1.2洛伦兹力（第二课时）（备课件）【上好课】2021-2022学年高二物理同步备课系列（鲁科版2019选择性必修第二册）

鲁科2019 第2节 洛伦兹力 高中物理选择性必修二 第1章 安培力与洛伦兹力 第２课时 　粒子在磁场中的运动轨迹 运动电荷在磁场中会受到洛伦兹力的作用。进入磁场后，则其运动轨迹会是怎样的呢？ 由粒子的运动轨迹照片可看出，在磁场中粒子的运动轨迹有大小不等的圆形、螺旋形等。 为什么它们会形成这样的运动轨迹呢？ 当速度方向与磁场方向平行时： f洛=0 匀速直线运动 当速度方向与磁场方向垂直时： f洛与v方向始终垂直 F v + F v + F v + 洛伦兹力只是改变运动的方向不能改变速度大小 匀速圆周运动 猜想？ 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 观察运动电荷在磁场中的轨迹 现象： 图 1-16 所示的装置称为洛伦兹力演示仪。玻璃泡内的电子枪发射出阴极射线，使泡内的低压惰性气体发出辉光，这样便可显示出电子的轨迹。 （1）没有磁场作用时，观察电子 的运动轨迹是 ， （2）外加一磁场，让电子垂直射入， 电子的运动轨迹是 ， 直线 圆 （3）外加一磁场，让电子不垂直射入， 则电子的运动轨迹是 ， 螺旋形轨迹 结论： 运动电荷垂直射入匀强磁场后，运动电荷受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动。 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 质量为m,电量为q的粒子,以速度v垂直射入匀强磁场B中， 该粒子受到的洛伦兹力： 若粒子受到的重力可以忽略，粒子只受洛伦兹力而做 匀速圆周运动，向心力为洛伦兹力。设半径为r，则： 得：带电粒子在磁场中的运动半径 带电粒子圆周运动的周期： 试分析半径和周期与各量间的关系 当带电粒子的速度方向与磁场方向不垂直也不平行，夹角为θ时，将速度分解为： 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 平行磁场方向： 匀速直线运动 匀速圆周运动 垂直磁场方向： 在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略、质量为m、电荷量为q的磷离子，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，在磁场中转过θ=30°后从磁场右边界射出，如图所示。不计磷离子所受的重力，求磷离子在磁场中运动时的半径r和运动时间t。 如何根据题目给出的初末速度方向确定圆心的位置？ 讨论： 解： 粒子在电场中加速，由动能定理，得 离子在磁场中做匀速圆周运动 解得： 离子在磁场中的运动时间 讨论： 如何确定圆心的位置？ 方法一：若已知粒子轨迹上的两点的速度方向,由于洛伦兹力f⊥v,洛伦兹力为向心力，所以可以通过确定两点处洛伦兹力f的方向（速度的垂线方向）,其交点即为圆心； f f v v O 方法二：若已知粒子运动轨迹上的两点和其中某一点的速度方向,则可作出此两点的连线(即过这两点的圆弧的弦)的中垂线,中垂线与速度方向的垂线的交点即为圆心。 方法技巧 带电粒子在磁场中运动的问题常用的解题思路 定圆心，画轨迹 通过几何关系 求半径 洛伦兹力是向心力 解决问题 定时间 偏转角 圆心角 θ 如图所示，在y<0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面并指向纸面外，磁感应强度为B。一带正电的粒子以速度v从O点射入磁场，入射方向在xOy平面内，与x轴正方向的夹角为θ。若粒子射出磁场的位置与O点的距离为l,忽略粒子所受重力，求该粒子的电荷量和质量之比。 电荷量和质量之比称荷质比也称比荷 解： 1、定圆心 v l 2、求半径 由图中几何关系可得 θ r 3、洛伦兹力是向心力 又 解得 讨论： 粒子在磁场中的运动时间。 θ 速度与同一弦的夹角相等 如果磁场的边界为圆形时，则粒子的运动又会有什么特点？ B 一带电粒子沿径向垂直进入磁场,如图 v 由几何关系可以发现，粒子离开磁场时的方向必沿径向射出。 v - 在一半径为R=10cm的圆柱形桶内有B=10-4T的匀强磁场，在圆柱形桶某一直径的两端开有小孔，作为入射孔和出射孔，现有一比荷为2╳1011C/Kg的阳离子束以入射角450射入，不计重力，最后出射粒子的速度v大小是多少？ B 离子在磁场中圆周运动的周期恰好是1/4周期，半径 练习 解： 又 解得 长为L的水平极板间,有垂直纸面向内的匀强磁场,如图所示,磁场强度为B,板间距离也为L,板不带电,现有质量为m,电量为q的带负电粒子(不计重力),从左边极板间中点处垂直磁场以速度v平行极板射入磁场, 欲使粒子不打在极板上,则粒子入射速度v应满足什么条件? +q m v L L B v v 练习 +q m v L L B v I I + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + U 将一金属板放入垂直于板的磁场中，当的电流通过时，运动电荷会在磁场的作用下向金属某边发生偏转，这样就使金属板两边聚集了