20cm,做匀速圆周运动，第一次垂直穿过铅板后，以半径,R,2,=19cm,做匀速圆周运动,(,设其电量始终保持不变,),则带电粒子还能够穿过铅板多少次,.,例,9,：如图,11-3-4(a),所示，在,x,轴上方有匀强磁场,B,，一个质量为,m,，带电量为,-q,的的粒子，以速度,v,从,O,点射入磁场，,角已知，粒子重力不计，求,(1),粒子在磁场中的运动时间,.,(2),粒子离开磁场的位置,.,例,10,：如图,11-3-5,所示，匀强磁场磁感应强度为,B,，方向垂直,xOy,平面向外,.,某一时刻有一质子从点,(L,0,，,0),处沿,y,轴负向进入磁场；同一时刻一,粒子从点,(-L,0,，,0),进入磁场，速度方向在,xOy,平面内,.,设质子质量为,m,，电量为,e,，不计质子与粒子间相互作用,.,(1),如果质子能够经过坐标原点,O,，则它的速度多大,?,(2),如果,粒子第一次到达原点时能够与质子相遇，求粒子的速度,.,小结：类似问题的重点已经不是磁场力的问题了，侧重的是数学知识与物理概念的结合，此处的关键所在是利用圆周运动的线速度与轨迹半径垂直的方向关系、弦长和弧长与圆的半径的数值关系、圆心角与圆弧的几何关系来确定圆弧的圆心位置和半径数值、周期与运动时间,.,当然,r=mv/Bq,、,T=2,m,/Bq,两公式在这里起到一种联系作用,.,例,11,：正负电子对撞机的最后部分的简化示意图如图,11-3-6,所示，位于水平面内的粗实线所示的圆环形真空管道是正、负电子做圆周运动的,“,容器,”,，经过加速器加速后的正、负电子被分别引入该管道时，具有相等的速率,v,，它们沿管道向相反的方向运动,.,在管道内控制它们转弯的是一系列圆形电磁铁，即图中的,A,1,、,A,2,、,A,3,、,A,n,，共,n,个，均匀布在整个圆环上,(,图中只示意性地用细实线画了几个，其余的用细虚线表示,),，,(1),试确定正、负电子在管道内各是沿什么方向旋转的,?,(2),已知正、负电子的质量都是,m,，所带电荷都是元电荷,e,，重力不计,.,求电磁铁内匀强磁场的磁感应强度,B,的大小,?,【解析】,(1),正电子是沿逆时针方向运动，负电子是沿顺时针方向运动,.,(2),电子经过,1,个电磁铁时，偏转角度是,=2,/,n,，这一角度也就是电子在小磁铁中圆弧的弧心角，射入电磁铁时与通过射入点的小磁铁的直径的夹角为,/2;,而电子在磁场中的圆周运动的半径,R=mv/Be=d/2sin(,/,2),，可解得磁,感应强度：,B=,;,谢谢观看！,2020,