福建省高中物理第一轮总复习-第8章第3课时-磁场对运动电荷的作用鲁科版-新课标PPT课件.ppt
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1、磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用第八章一、洛伦兹力一、洛伦兹力1.洛伦兹力是洛伦兹力是.2.大大小小:(此此式式只只适适用用于于电电荷荷运运动动方方向向与与磁磁场场方方向向垂垂直直的的情情况况.若若两两方方向向成成角角,洛洛伦伦兹兹力力大大小小为为F=qvBsin,当当=0时时,F=0,当,当=90时,时,F=qvB).3.方方向向:由由左左手手定定则则判判定定(注注意意正正、负负电电荷荷的的不不同同).F一一定定垂垂直直B、v所所决决定定的的平平面面,但但B与与v不一定垂直不一定垂直.磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力F=qvB4.特点:特点:(1)不不论论带带电电粒粒子子
2、在在磁磁场场中中做做何何种种运运动动,因因为为Fv,故故F一一定定不不做做功功.只只改改变变速速度度的的方方向向,因因而而不不改改变变速速度度的的大大小小,所所以以运运动动电电荷荷垂垂直直磁磁感感线线进进入入匀匀强强磁磁场场仅受洛伦兹力时,一定做仅受洛伦兹力时,一定做.(2)F与与运运动动状状态态有有关关.速速度度变变化化会会引引起起F的的变变化化,对对电电荷荷进进行行受受力力分分析析和和运运动状态分析时应注意动状态分析时应注意.匀速圆周运动匀速圆周运动二二、带带电电粒粒子子在在匀匀强强磁磁场场中中运运动动(不不计计其其他力的作用他力的作用)1.若若带带电电粒粒子子初初速速度度方方向向与与磁磁
3、场场方方向向共共线线,则做则做.2.若若带带电电粒粒子子垂垂直直进进入入匀匀强强磁磁场场,则则做做匀匀速圆周运动速圆周运动.(1)向心力由洛伦兹力提供:向心力由洛伦兹力提供:;(2)轨道半径轨道半径,周期周期等等.匀速直线运动匀速直线运动洛伦兹力的方向判定洛伦兹力的方向判定左手定则左手定则图图936真空中两根长直金属导线真空中两根长直金属导线平行放置,其中只有一根导线中平行放置,其中只有一根导线中通有方向未知的恒定电流,一电通有方向未知的恒定电流,一电子从子从P点射入两导线之间的区域,点射入两导线之间的区域,初速度方向在两导线所确定的平初速度方向在两导线所确定的平面内,如图面内,如图936所示
4、,今用某种所示,今用某种方法记录到电子运动轨迹的一部方法记录到电子运动轨迹的一部分如图中的曲线分如图中的曲线PQ所示,所示,由由此此判判断断两两导导线线的的通通电电情情况况是是()A.ab导线中通有从导线中通有从a到到b方向的电流方向的电流B.ab导线中通有从导线中通有从b到到a方向的电流方向的电流C.cd导线中通有从导线中通有从c到到d方向的电流方向的电流D.cd导线中通有从导线中通有从d到到c方向的电流方向的电流由由图图可可以以看看出出,电电子子运运动动的的轨轨迹迹,右右边边的的圆圆弧弧半半径径小小些些,磁磁场场强强些些,说说明明是是cd中中有有电电流流,由由左左手手定定则则知知电电子子处
5、处在在垂垂直直纸纸面面向向里里的的磁磁场场中中,再再由由安安培培定则知,电流从定则知,电流从c流向流向d,故选,故选C.变变式式训训练练1:图图937是是科科学学史史上上一一张张著著名名的的实实验验照照片片,显显示示一一个个带带电电粒粒子子在在云云室室中中穿穿过过某某种种金金属属板板运运动动的的径径迹迹云云室室放放置置在在匀匀强强磁磁场场中中,磁磁场场方方向向垂垂直直照照片片向向里里云云室室中中横横放放的的金金属属板板对对粒粒子子的的运运动动起起阻阻碍碍作作用用分分析析此此径径迹迹可可知粒子知粒子()A带正电,由下往上运动带正电,由下往上运动 B带正电,由上往下运动带正电,由上往下运动C带负电
6、,由上往下运动带负电,由上往下运动 D带负电,由下往上运动带负电,由下往上运动图图937带带电电粒粒子子在在匀匀强强磁磁场场中中的的运动运动一一足足够够长长的的矩矩形形区区域域abcd内内充充满满磁磁感感应应强强度度为为B、方方向向垂垂直直于于纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场,矩矩形形区区域域的的左左边边界界ad长长为为L,现现从从ad中中点点垂垂直直于于磁磁场场射射入入一一速速度度方方向向与与ad边边夹夹角角为为30,大大小小为为v0的的带带正正电电粒粒子子,如如图图938所所示示,已已知知粒粒子子电电荷荷量量为为q,质质量为量为m(重力不计重力不计).(1)若若要要求求粒粒子子能能从从
7、ab边边射射出出磁磁场场,v0应满足什么条件应满足什么条件?(2)若若要要求求粒粒子子在在磁磁场场中中运运动动的的时时间间最最长长,粒粒子子应应从从哪哪一一条条边边界界处处射射出出,出出射射点点位于该边界上何处位于该边界上何处?最长时间是多少最长时间是多少?图图938(1)若粒子速度为若粒子速度为v0,则则 ,所以有所以有R=,如下图所示,如下图所示.设设圆圆心心在在O1处处对对应应圆圆弧弧与与ab边边相相切切,相相应应速度为速度为v01,则,则R1R1sin=,将将R1=代入上式可得,代入上式可得,v01=类类似似地地,设设圆圆心心在在O2处处对对应应圆圆弧弧与与cd边边相相切,相应速度为切
8、,相应速度为v02,则,则R2R2sin=,将将R2=代入上式可得,代入上式可得,v02=所以粒子能从所以粒子能从ab边上射出磁场的边上射出磁场的v0应满足应满足v0(2)由由 及及可可知知,粒粒子子在在磁磁场场中中经经过过的的弧弧所所对对的的圆圆心心角角越越大大,在在磁磁场场中中运运动动的的时时间间也也越越长长.由由图图可可知知,在在磁磁场场中中运运动动的的半半径径rR1时时,运运动动时时间间最最长长,弧弧所所对对圆圆心心角角为为(22),所以最长时间为所以最长时间为t 解解答答此此类类问问题题的的关关键键是是确确定定粒粒子子圆圆周周运运动动的的圆圆心心、半半径径和和轨轨迹迹,找找圆圆心心的
9、的方方法法是是根根据据粒粒子子进进入入磁磁场场时时的的初初始始条条件件和和射射出出磁磁场场时时的的边边界界条条件件.确确定定粒粒子子半半径径要要用用到到几几何何知知识识,根根据据边边角角关关系系确定确定.变变式式训训练练2:如如图图939所所示示,质质量量、电电荷荷量量、速速率率相相同同的的带带电电粒粒子子垂垂直直射射入入匀匀强强磁磁场场,如如果果粒粒子子垂垂直直于于缝缝S射射入入则则粒粒子子达达到到照照相相底底片片上上的的N点点,但但实实际际上上一一些些粒粒子子偏偏离离一一个个很很小小的的角角度度射射入入,如如果果要要求求粒粒子子达达到到照照相相底底片片上上距距N的的距距离离不不大大于于直直
10、径径2R的的0.1%,则则应应不不大大于于多多少少?(结结果果可可用用反反三三角角函数值表示函数值表示)图图939洛伦兹力和力学的综合洛伦兹力和力学的综合一一个个质质量量m=0.1g的的小小滑滑块块,带带有有q=5104C的的电电荷荷,放放置置在在倾倾角角=30的的光光滑滑斜斜面面上上(绝绝缘缘),斜斜面面置置于于B=0.5T的的匀匀强强磁磁场场中中,磁磁场场方方向向垂垂直直纸纸面面向向里里,如如图图9310所所示示,小小滑滑块块由由静静止止开开始始沿沿斜斜面面滑滑下下,斜斜面面足足够够长长,小小滑滑块块滑滑至至某某一位置时,要离开斜面,一位置时,要离开斜面,求求(1)小滑块带何种电荷?小滑块
11、带何种电荷?(2)小滑块离开斜面的瞬时速度多大?小滑块离开斜面的瞬时速度多大?(3)该该 斜斜 面面 的的 长长 度度 至至 少少 多多 长长?(g=10m/s2)图图9310(1)小小滑滑块块沿沿斜斜面面下下滑滑过过程程中中,受受重重力力mg、斜斜面面支支持持力力N和和洛洛伦伦兹兹力力f,若若要要小小滑滑块块离离开开斜斜面面,洛洛伦伦兹兹力力f方方向向应应垂垂直直斜斜面面向向上上,根根据据左左手手定定则则可可知知,小小滑滑块块应应带带负负电电荷荷,受受力力分分析析如右图所示如右图所示(2)小小滑滑块块沿沿斜斜面面下下滑滑时时,垂垂直直斜斜面面方方向向的的加加速速度度为为零零,即即有有Bqv+
12、Nmgcos=0当当N=0时,小滑块开始脱离斜面,所以时,小滑块开始脱离斜面,所以v=3.5m/s(3)下下滑滑过过程程中中,只只有有重重力力做做功功,由由动动能能定理定理mgssin=mv2斜面的长度至少应是斜面的长度至少应是该该题题是是洛洛伦伦兹兹力力与与力力学学知知识识结结合合的的题题目目,考考查查左左手手定定则则及及平平衡衡条条件件的的应应用用,洛洛伦伦兹兹力力大大小小计计算算及及洛洛伦伦兹兹力力不不做做功功等等知知识识的的综综合合应应用用.解解此此题题时时要要注注意意,滑滑块块受受的的洛洛伦伦兹兹力力虽虽然然是是变变力力,但但运运动动是匀变速运动是匀变速运动.变变式式训训练练3:某某
13、空空间间存存在在着着如如图图9311所所示示的的水水平平方方向向的的匀匀强强磁磁场场,A、B两两个个物物块块叠叠放放在在一一起起,并并置置于于光光滑滑的的绝绝缘缘水水平平地地面面上上物物块块A带带正正电电,物物块块B为为不不带带电电的的绝绝缘缘块块水水平平恒恒力力F作作用用在在物物块块B上上,使使A、B一一起起由由静静止止开开始始向向左左运运动动在在A、B一一起起向向左左运运动动的的过过程程中中,以以下下关关于于A、B受受力力的的说说法法中中正正确的是确的是()AA对对B的压力变大的压力变大 BB对对A的摩擦力变小的摩擦力变小 CA对对B的摩擦力变大的摩擦力变大 DB对地面的压力保持不变对地面
14、的压力保持不变图图9311 解解析析:A受受到到向向下下的的洛洛伦伦兹兹力力作作用用,所所以以A对对B的的压压力力变变大大,A正正确确,D错错误误AB的的加加速速度度不不变变,所所以以A向向左左的的合合外外力力不不变,变,B、C错误错误 答案:答案:A 1.初初速速度度为为v0的的电电子子,沿沿平平行行于于通通电电直直导导线线的的方方向向射射入入,直直导导线线中中电电流流方方向向与与电电子子初初始始运运动动方向如图方向如图9312所示,则所示,则()A电子将向右偏转,速率不变电子将向右偏转,速率不变 B电子将向左偏转,速率改变电子将向左偏转,速率改变 C电子将向左偏转,速率不变电子将向左偏转,
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