2012高考物理人教版第8章第3講磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用①知識(shí)研習(xí).ppt

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1．洛倫茲力(1)大?。篎＝(θ為B與v之間的夾角)．當(dāng)θ＝0時(shí)，F(xiàn)＝0；當(dāng)θ＝90時(shí)，F(xiàn)＝.(2)方向：由判定(注意正、負(fù)電荷的不同)．F一定垂直于與所決定的平面，但B與v不一定相互垂直．,qvBsinθ,qvB,左手定則,B,v,2．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(1)若v∥B，帶電粒子所受的洛倫茲力F＝0，因此帶電粒子以速度v做運(yùn)動(dòng)．(2)若v⊥B，帶電粒子在垂直于磁感線的方向以入射速度v做運(yùn)動(dòng)．,勻速直線,圓周,,,,,,,,,,,,,,,3．電視顯像管的工作原理電視顯像管(如圖所示)是應(yīng)用電子束的原理來(lái)工作的，使電子束偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)是由兩對(duì)產(chǎn)生的．顯像管工作時(shí)，由陰極發(fā)射電子束，靠磁場(chǎng)來(lái)使電子束偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電視技術(shù)中的掃描，使整個(gè)熒光屏都發(fā)光．,偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)線圈,4．質(zhì)譜儀(1)質(zhì)譜儀的原理示意圖及結(jié)構(gòu)圖如圖所示．,Uq,,Bqv,(2)加速條件：交變電壓的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期．,相等,(即時(shí)鞏固解析為教師用書(shū)獨(dú)有)考點(diǎn)一洛倫茲力1．洛倫茲力和安培力的關(guān)系(1)洛倫茲力是單個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的作用力，而安培力是整個(gè)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的作用力，安培力是導(dǎo)體中所有形成電流的定向移動(dòng)的電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)．,(2)由安培力的公式F＝BILsinθ，推導(dǎo)洛倫茲力的表達(dá)式．①磁場(chǎng)與導(dǎo)線垂直時(shí)：如圖所示，設(shè)有一段長(zhǎng)度為L(zhǎng)的通電導(dǎo)線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q，定向移動(dòng)的平均速度為v.現(xiàn)將其垂直于磁場(chǎng)方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，有：,導(dǎo)線中的電流為I＝nqvS，導(dǎo)線所受安培力為F安＝ILB＝nqvSLB，這段導(dǎo)線中含有的運(yùn)動(dòng)電荷數(shù)為nLS，②當(dāng)導(dǎo)線中自由電子定向移動(dòng)的速度和磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)：F洛＝qvBsinθ(θ為v與B的夾角)．,2．洛倫茲力和電場(chǎng)力的比較,【技巧提示】在用左手定則判定洛倫茲力的方向時(shí)，許多同學(xué)不辨電荷的正負(fù)就急于用左手定則去判定，沒(méi)有理解電流方向跟正、負(fù)電荷定向移動(dòng)方向之間的關(guān)系．,【案例1】(2009安徽理綜)右圖是科學(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．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),【答案】A,【即時(shí)鞏固1】(2009廣東理科基礎(chǔ))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()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】根據(jù)洛倫茲力的特點(diǎn)，洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功，A錯(cuò)，B對(duì)．根據(jù)F＝qvB，可知大小與速度有關(guān)．洛倫茲力的效果就是改變物體的運(yùn)動(dòng)方向，不改變速度的大小．【答案】B,考點(diǎn)二帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)(有界)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題綜合性較強(qiáng)，解這類問(wèn)題既要用到洛倫茲力、圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，又要用到數(shù)學(xué)知識(shí)．許多同學(xué)對(duì)解答這類問(wèn)題頗感困惑，現(xiàn)將此類問(wèn)題的分析思路歸納如下．1．圓心的確定帶電粒子進(jìn)入一個(gè)有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，其運(yùn)動(dòng)軌跡是一段圓?。绾未_定圓心是解決問(wèn)題的前提，也是解題的關(guān)鍵．從理論上判斷，圓心一定在與速度方向垂直的直線上．在實(shí)際問(wèn)題中，通常采用以下兩種方法：,(1)圓的切線垂直于過(guò)切點(diǎn)的直徑已知入射方向和出射方向時(shí)，可過(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為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn)．甲乙,(2)弦的中垂線過(guò)圓心已知入射點(diǎn)和出射點(diǎn)時(shí)，可以過(guò)入射點(diǎn)作入射方向的垂線，連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，作其中垂線，這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心．如圖乙所示，P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn)．,2．半徑的確定和計(jì)算利用平面幾何知識(shí)，求出該圓的可能半徑(或圓心角)，并需注意以下兩個(gè)重要的幾何特點(diǎn)：(1)粒子速度的偏向角φ等于回旋角α，并等于弦AB與切線的夾角(弦切角)θ的2倍(如圖所示)，即φ＝α＝2θ＝ωt.(2)相對(duì)的弦切角θ相等，與相鄰的弦相角(θ′)互補(bǔ)，即θ＋θ′＝180.,【案例2】(2010江蘇高考)如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中附加另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，附加磁場(chǎng)位于圖中陰影區(qū)域，附加磁場(chǎng)區(qū)域的對(duì)稱軸OO′與SS′垂直．a(chǎn)、b、c三個(gè)質(zhì)子先后從S點(diǎn)沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁場(chǎng)，它們的速度大小相等，b的速度方向與SS′垂直，a、c的速度方向與b的速度方向間的夾角分別為α、β，且α>β.三個(gè)質(zhì)子經(jīng)過(guò)附加磁場(chǎng)區(qū)域后能到達(dá)同一點(diǎn)S′，則下列說(shuō)法中正確的有(),A．三個(gè)質(zhì)子從S運(yùn)動(dòng)到S′的時(shí)間相等B．三個(gè)質(zhì)子在附加磁場(chǎng)以外區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心均在OO′軸上C．若撤去附加磁場(chǎng)，a到達(dá)SS′連線上的位置距S點(diǎn)最近D．附加磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同,【解析】帶電粒子在磁場(chǎng)中的回旋時(shí)間與回旋角成正比．由圖知φc>φb>φa，可知tc>tb>ta，A選項(xiàng)錯(cuò)誤．三個(gè)質(zhì)子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中軌道半徑相等，即S到圓心的距離相等，所以三個(gè)圓心不可能都出現(xiàn)在OO′軸上，B項(xiàng)錯(cuò)誤．若撤去附加磁場(chǎng)后，b質(zhì)子經(jīng)半圓打在SS′連線最遠(yuǎn)，a質(zhì)子初速度方向與SS′線夾角最小，落點(diǎn)最近，故C項(xiàng)正確．圓心都在弧線一側(cè)，所以附加磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同，D項(xiàng)正確．【答案】C、D,【即時(shí)鞏固2】質(zhì)譜儀可測(cè)定同位素的組成．現(xiàn)有一束一價(jià)的鉀39和鉀41離子經(jīng)電場(chǎng)加速后，沿著與磁場(chǎng)和邊界均垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示．測(cè)試時(shí)規(guī)定加速電壓大小為U0，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加速電壓有較小的波動(dòng)，可能偏大或偏小ΔU.為使鉀39和鉀41打在照相底片上的區(qū)域不重疊，ΔU不得超過(guò)多少？(不計(jì)離子的重力),由此式可知，在B、q、U相同時(shí)，m小的半徑小，所以鉀39半徑小，鉀41半徑大；在B、q、m相同時(shí)，U大的半徑大．,考點(diǎn)三洛倫茲力作用下帶電粒子圓周運(yùn)動(dòng)的多解性問(wèn)題帶電粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由于多種因素的影響，問(wèn)題形成多解．形成多解的原因一般可分為下述幾個(gè)方面．1．帶電粒子的帶電性不確定形成多解受洛倫茲力作用的帶電粒子，可能帶正電荷，也可能帶負(fù)電荷，在初速度相同的條件下，正、負(fù)粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡不同，導(dǎo)致形成多解．,2．磁場(chǎng)方向不確定形成多解有些題目只告訴了磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，而未具體指出磁感應(yīng)強(qiáng)度方向，此時(shí)必須要考慮由于磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不確定而形成的多解．3．臨界狀態(tài)不唯一形成多解帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場(chǎng)時(shí)，由于粒子運(yùn)動(dòng)軌跡是圓弧狀，它可能穿過(guò)去了，也可能轉(zhuǎn)過(guò)180從入射界面反向飛出，如圖所示，于是形成了多解．,4．由于運(yùn)動(dòng)的往復(fù)性形成多解帶電粒子在部分是電場(chǎng)、部分是磁場(chǎng)的空間運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)往往具有往復(fù)性，從而形成多解．,(1)若兩狹縫平行且盤(pán)靜止[如圖(c)]，某一粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后，豎直向下打在感光板中心點(diǎn)M上，求該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t；(2)若兩狹縫夾角為θ0，盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖(b)．要使穿過(guò)N1、N2的粒子均打到感光板P1P2連線上，試分析盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω的取值范圍(設(shè)通過(guò)N1的所有粒子在盤(pán)旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間內(nèi)都能到達(dá)N2)．,【即時(shí)鞏固3】M、N兩極板距為d，板長(zhǎng)均為5d，兩板均未帶電，板間有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖所示．令一大群電子沿平行于板的方向從各處以速度v射入板間，為了使電子都不從板間穿出，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的范圍．,