第二節(jié)磁場對運動電荷的作用第二節(jié)磁場對運動電荷的作用基礎知識梳理課堂互動講練經(jīng)典題型探究知能優(yōu)化演練基礎知識梳理一、洛倫茲力1．定義：______電荷在磁場中所受的力．2．大小(1)v∥B時，F(xiàn)＝____.(2)v⊥B時，F(xiàn)＝______.(3)v與B夾角為θ時，F(xiàn)＝________.運動0qvBqvBsinθ3．方向(1)判定方法：應用左手定則，注意四指應指向正電荷__________或負電荷______________．(2)方向特點：F⊥B，F(xiàn)⊥v.即F垂直于______決定的平面．(注意B和v可以有任意夾角)．由于F始終________v的方向，故洛倫茲力永不做功．名師點撥：當電荷的運動方向與磁場方向不垂直時，高中階段不要求掌握．運動方向運動的反方向B、v垂直于二、帶電粒子在磁場中的運動1．若v∥B，帶電粒子以入射速度v做__________運動．2．若v⊥B，帶電粒子在垂直于磁感線的平面內(nèi)，以入射速度v做__________運動．基本公式勻速直線勻速圓周三、洛倫茲力的應用實例1．回旋加速器(1)構造：如圖11－2－1所示，D1、D2是半圓金屬盒，D形盒的縫隙處接_____電源．D形盒處于勻強磁場中．交流圖11－2－1相等磁感應強度B無關2．質譜儀(1)構造：如圖11－2－2所示，由粒子源、加速電場、偏轉磁場和照相底片等組成．圖11－2－2qBv課堂互動講練一、對洛倫倫茲力的理理解1．洛倫茲力力和安培力力的關系洛倫茲力是是單個運動動電荷在磁磁場中受到到的力，而而安培力是是導體中所所有定向移移動的自由由電荷受到到的洛倫茲茲力的宏觀觀表現(xiàn)．2．洛倫茲力力方向的特特點(1)洛倫茲力的的方向與電電荷運動的的方向和磁磁場方向都都垂直，即即洛倫茲力力的方向總總是垂直于于運動電荷荷速度方向向和磁場方方向確定的的平面．(2)當電荷運動動方向發(fā)生生變化時，，洛倫茲力力的方向也也隨之變化化．(3)用左手定則則判定負電電荷在磁場場中運動所所受的洛倫倫茲力時，，要注意將將四指指向向電荷運動動的反方向向．3．洛倫茲力力與電場力力的比較特別提醒：：(1)洛倫茲力方方向與速度度方向一定定垂直，而而電場力的的方向與速速度方向無無必然聯(lián)系系．(2)安培力是洛洛倫茲力的的宏觀表現(xiàn)現(xiàn)，但各自自的表現(xiàn)形形式不同，，洛倫茲力力對運動電電荷永遠不不做功，而而安培力對對通電導線線可做正功功，可做負負功，也可可不做功．．1.以下說法正正確的是()A．電荷處于于電場中一一定受到電電場力B．運動電荷荷在磁場中中一定受到到洛倫茲力力C．洛倫茲力力對運動電電荷一定不不做功D．洛倫茲力力可以改變變運動電荷荷的速度方方向和速度度大小即時應用解析：選AC.電荷在電場場中一定受受電場力，，故A對．電荷在在磁場中運運動，且速速度方向不不平行于磁磁感線時，，才受到洛洛倫茲力的的作用，B錯誤．洛倫倫茲力的方方向總是垂垂直于電荷荷的速度方方向，不做做功，它只只改變速度度的方向，，不改變速速度的大小小，C正確，D錯誤．二、帶電粒粒子在有界界勻強磁場場中做勻速速圓周運動動的分析1．確定圓心心的兩種方方法(1)已知入射方方向和出射射方向時，，可通過入入射點和出出射點分別別作垂直于于入射方向向和出射方方向的直線線，兩條直直線的交點點就是圓弧弧軌道的圓圓心(如圖11－2－3甲所示，P為入射點，，M為出射點)．圖11－2－3(2)已知入射方向向和出射點的的位置時，可可以通過入射射點作入射方方向的垂線，，連接入射點點和出射點，，作其中垂線線，這兩條垂垂線的交點就就是圓弧軌道道的圓心(如圖乙所示，，P為入射點，M為出射點)．2．半徑的確定定用幾何知識(勾股定理、三三角函數(shù)等)求出半徑大小?。?．帶電粒子在在勻強磁場中中做勻速圓周周運動的程序序解題法——三步法(1)畫軌跡：即確確定圓心，用用幾何方法求求半徑并畫出出軌跡．(2)找聯(lián)系：軌道道半徑與磁感感應強度、運運動速度相聯(lián)聯(lián)系，偏轉角角度與圓心角角、運動時間間相聯(lián)系，在在磁場中運動動的時間與周周期相聯(lián)系．．(3)用規(guī)律：即牛牛頓第二定律律和圓周運動動的規(guī)律，特特別是周期公公式、半徑公公式．5．帶電粒子在在常見有界磁磁場區(qū)域的運運動軌跡(1)直線邊界(進出磁場具有有對稱性，如如圖11－2－4所示)圖11－2－4(2)平行邊界(存在臨界條件件，如圖11－2－5所示)圖11－2－5(3)圓形邊界(沿徑向射入必必沿徑向射出出，如圖11－2－6所示)圖11－2－6即時應用圖11－2－7三、帶電粒子子在磁場中做做勻速圓周運運動的多解問問題1．帶電粒子電電性不確定形形成多解受洛倫茲力作作用的帶電粒粒子，可能帶帶正電，也可可能帶負電，，在相同的初初速度的條件件下，正、負負粒子在磁場場中運動軌跡跡不同，形成成多解．如圖11－2－8，帶電粒子以以速率v垂直進進入勻勻強磁磁場，，如帶帶正電電，其其軌跡跡為a，如帶帶負電電，其其軌跡跡為b.圖11－2－82．磁場場方向向不確確定形形成多多解有些題題目只只告訴訴了磁磁感應應強度度的大大小，，而未未具體體指出出磁感感應強強度的的方向向，此此時必必須要要考慮慮磁感感應強強度方方向不不確定定而形形成的的多解解．如圖11－2－9，帶正正電粒粒子以以速率率v垂直進進入勻勻強磁磁場，，如B垂直紙紙面向向里，，其軌軌跡為為a，如B垂直紙紙面向向外，，其軌軌跡為為b.圖11－2－93．臨界界狀態(tài)態(tài)不唯唯一形形成多多解帶電粒粒子在在洛倫倫茲力力作用用下飛飛越有有界磁磁場時時，由由于粒粒子運運動軌軌跡是是圓弧弧狀，，因此此，它它可能能穿過過去了了，也也可能能轉過過180°從入射射界面面這邊邊反向向飛出出，如如圖11－2－10所示，，于是是形成成了多多解．．圖11－2－104．運運動動的的周周期期性性形形成成多多解解帶電電粒粒子子在在部部分分是是電電場場，，部部分分是是磁磁場場的的空空間間運運動動時時，，運運動動往往往往具具有有往往復復性性，，從從而而形形成成多多解解．．如如圖圖11－2－11所示示．．圖11－2－113．長長為為L的水水平平極極板板間間，，有有垂垂直直紙紙面面向向里里的的勻勻強強磁磁場場，，如如圖圖11－2－12所示示，，磁磁感感應應強強度度為為B，板板間間距距離離為為L，板板不不帶帶電電．．一一質質量量為為m、電電荷荷量量為為q帶正正電電的的粒粒子子(不計計重重力力)，從從左左邊邊極極板板間間中中點點處處垂垂直直磁磁感感線線以以速速度度v水平射入入磁場，，欲使粒粒子不打打在極板板上，可可采用的的方法是是()即時應用圖11－2－12經(jīng)典題型探究粒子運動徑跡的分析及判定題型一(2010年高考重慶卷卷)如圖11－2－13所示，矩形形MNPQ區(qū)域內(nèi)有方方向垂直于于紙面的勻勻強磁場，，有5個帶電粒子子從圖中箭箭頭所示位位置垂直于于磁場邊界界進入磁場場，在紙面面內(nèi)做勻速速圓周運動動，運動軌軌跡為相應應的圓弧．．這些粒子子的質量、、電荷量以以及速度大大小如下表表所示.例1圖11－2－13粒子編號質量電荷量(q＞0)速度大小1m2qv22m2q2v33m－3q3v42m2q3v52m－qv由以以上上信信息息可可知知，，從從圖圖中中a、b、c處進進入入的的粒粒子子對對應應表表中中的的編編號號分分別別為為()A．3、5、4B．4、2、5C．5、3、2D．2、4、5又據(jù)據(jù)題題圖圖可可知知有有3種粒粒子子的的電電性性相相同同(包括括a、b)，另另兩兩種種粒粒子子的的電電性性也也相相同同(包括括c)，但但與與前前3種的的電電性性相相反反，，綜綜合合以以上上情情況況可可知知，，只只有有選選項項D正確確．．【答案案】D變式式訓訓練練(2009年高高考考安安徽徽理理綜綜卷卷)如圖圖11－2－14是科科學學史史上上一一張張著著名名的的實實驗驗照照片片，，顯顯示示一一個個帶帶電電粒粒子子在在云云室室中中穿穿過過某某種種金金屬屬板板運運動動的的徑徑跡跡．．云云室室放放置置在在勻勻強強磁磁場場中中，，磁磁場場方方向向垂垂直直照照片片向向里里．．云云室室中中橫橫放放的的金金屬屬板板對對粒粒子子的的運運動動起起阻阻礙礙作作用用．．分分析析此此徑徑跡跡可可知知粒粒子子()A．帶正正電，，由下下往上上運動動B．帶正正電，，由上上往下下運動動C．帶負負電，，由上上往下下運動動D．帶負負電，，由下下往上上運動動圖11－2－14解析：：選A.由題圖圖可以以看出出，上上方的的軌跡跡半徑徑小，，說明明粒子子的速速度小小，所所以粒粒子是是從下下方往往上方方運動動；再再根據(jù)據(jù)左手手定則則，可可以判判定粒粒子帶帶正電電，故故選A.題型二粒子在有界磁場中的運動分析例2圖11－2－15(1)粒子在在磁場場中做做圓周周運動動的半半徑R及粒子子的比比荷q/m；(2)此時刻刻仍在在磁場場中的的粒子子的初初速度度方向向與y軸正方方向夾夾角的的取值值范圍圍；(3)從粒子子發(fā)射射到全全部粒粒子離離開磁磁場所所用的的時間間．圖11－2－16圖11－2－17【方法技技巧】(1)粒子剛剛好穿穿出磁磁場邊邊界的的條件件是帶帶電粒粒子在在磁場場中運運動的的軌道道與邊邊界相相切．．(2)當速度度v一定時時，弧弧長(或弦長長)越長，，圓心心角越越大，，則帶帶電粒粒子在在有界界磁場場中運運動的的時間間越長長．(滿分樣樣板12分)(2011年蘇州州模擬擬)如圖11－2－18甲所示示，M、N為豎直直放