高三物理《磁场对运动电荷的作用》

课件24张PPT。磁场对运动电荷的作用要点回顾一、洛伦兹力 1.定义：磁场对__________的作用力通
常叫洛伦兹力。
2.大小：
(1)在磁场中当电荷的运动速度方向与
磁场垂直时，洛伦兹力的大小F=_____。
(2)当运动电荷的速度v的方向与磁感应
强度B的方向平行时，洛伦兹力的大小
F=___________。 (3)推导：洛伦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_______
的宏观表现。请同学们由安培力公式推
导出洛伦兹力公式。3.洛伦兹力的方向
(1)运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力
的方向可用________来判定。伸开左手，让
磁感线_____穿入手心，四指指向正电荷的
运动方向(或________运动的反方向)，拇指
所指的方向就是运动电荷所受的洛伦兹力的
方向。
(2)洛伦兹力的方向总是垂直于_______
所在的平面。但v和B不一定垂直。二、带电粒子在匀强磁场中的运动(不计重力) 1.若带电粒子运动方向与磁场方向平
行，则粒子不受洛伦兹力作用，做_______。
2.若带电粒子运动方向与磁场方向互相
垂直，则粒子将做_______运动，其运动周期
T=___________(与速度大小无关)，轨道半径
r=____________.
3.由于洛伦兹力始终和速度方向互相垂
直，所以洛伦兹力对运动的带电粒子
__________。三、质谱仪 1.质谱仪是测量带电粒子的质量和分析
同位素的重要工具。
2.质谱仪的工作原理。
如图所示，如果容器A中含有电荷量相
同而质量稍有差别的粒子，它们从小孔S中
出来后，经过电势差为U的电场加速，再垂
直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们
进入磁场后在洛伦兹力的作用下将沿半径不同的圆周做圆周运动，打在照相底片D的
不同位置，形成若干条谱线状的细线，叫做
______。每一条谱线对应于一定质量的粒
子。从谱线的位置可以知道圆周的半径r，如
果再知道粒子的电荷量q，就可计算出粒子
的质量。这种仪器叫做质谱仪。
电场加速时，由动能定理有释难解惑 1.如何处理带电粒子在匀强磁场中的
圆周运动？ 带电粒子在匀强磁场中的圆周运动是
高中物理的一个难点，也是高考的热点。解
这类问题既要用到物理中的洛伦兹力、圆周
运动的知识，又要用到数学平面几何中的圆
及解析几何知识。 带电粒子在匀强磁场中做圆周运动问题
的分析思路归纳如下：
(1)确定圆所在的平面。由左手定则和立
体几何知识可知，粒子做匀速圆周运动的轨
迹在洛伦兹力f与速度v的方向所确定的平面
内。
(2)确定圆心的位置。根据洛伦兹力f始
终与速度v的方向垂直这一特点，画出粒子
运动轨迹上任两点(一般是射入与射出有界
磁场的两点)的洛伦兹力方向(即垂直于这两
点速度的方向)，其延长线的交点即为圆心。 (5)注意圆周运动中有关对称规律。
如从同一边界射入的粒子，从同一边界
射出时，速度与边界的夹角相等；在圆
形磁场区域内，沿径向射入的粒子，必
沿径向射出。
(6)带电粒子在有界磁场中运动的极
值问题，掌握下列结论，再借助数学方
法分析。 ①刚好穿出磁场边界的条件是带电粒
子在磁场中运动的轨迹与边界相切。
②当速度v一定时，弧长(或弦长)越
长，则圆心角越大，带电粒子在有界磁场
中运动的时间越长。
③当速率v变化时，圆心角越大，运
动时间越长。2.什么原因使洛伦兹力问题出现多解？ 带电粒子在洛伦兹力作用下做匀
速圆周运动，由于多种因素的影响，
常使问题形成多解，多解形成原因一
般包含下述几个方面。(1)带电粒子电性不确定而形成多解
受洛伦兹力作用的带电粒子，可能
带正电荷，也可能带负电荷，在相同的
初速度下，正、负粒子在磁场中运动轨
道不同，会形成双解。
(2)磁场方向不确定而形成多解
有些题目只告诉了磁感应强度大
小，而未具体指出磁感应强度的方向，
此时必须考虑磁感应强度的方向不确定
而形成的多解。(3)临界状态不唯一而形成多解
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，因此，它
可能穿过去了，也可能转过180?从入射界面
这边反向飞出。
(4)运动的重复性而形成多解
带电粒子在部分是电场、部分是磁场的
空间中运动时，运动往往具有往复性，因而
形成多解。讲练互动 [例1]在图所示
的各图中，匀强磁
场的磁感应强度均
为B，带电粒子的
速率均为v，带电量
均为q，试求出图中
带电粒子所受洛伦兹力的大小( )1.洛伦兹力大小的计算 (1)F=_________ (2)F=_________
(3)F=_________ (4)F=_________ [变式练习] 一个电子穿过某一空间而未发生偏转，则( )
A. 此空间一定不存在磁场
B. 此空间可能有磁场，方向与电子速
度方向平行
C. 此空间可能有磁场，方向与电子速
度方向垂直
D. 此空间可能有正交的磁场和电场，
它们的方向均与电子速度垂直 [例2]如图所示，有一
磁感应强度B=9.1×10－4T的
匀强磁场，C、D为垂直于磁
场的同一平面内的两点，它
们之间的距离L=0.05m。今
有一电子在此电场中运动，
它经过C点时的速度v的方向和磁场方向垂直，且与CD间的夹角α=30?。求：
(1)画出电子在磁场中的大致径迹，并在图
中标出电子在C点时所受的洛伦兹力的方向。
(2)电子从C点运动到D点的速度的大小及
所用的时间。2.洛伦兹力作用下物体的匀速圆周运动问题 [变式练习] 如图所示，
一长为L的薄壁玻璃管放置
在水平面上，在玻璃管的a
端放置一个直径比玻璃管
直径略小的小球，小球电
荷量为－q、质量为m。玻
璃管右边的空间存在方向垂直纸面向外、磁
感应强度为B的匀强磁场。磁场的左边界与
玻璃管平行，右边界足够远，玻璃管带着小
球以水平速度v0垂直于左边界向右运动，由
于水平外力的作用，玻璃管进入磁场后速度保持不变，经一段时间后
小球从玻璃管b端画出并
能在水平面内自由运动，
最后从左边界飞离磁场。
设运动过程中小球的电荷
量保持不变，不计一切阻力。求：
(1)小球从玻璃管b端滑出时速度的大小；
(2)从玻璃管进入磁场至小球从b端滑出的
过程中，外力F随时间t变化的关系；
(3)小球飞离磁场时速度的方向。3.洛伦兹力多解问题 [例3]如图所示，在
某装置中有一匀强磁场，
磁感应强度为B，方向垂
直于Oxy所在的纸面向外。
某时刻在x=L0，y=0处，
一质子沿y轴的负方向进入磁场；同一时刻，
在x=－L0，y=0处，一个α粒子进入磁场，
速度方向与磁场垂直。不考虑质子与粒子的
相互作用。设质子的质量为m、质量为e。 (1)如果质子经过
坐标原点O，它的速
度为多大？
(2)如果α粒子与
质子在坐标原点相遇，α粒子的速度应
为何值？方向如何？