6.3洛伦兹力的应用打印第1课时市公开课一等奖省赛课微课金奖PPT课件.pptx

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,*,*,*,课标定位,教学目标：,1.,知道洛伦兹力对运动电荷不做功，只改变速度方向，不改变速度大小,2,会用公式,F,Bq,v,推导带电粒子做匀速圆周运动半径、周期公式，并能解,决相关问题,3,知道盘旋加速器、质谱仪基本结构、原理及基本用途,重点难点：,1.,带电粒子在匀强磁场中匀速圆周运动,2,带电粒子在匀强磁场中运动问题分析方法,6.3,洛伦兹力应用（第,1,课时）,1/42,(,一,),复习引入：,1,、磁场对运动电荷作用力,叫做,洛仑兹力,.,2,、,洛伦兹力与安培力关系：,安培力是洛伦兹力,宏观表现。,洛伦兹力是安培力,微观本质。,2/42,F=qVB (VB,）,F=0 (VB,）,当,V,与,B,成一角度,时，,F=qVBsin,4,大小,:,B,F,v,3,方向：左手定则,3/42,（二）新课教学,假如带电粒子射入匀强磁场时，初速度跟磁场方向垂直（如图所表示），粒子在洛仑兹力作用下将做什么运动？,带电粒子在磁场中运动情况推测：,垂直射入匀强磁场中运动电荷受到洛伦兹力不但与磁感应强度方向垂直，而且跟速度方向垂直,这就表明，洛伦兹力不对粒子做功，它不改变粒子速率，只改变速度方向由此推测：运动电荷垂直射入磁场后，在磁场中可能做匀速圆周运动,4/42,2,试验探究,:,洛伦兹力演示仪,工作原理：由电子枪发出电子射线能够使管,低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子径迹。,两个平行通电环形线圈可产生沿轴线方向匀强磁场,5/42,带电粒子在磁场中运动,观察：运动电荷在磁场中轨迹,2,试验探究,洛仑兹力演示仪,6/42,带电粒子在磁场中运动,观察：运动电荷在磁场中轨迹,学生观察：,1,、没有加磁场时或当带电粒子运动方向与磁场方向相同时，做直线运动。,2,、当带电粒子运动方向与磁场方向垂直时，做匀速圆周运动,3,、当带电粒子运动方向与磁场方向成某一夹角时，做螺旋,运动。,2,试验探究,洛仑兹力演示仪,7/42,v,B,8/42,3,、带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,v,B,一带电粒子质量为,m,，电荷 量为,q,，,速率为,v,，匀强磁场磁感应强度,为,B,，其中,v,与,B,垂直。,（,1,）带电粒子受到洛伦兹力,（,2,）带电粒子做圆周运动轨道半径,（,3,）带电粒子做圆周运动周期,周期,T,大小与带电粒子在磁场中运动速率和半径无关。,9/42,例,如图,3,6,2,所表示，匀强磁场磁感应强度为,B,0.2,T,，方向垂直纸面向里在磁场中,P,点引入一个质量为,m,=,2.010,8,kg,、带电荷量为,q,510,6,C,正粒子，以,v,10 m,/s速度垂直于磁场方向开始运动，运动方向如图所表示，,不计粒子重力，磁场范围足够大,(1),请在图上大致画出粒子做匀速圆周运动轨迹,(2),粒子做匀速圆周运动半径和周期为多大？,图,3,6,2,图,3,6,3,10/42,解：,(1),由左手定则可知，正粒子在匀强磁场中应向,P,点上,方偏，轨迹如图,3,6,3.,(2),由,r,m,v,qB,得,r,0.2,m,2,m,qB,由,T,得,T,0.126 s.,11/42,C,A,带负电，,B,带正电，,q,A,【,触类旁通,】,1,两个质量相等带电粒子在同一匀速磁场中运动，磁场,方向垂直纸面向外，如图,3,6,4,所表示，若半径,R,A,R,B,12,，,速度,v,A,v,B,，则,(,),A,A,带正电，,B,带负电，,q,A,q,B,2,B,A,带正电，,B,带负电，,q,A,2,q,B,q,B,2,D,A,带负电，,B,带正电，,q,A,2,q,B,图,3,6,4,12/42,带负电；由,R,解析：,粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，洛伦兹力提,供向心力，一定指向圆心，由左手定则可判断，,A,带正电，,B,m,v,qB,，,m,A,m,B,，,v,A,v,B,，可得,q,A,q,B,R,B,R,A,2,1,，即,q,A,2,q,B,，,B,正确,答案：,B,13/42,例,：一个带电粒子，沿垂直于磁场方向射入一匀强磁场，粒子一段径迹如图,4,所表示，径迹上每一小段可近似看成圆弧因为带电粒子使沿途空气电离，粒子能量逐步减小（带电量不变）从图中能够确定,(),A.,粒子从,a,到,b,，带正电,B,粒子从,b,到,a,，带正电,C,粒子从,a,到,b,，带负电,D,粒子从,b,到,a,，带负电,14/42,【,解析,】,电荷在磁场中做曲线运动时其轨迹半径,r=mv/Bq,可知电荷动能减小时，,r,也随之减小，故粒子是从,b,运动到,a(,由曲率半径确定,),，依据左手定则可判定电荷带正电,.,所以答案是,B,项,.,在这类问题中还有与动能定理以及穿木块问题结合物理模型，这类问题将在以后做较详细介绍，这里仅举一例：,15/42,带电粒子做圆周运动分析方法圆心确实定,（）已知入射方向和出射方向,能够经过入射点和出射点分别作垂直与入射方向和出射方向直线，两条直线交点就是圆弧轨道圆心,V,0,P,M,O,V,16/42,带电粒子做圆周运动分析方法圆心确实定,（）已知入射方向和出射点位置时，能够经过入射点作入射方向垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线交点就是圆弧轨道圆心,V,P,M,O,17/42,半径确实定和计算,利用平面几何关系，求出该圆可能半径（或圆心角），普通先作入射点、出射点对应半径，并作出对应辅助三角形，然后利用三角函数求解出半径大小,并注意以下两个主要几何特点：,粒子速度偏向角,等与圆心角,，并等于,AB,弦与切线夹角,（弦切角）倍即,=,=2,=,t,相正确弦切角（,）相等，与相邻弦切角（,）互补，,即,(,偏向角）,v,v,O,18/42,运动时间确实定,利用偏转角（即圆心角,）与弦切角关系，或者利用四边形内角和等与,360,计算出圆心角,大小,由公式,t=T/360,可求出粒子在磁场中运动时间,19/42,例,如图所表示，一电量为,q,带电粒子，（不计重力）自,A,点以速度,V,垂直射入磁感应强度为,B,，宽度为,d,匀强磁场中，穿过磁场速度方向与原来入射方向夹角为,30,0,，则该电荷质量,m,是,，穿过磁场所用时间,t,为,A,O,30,0,B,V,V,d,P,20/42,【,例,3】,如图所表示，一电量为,q,带电粒子，（不计重力）自,A,点垂直射入磁感应强度为,B,，宽度为,d,匀强磁场中，穿过磁场速度方向与原来入射方向夹角为,30,0,，则该电荷质量,m,是,，穿过磁场所用时间,t,为,由几何知识：弧,AB,所对应圆心角,=30,0,OB=OA,即为半径,r,。故：,A,O,30,0,B,V,V,d,P,21/42,例,：分布在半径为,r,圆形区域内匀强磁场，磁感应强度为,B,，方向垂直纸面向里,电荷量为,q,、质量为,m,带正电粒子从磁场边缘,a,点沿圆半径,aO,方向射入磁场，离开磁场时速度方向偏转了,60,角,试求：,(1),粒子做圆周运动半径；,(2),粒子入射速度；,(3),粒子在磁场中运动时间,22/42,【,精讲精析,】,(1),设带正电粒子从磁场区域射出点为,c,，射出方向反向延长线与入射方向直径交点为,O,，如图,6,3,8.,粒子在磁场区域中运动轨迹,ac,是一段圆弧，它圆心,O,一定位于过入射点,a,且与入射方向垂直直线上,因为粒子射出磁场方向必沿圆弧,ac,在,c,点切线，故连线,O,c,必垂直于连线,Oc,.,图,6,3,8,23/42,24/42,25/42,例：电子质量为,m,电荷量为,q,以速度,v,0,与,x,轴成,角射入磁感应强度为,B,匀强磁场中，最终落在,x,轴上,P,点，如图所表示，求,:,（,1,）长度,;,（,2,）电子由,O,点射入到落在,P,点所需时间,t.,26/42,【,解析,】,带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，应依据已知条件首先确定圆心位置，画出运动轨迹,.,所求距离应和半径,R,相联络，所求时间应和粒子转动圆心角,、周期,T,相联络,.,27/42,(1),过,O,点和,P,点作速度方向垂线，两线交点,C,即为电子,在磁场中做匀速圆周运动圆心，如图所表示，,则可知,=2Rsin ,Bqv,0,=,由式可解得,:,(2),由图可知：,2=t ,又,v,0,=R ,由式可得：,t=,答案：,(1)(2),28/42,例,：如右图所表示，一带电荷量为,2.010,9,C,质量为,1.810,16,kg,粒子，在直线上一点,O,沿,30,方向进入磁感应强度为,B,匀强磁场中，经过,1.510,5,S,后抵达直线上另一点,P,.,求：,(1),粒子做圆周运动周期,(2),磁感应强度,B,大小,(3),若,OP,之间距离为,0.1 m,，则粒子运动速度多大？,29/42,【,解析,】,粒子做匀速圆周运动，其轨迹如图所表示由几何关系可知,OP,弦圆心夹角,60.,粒子从,O,点出发经历大圆弧抵达,P,点时间已知，大圆弧所对圆心角为,300,，则可求粒子运动周期由周期公式可求磁感应强度,B,，已知,OP,长度可求半径,R,，进而求粒子运动速度,30/42,例,：厦门高二检测）在以坐标原点,O,为圆心、半径为,r,圆形区域内，存在磁感应强度大小为,B,、方向垂直于纸面向里匀强磁场，如图所表示,.,一个不计重力带电粒子从磁场边界与,x,轴交点,A,处以速度,v,沿,x,方向射入磁场，恰好从磁场边界与,y,轴交点,C,处沿,y,方向飞出,.,求：,（,1,）请判断该粒子带何种电荷，并求出其比荷,q/m,；,（,2,）若磁场方向和所在空间范围不变，而磁感应强度大小变为,B,，该粒子仍从,A,处以相同速度射入磁场，但飞出磁场时速度方向相对于入射方向改变了,60,角，求磁感应强度,B,与,B,比值？此次粒子在磁场中运动所用时间,t,是多少？,31/42,【,解析,】,(1),带电粒子从,C,处沿,+y,方向飞,出，过,A,、,C,分别作,xy,轴垂线相交于,O,1,O,1,就是粒子作圆周运动圆心由左手,定则可知粒子带负电荷粒子作圆周运,动半径为,R=r,，由 ，得,比荷：,32/42,(2),若带电粒子出磁场时速度方,向相对于入射方向改变了,60,角,画出示意图,.,粒子作圆周运动半径为,R,，,R=rcot30=r,，,由,qvB=,得：,B=B,，,，在磁场中运动时间,.,33/42,例,：,(,长春高二检测）一个质量为,m,，电荷量为,-q,，不计重力带电粒子从,x,轴上,P,（,a,，,0,）点以速度,v,，沿与,x,轴正方向成,60,方向射入第一象限内匀强磁场中，并恰好垂直于,y,轴射出第一象限,(,如图,).,求：,（,1,）匀强磁场磁感应强度,B,；,（,2,）穿过第一象限时间,.,34/42,【,解析,】,（,1,）作出带电粒子做圆周运,动圆心和轨迹，由图中几何关系,知：,Rcos30=a,，得：,R=,Bqv=,得：,（,2,）运动时间：,答案：,（,1,）（,2,）,35/42,【,方法总结,】,带电粒子匀速圆周运动求解关键是经过入、出磁场两点速度方向画出匀速圆周运动轨迹，利用几何知识确定圆心及对应半径，从而找到圆弧所对应圆心角，依据圆心角和圆周角关系确定带电粒子在磁场中运动时间,尤其提醒：分析方法三步曲：,(1),画轨迹：可确定圆心求出半径,(2),找联络：,r,与,B,、,v,，,与,t,，,t,与,T,联络,(3),用规律：牛顿第二定律及,r,、,T,公式,36/42,注意圆周运动中相关对称规律,如从同一边界射入粒子,从同一边界射出时,速度与边界夹角相等,在圆形磁场区域内,沿径向射入粒子,必沿径向射出,.,在有界磁场中运动,:,有界匀强磁场指在局部空间存在着匀强磁场，带电粒子从磁场区域外垂直磁场方向射入磁场区域，经过一段圆弧后离开磁场区域，因为运动带电粒子垂直磁场方向，从磁场边界进入磁场方向不一样，或磁场区域边界不一样，造成它在磁场中运动圆弧轨迹各有不一样，能够从图中看出,37/42,带电粒子在磁场中运动多解问题,带电粒子电性不确定形成多解,受洛仑兹力作用带电粒子,可能带正电荷,也可能带负电荷,在相同初速度下,正、负粒子在磁场中轨迹不一样，造成形成双解。,38/42,带电粒子在磁场中运动多解问题,临界状态不唯一形成多解,带电粒子在洛仑兹力作用下飞越有界磁场时，因为粒子运动轨迹是圆弧状，所以它可能穿过去了，也可能转过,180,从有界磁场这边反向飞出，形成多解,39/42,带电粒子在磁场中运动多解问题,运动重复性形成多解,带电粒子在磁场中运动时，因为一些原因改变，比如磁场方向反向或者速度方向突然反向，往往运动含有重复性，因而形成多解。,40/42,电偏转和磁偏转区分,:,所谓“电偏转”与“磁偏转”是分别利用电场和磁场对运动电荷施加作用，从而控制其运动方向，但电场和磁场对电荷作用特点不一样，所以这两种偏转有显著差异,.,41/42,小结：,作业布置：,板书设计：,教学反思：,42/42,