2012届高中物理第一轮总复习 第8章 第3讲 磁场对运动电荷的作用学案（教师版）新人教版.doc

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1、一、洛伦兹力1．定义：磁场对　运动电荷　的作用力叫洛伦兹力．2．大小：(1)在磁场中当运动电荷的速度方向与磁场垂直时，洛伦兹力的大小F＝　qvB　.(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＝0　. (3)当电荷运动方向与磁场方向夹角为θ时，洛伦兹力的大小F＝　qvBsinθ　.(4)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　洛伦兹力　的宏观表现．由安培力公式可以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

2、洛伦兹力的方向可用　左手定则　来判定．伸开左手，使拇指与其余四个手指　垂直　，并且都与手掌在　同一平面　内，让磁感线　垂直　穿入手心，四指指向正电荷的运动方向(或　负电荷　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　速度和磁场　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　匀速直线运动　.9用心爱心专心2．若带电粒子运动方向与磁场方向互相垂直，则粒子将做　匀速圆周　运

3、动，洛伦兹力提供向心力，其运动周期T＝2πm/qB　(与速度大小无关)，轨道半径r＝mv/qB　.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　不做功　. 图831三、质谱仪与回旋加速器1．质谱仪构造和工作原理(1)结构：如图831所示，质谱仪由粒子源、加速电场、　匀强磁场　和照相底片组成． 2．回旋加速器的构造和工作原理(1)构造：如图832所示，回旋加速器由两个半圆的D形盒组成，D形盒处于匀强磁场中，为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使之能量不断提高，要在狭缝处加

4、一个交变电压．　图832 1．如何处理带电粒子在匀强磁场中的圆周运动？解答：9用心爱心专心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

5、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

6、动时间越长． 2．什么原因使洛伦兹力问题出现多解？解答：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．9用心爱心专心(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

7、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，也可能转过一角度后从入射界面飞出．(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． 3．为什么带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关？解答：加速电压越高，带电粒子每次加速的动能增量越大，回旋半径也增加越多，导致带电粒子在D形盒中的回旋次数越少。 1．洛伦兹力的特点9用心爱心专心例1：在图833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

8、电量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小(1)F＝__________　　(2)F＝__________(3)F＝__________　　(4)F＝__________图833 解析：图中(1)、(4)两种情形，v⊥B，洛伦兹力最大，F＝qvB.图(2)的情形，v与B成30°角，洛伦兹力F＝qvBsin30°＝qvB/2.图(3)的情形，v∥B，洛伦兹力为零．【答案】(1)