高三物理磁场对运动电荷的作用

高三物理磁场对运动电荷的作用（第二课时）主备人：韩元华审核人：赵振营时间：2011、11、21考纲要求：洛仑兹力、洛仑兹力的应用Ⅰ级洛仑兹力的公式Ⅱ级带电粒子在匀强磁场中的运动Ⅱ级考纲解读：纵观近几年的高考题可以看出涉及本章知识的题目年年都有，考查最多的是与洛仑兹力有关的带电粒子在匀强磁场中的运动；洛仑兹力的计算也仅限于速度与磁场垂直的情形。这就要求求解本章问题时要注意分析粒子的受力情景、运动情景，根据受力和初始条件来确定粒子的运动情况，结合运动情况充分利用数学知识求解相关问题。学习目标：1．会求洛伦兹力的大小，会运用左手定则判断洛伦兹力的方向。2．会分析洛伦兹力对运动电荷的影响。3.能够分析带电粒子在磁场中的运动情况，并求相关物理量。重难点：带电粒子在磁场中的运动分析高考重现:2010·新课标·25如图所示，在0≤x≤a、o≤y≤2a范围内有垂直于xy平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。坐标原点O处有一个粒子源，在某时刻发射大量质量为m、电荷量为q的带正电粒子，它们的速度大小相同，速度方向均在xy平面内，与y轴正方向的夹角分布在0～090范围内.己知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于2a到a之间，从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一.求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的(1)速度大小；(2)速度方向与y轴正方向夹角正弦。知识梳理：（学生填知识梳理，教师重点讲解，重点强调。）一、洛仑兹力1、大小：F＝qvBsinα(α为v与B的夹角)注意：①当v⊥B时，f洛最大，f洛=qBv(fBv三者方向两两垂直且力f方向时刻与速度v垂直)导致粒子做匀速圆周运动。②当v//B时，f洛=0做匀速直线运动。只有运动的电荷在磁场中才有可能受洛仑兹力，静止电荷中磁场中不受洛仑兹力。2、方向：左手定则判定洛伦兹力方向：伸出左手，让姆指跟四指垂直，且处于同一平面内，让磁感线穿过手心，四指指向正电荷运动方向（当是负电荷时，四指指向与电荷运动方向相反）则姆指所指方向就是该电荷所受洛伦兹力的方向．3、特点：不论电荷做什么性质运动，轨迹如何，洛仑兹力只改变速度的方向，不能改变速度的大小，对粒子永不做功。二、带电粒子在匀强磁场中的运动：1、带电粒子以平行与磁场的速度进入匀强磁场时，粒子不受洛仑兹力的作用而做运动。2、带电粒子以垂直与磁场的速度进入匀强磁场时，粒子在垂直于磁感线的平面以入射速度做匀速圆周运动，其运动所需的向心力全部由提供。3、思路方法：明确洛仑兹力提供作匀速圆周运动的向心力：qBv=mRv2关健：找圆心、定半径、画轨迹。（1）找圆心：（圆心的确定）因f洛一定指向圆心，f洛⊥v①过入射点和出射点的速度的垂线过圆心②任意一弦的中垂线一定过圆心；③两速度方向夹角的角平分线一定过圆心。（2）定半径：用几何知识（勾股定理、三角函数等）求出半径大小。（3）画出轨迹，利用半径公式；周期公式和几何关系求运动时间和相关物理。典例探究（学生板书例2，例3，教师重点讲解）例1、粒子甲的质量与电荷量分别是粒子乙的4倍与2倍，两粒子均带正电，让它们在匀强磁场中同一点以大小相等、方向相反的速度开始运动。已知磁场方向垂直纸面向里。以下四个图中，能正确表示两粒子运动轨迹的是（）例2、如图直线MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场。正、负电子同时从同一点O以与MN成30°角的同样速度v射入磁场（电子质量为m，电荷为e），它们从磁场中射出时相距多远？射出的时间差是多少？××××××××××××××××甲乙A××××××××××××××××甲乙B××××××××××××××××乙甲C××××××××××××××××乙甲DMNOBν例3、一个质量为m电荷量为q的带电粒子从x轴上的P(a，0)点以速度v，沿与x正方向成60°的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限。求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的坐标。例4、2010·全国卷Ⅱ·26图中左边有一对平行金属板，两板相距为d，电压为V;两板之间有匀强磁场，磁场应强度大小为，方向平行于板面并垂直于纸面朝里。图中右边有一边长为a的正三角形区域EFG(EF边与金属板垂直)，在此区域内及其边界上也有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面朝里。假设一系列电荷量为q的正离子沿平行于金属板面，垂直于磁场的方向射入金属板之间，沿同一方向射出金属板之间的区域，并经EF边中点H射入磁场区域。不计重力（1）已知这些离子中的离子甲到达磁场边界EG后，从边界EF穿出磁场，求离子甲的质量。（2）已知这些离子中的离子乙从EG边上的I点（图中未画出）穿出磁场，且GI长为34a，求离子乙的质量。选做：（有时间的同学选择，教师订正答案）1、如图所示，正方形区域abcd中充满匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。一个氢核从ad边的中点m沿着既垂直于ad边又垂直于磁场的方向，以一定速度射入磁场，正好从ab边中点n射出磁场。若将磁场的磁感应强度变为原来的2倍，其他条件不变，则这个氢核射出磁场的位置是（）A．在b、n之间某点B．在n、a之间某点C．就从a点射出D．在a、m之间某点2、如图，在x0、y0的空间中有恒定的匀强磁场，磁感应强度的方向垂直于oxy平面向里，大小为B。现有一质量为m电量为q的带电粒子，在x轴上到原点的距离为x0的P点，以平行于y轴的初速度射入此磁场，在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场。不计重力的影响。由这些条件可知()A．能确定粒子通过y轴时的位置B．能确定粒子速度的大小yxoBvvaEFGHabcdv0mnB××××××××××××××××××××××××PBxyOC．能确定粒子在磁场中运动所经历的时间D．以上三个判断都不对3、如图12所示，在一个圆形域内，两个方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场分布在以直径A2A4为边界的两个半圆形区域Ⅰ、Ⅱ中，A2A4与A1A3的夹角为60°.一质量为m、带电量为+q的粒子以某一速度从Ⅰ区的边缘点A1处沿与A1A3成30°角的方向射入磁场，随后该粒子以垂直于A2A4的方向经过圆心O进入Ⅱ区，最后再从A4处射出磁场。已知该粒子从射入到射出磁场所用的时间为t,求Ⅰ区和Ⅱ区中磁感应强度的大小（忽略粒子重力）。高三物理磁场第二课时【当堂检测】（5分钟当堂检测2、3两题）1、关于带电粒子所受洛仑兹力f、磁感应强度B和粒子速度v三者之间的关系，下列说法中正确的是（）A、f、B、v三者必定均相互垂直B、f必定垂直于B、v，但B不一定垂直vC、B必定垂直于f，但f不一定垂直于vD、v必定垂直于f，但f不一定垂直于B2、质子(p)和α粒子以相同的速率在同一匀强磁场中作匀速圆周运动，轨道半径分别为Rp和Rα，周期分别为Tp和Tα．则下列选项正确的是()A、Rp∶Rα=1∶2，Tp∶Tα=1∶2B、Rp∶Rα=1∶1，Tp∶Tα=1∶1C、Rp∶Rα=1∶1，Tp∶Tα=1∶2D、Rp∶Rα=1∶2，Tp∶Tα=1∶13、每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来，地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义。假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将()A．向东偏转B．向南偏转C．向西偏转D．向北偏转4、如图所示，一带负电的滑块从粗糙斜面的顶端滑至底端时的速率为v，若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，并保证滑块能滑至底端，则它滑至底端时的速率（）A、变大B、变小C、不变D、条件不足，无法判断5、如图所示，在x＜0与x＞0的区域中，存在磁感应强度大小分别为B1与B2的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面向里，且B1＞B2。一个带负电荷的粒子从坐标原点O以速度v沿x轴负方向射出，要使该粒子经过一段时间后又经过O点，B1与B2的比值应满足什么条件？