十四 磁场对运动电荷的作用-2024年新高考物理普通高中学业水平等级性考试总复习大纲

十四磁场对运动电荷的作用 定义：运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力 口方向：洛伦兹力的方向与速度方向、磁感应强度方向都垂直 洛伦兹力口 O大小：F=qwB 〔254) 特点：洛伦兹力与速度方向垂直，永不做功 左手定则楫指指向洛伦 四指指向正电 磁感线从掌心进入 〔253】兹力的方向 荷运动的方向 磁感线从掌 四指指向负电荷 拇指指向洛伦 心进入 运动的反方向 兹力的方向 带电粒子在匀强磁场中的运动 Q带电粒子在直线边界匀强磁〔258 [255 规 场中的运动 做匀速圆周运动的半径和周期○ ·半径r=m 有 带电粒子在 ·周期T=2m qB 圆形边界匀 两个 磁聚焦与 典型模型磁发散〔263] 〔256)确定圆心的方法Q 强磁场中的 图 运动〔259j 一般解题思路♂ ①画轨迹 确定圆心，用几何方法或根据公 ● 带电粒子在环形匀强磁场中〔260] 式q卯B=m二求半径并画出轨迹 典型问题模型 的运动 2找联系 轨迹半径与磁感应强度、运动速 带电粒子 子我临 度相联系：在磁场中运动的时间 在有界磁 界点的，旋转圆和 与圆心角相联系 场中运动两种方法放缩圆法〔262] 临界问题〔261] ③用规律 利用牛顿第二定律和国周运动的规 ò带电粒子在磁场中运动的多〔261] 律，特别是周期公式、半径公式 解问题 磁场对运动电荷的作用·物理 ·189. ○磁偏转和电偏转〔264〕 带电粒子在复杂场中的运动 ○带电粒子在复合场中的运动〔265〕 ○质谱仪< 〔266〕B` 作用：用于测定比荷一，分析元素和鉴定同位素 结构：主要由粒子源A，加速电场U和偏转磁场B组成 电磁场О回旋加速器< 在现代 〔267〕 科技中工作原理：带电粒子由静止开始从D形盒中的A点 的应用〔268〕释放，经电场加速后进入匀强磁场中做匀速圆周运 速度选择器动，半个周期后再次进入两盒间的狭缝被加速 电场力和洛伦 兹力平衡 o磁流体发电机一 〔269〕 ○霍尔效应〔270〕工作原理：由燃烧室燃烧电离成的正、负离子(等离子体） 电场力和洛伦兹以高速v喷入偏转磁场B中。在洛伦兹力作用下，正负离 力作用下的偏转子分别向上、下极板偏转、积累，所以在板间形成一个向下 与平衡的电场，两板间形成一电势差。设两板之间的距离为d，当 qvB=q=时，电势差稳定为U=Bdv，这就相当于一个可以对 ○电磁流量计〔271〕 外供电的电源 磁场对运动电荷的作用·物理 ·190· 京况 253.用左手定则判断洛伦兹力的方向：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂 直，并都与手掌在同一个平面内：让磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷运动 的方向（或负电荷运动的反方向），则拇指所指的方向就是电荷在磁场中所受洛 伦兹力的方向。 教材回读阅读教材中判定洛伦兹力方向的相关内容·，与判定安培力方向时所用的 左手定则进行比较，说一说二者之间有何联系与区别。 判断安培力的方向和洛伦兹力的方向时，都是使磁感线穿过左手手心：当判断安 培力方向时，四指指向电流方向，拇指所指方向为所受安培力的方向：当判断洛伦兹 力方向时，四指指向正电荷运动的方向，拇指所指方向为所受洛伦兹力的方向。若将 单个正电荷的定向移动看作元电流，则元电流所受的安培力就是这个正电荷所受的 洛伦兹力。 思考：当带电粒子运动的方向与磁场的方向不垂直时，应该如何使用左手定则判断洛 伦兹力的方向？ 当带电粒子的运动速度方向与磁场方向不垂直时，可以将粒子运动速度分解为 垂直于磁场和平行于磁场的两个分速度，其中平行于磁场的分量不受洛伦兹力。 254.当带电粒子在匀强磁场中运动的速度方向与磁场方向垂直时，带电粒子 做匀速圆周运动，受到的洛伦兹力为F=B。当带电粒子运动的方向与磁 场的方向夹角为0时，其所受的洛伦兹力为F=四Bsi9。 怎么来的运动电荷所受洛伦兹力的矢量和在宏观上表现为安培力，试通过安培 力的表达式F=B推导出洛伦兹力的表达式。 ①人教选择性必修二P8一9：鲁科远择性必修二P10-11:教科选释性必修二P13~15:粤教选择性必修二P14- 15:沪科选择性必修二P14~15。 磁场对运动电荷的作用·物理 ·191. 推导：一段通电导线垂直于匀强磁场方向静止放置，设导线的横截面积为S,单 位体积内所含自由运动粒子的数量为n,粒子的电荷量为？，带电粒子自由定向移动 的平均速率为。则导线单位体积的电流/和电荷量g的关系为1=S。 再写出长为l的导线所受的安培力F专=Bt=ngS'B。 这一段导线内所有带电粒子所受洛伦兹力的和等于这段导线受到的安培力， 这一段导线内所含带电粒子数为N=nS=nSl 联立上述各式解得，一个带电粒子所受洛伦兹力F=B。 B 14 255.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由粒子受到的洛伦兹力 提供向心力。 质量为m、电荷量为g的粒子在