中小学教育资源及组卷应用平台 课时29 磁场对运动电荷的作用 考纲对本模块内容的具体要求如下: 知道洛伦兹力的特点,会计算其大小并用左手定则确定其方向; 掌握带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径周期公式,知道常见的分析方法; 知道带电粒子在有界磁场中运动的多解情况、临界值与极值问题的处理方法,会熟练求解相关问题。 1.物理观念: (1)理解洛伦兹力和安培力的关系,能够由已知的安培力的大小和方向推知洛伦兹力的大小和方向。 (2)理解洛伦兹力大小的决定因素,弄清洛伦兹力与电场力的区别,能够熟练地运用洛伦兹力的计算公式。 2.科学思维: (1)理解洛伦兹力方向与磁场方向、电流方向的关系,能够熟练地运用左手定则判断洛伦兹力的方向。 (2)掌握并能熟练地运用洛伦兹力的特点:与速度方向垂直,永远不做功,不改变运动电荷的动能。 知识点一:洛伦兹力的大小和方向 1.对洛伦兹力大小的理解 洛伦兹力 ①只有相对于磁场运动的电荷才可能受到洛伦兹力的作用,v理解为电荷相对于磁场运动的速度,相对于磁场静止的电荷不受洛伦兹力作用,这一点与电场有根本的不同。 ②当时,电荷虽然相对于磁场运动但不受洛伦兹力作用。 ③当时,最大。 ④,理解为速度垂直B的分量,可以理解为B垂直于v的分量。 2.对洛伦兹力方向的理解 由左手定则判断洛伦兹力的方向,使用时注意到负电荷受力方向的判断———四指指向负电荷运动的反方向。 ①洛伦兹力的方向永远垂直于速度的方向,垂直于磁场的方向,垂直于磁场方向和速度方向所决定的平面,磁场的方向和速度的方向不一定垂直。 ②电荷相对于磁场不同的运动方向可能对应相同的洛伦兹力的方向。 3.洛伦兹力的特点: 洛伦兹力永远垂直于速度的方向,不改变速度的大小,只改变速度的方向。 ①洛伦兹力永远不做功,不改变带电粒子的动能。 ②洛伦兹力能够改变运动状态产生加速度。 ③洛伦兹力的大小和方向都随着速度的大小和方向而变化,这一点对分析电荷的运动情况非常重要。 知识点二:带电粒子在匀强磁场中的运动规律 1.运动轨迹 带电粒子(不计重力)以一定的速度v进入磁感应强度为B的匀强磁场中: (1)当v∥B时,带电粒子将做匀速直线运动; (2)当v⊥B时,带电粒子将做匀速圆周运动; (3)当v与B的夹角为(≠0°,90°,180°)时,带电粒子将做等螺距的螺旋线运动. 说明:电场和磁场都能对带电粒子施加影响,带电粒子在匀强电场中只在电场力作用下,可能做匀变速直线运动,也可能做匀变速曲线运动,但不可能做匀速直线运动;在匀强磁场中,只在磁场力作用下可以做曲线运动.但不可能做变速直线运动. 2.带电粒子在匀强磁场中的圆周运动 如图所示,带电粒子以速度v垂直磁场方向入射,在磁场中做匀速圆周运动,设带电粒子的质量为m,所带的电荷量为q. (1)轨道半径:由于洛伦兹力提供向心力,则有,得到轨道半径. (2)周期:由轨道半径与周期之间的关系可得周期. 说明:(1)由公式知,在匀强磁场中,做匀速圆周运动的带电粒子,其轨道半径跟运动速率成正比. (2)由公式知,在匀强磁场中,做匀速圆周运动的带电粒子,周期跟轨道半径和运动速率均无关,而与比荷成反比. 注意:与是两个重要的表达式,每年的高考都会考查.但应用时应注意在计算说明题中,两公式不能直接当原理式使用. 知识点三:带电粒子在有界磁场运动的分析方法 1.有界磁场 (1)磁场边界的类型如图所示 (2)与磁场边界的关系 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,圆周角越大,则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,圆周角越大的,运动的 时间越长. (3)有界磁场中运动的对称性 ①从某一直 ... ...
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