高中人教物理选择性必修二第一章 安培力与洛伦兹力复习（课件）同步备课

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人教版 选择性必修第二册章末复习第一章 安培力与洛伦兹力思维导图安培力 （磁场对电流的作用力） 条件： L 与 B 垂直（二者平行时不受安培力） 安培力是一种性质力，既可以使通电导体静止、运动或转动，又可以对通电导体做功，因此，有关安培力问题的分析与计算的基本思路和方法与力学问题一样，先取研究对象进行受力分析，判断通电导体的运动情况，然后根据题目中的条件由牛顿定律或动能定理等规律求解。具体求解应从以下几个方面着手分析。一、有关安培力问题的分析与计算1．安培力的大小 当通电导体与磁场方向垂直时，F＝ILB；当通电导体与磁场方向平行时，F＝0；当通电导体和磁场方向的夹角为θ时，F＝ILBsinθ。2．安培力的方向 由左手定则判断，安培力垂直于磁场的方向，也垂直于导线的方向，即安培力垂直于磁场和导线所决定的平面，但磁场与导线可以不垂直。3．解决安培力问题的一般步骤 （1）先画出通电导线所在处的磁感线的方向，用左手定则确定通电导线所受安培力的方向； （2）根据受力分析确定通电导体所处的状态或运动过程； （3）根据牛顿运动定律或动能定理求解。二、电流间的相互作用①同向电流相互吸引⑴电流间的相互作用是电流在彼此形成的磁场中受到磁场力的作用。②反向电流相互排斥⑵结论：三、洛伦兹力 方向用左手定则判断，四指必须指电流方向（不是速度方向），即正电荷定向移动的方向；对负电荷，四指应指负电荷定向移动方向的反方向。 正电荷：v 的方向，负电荷：-v 的方向条件：v 与 B 垂直（v 与B 平行时不受洛仑兹力）四、带电粒子在磁场中的运动 带电粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力时做匀速圆周运动时，洛伦兹力充当向心力： 进而可知其半径公式和周期公式： ①直线边界(进出磁场具有对称性，如图)②平行边界(存在临界条件，如图)例．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），它们的出射点相距多远？出射的时间差是多少？ 画好示意图，找圆心、找半径和用对称。 yθ磁偏转⑴穿过矩形磁场区。要先画好辅助线（半径、速度及延长线） 偏转角 sinθ=L/R侧移由 R 2=L2+(R-y)2注意：这里出射速度的反向延长线与初速度延长线交点不再是宽度线段的中点，区分于抛物线。⑵穿过圆形磁场区 。画好辅助线（半径、速度、轨迹圆的圆心、连心线） 注意：由对称性，出射线反向延长必过磁场圆的圆心速度选择器霍尔元件磁流体发电机电动势与磁感应强度、两板间距、喷射速度有关。只选择粒子速度，不选择电量、电性、比荷。霍尔电压与电流、磁感应强度乘积成正比，与h无关。d为沿磁场方向距离。五、带电粒子在复合场中的运动✔✘✘✘D✔✘✘✔B D＋－质谱仪U1U2 , d 速度选择器的平行金属板之间有相互正交的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度为B，电场强度为E。下方匀强磁场磁感应强度为B0。（1）若某带电粒子打在底片上的A点，测得P与A之间的距离为x，求该粒子的比荷q/m；【例3】解：（1）带电粒子通过速度选择器的过程有带电粒子在偏转磁场中圆周运动x（2）若有两种质量不同的正一价离子，质量分别为m1和m2，它们经速度选择器和匀强磁场后，分别打在底片上的A1和A2两点，测得P到A2的距离与A1到A2的距离相等，求这两种离子的质量之比m1/m2；（2）因为P到A2的距离与A1到A2的距离相等， 所以x1=2x2（2）若有两种质量不同的正一价离子，质量分别为m1和m2，它们经速度选择器和匀强磁场后，分别打在底片上的A1和A2两点，测得P到A2的距离与A1到A2的距离相等，求这两种离子的质量之比m1/m2；（2）因为P到A2的距离与A1到A2的距离相等， 所以x1=2x2（3）若用这个质谱仪分别观测氢的两种同位素离子（所带电荷量为e），它们分别打在照相底片上相距为d的两点。①为了便于观测，希望d的数值大一些为宜。试分析说明为了便于观测，应如何改变匀强磁场磁感应强度B0的大小；可见，为增大d，应减小磁感应强度B0的大小。（3）②某同学对上述B0影响d的问题进行了深入的研究。为了直观，他们以d为纵坐标、以1/ B0为横坐标，画出了d随1/ B0变化的关系图像，该图像为一条过原点的直线。测得该直线的斜率为k，求这两种同位素离子的质量之差Δm。（3）②因m1－m2、E、e和B均为定值，回旋加速器AA´BB´A1A´1B1B´11、粒子能够加速到的最大动能：2、粒子在回旋加速器中运动的时间：3、必须满足的条件：1、粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒的半径R决定。设加速电压为U，加速总次数为N。由动能定理得：3、最大动能与加速电压U无关。2、电压U增大，加速的次数N会减少。粒子在磁场中运动的时间粒子在电场中运动的时间4、电压U增大，在回旋加速器中运动的时间会变短。T电=T磁5、粒子比荷、磁感应强度、交流电频率必须满足等式：回旋加速器✔✘✘✘C 要充分考虑带电粒子的电性、磁场方向、轨迹及临界条件的多种可能性，画出其运动轨迹，分阶段、分层次地求解。常见的多解问题有以下几种：1．带电粒子电性不确定造成多解 受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电，也可能带负电，在相同的初速度的条件下，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，形成多解。六、有关洛伦兹力的多解问题 如图甲所示，带电粒子以速率v垂直进入匀强磁场，如带正电，其轨迹为a，如带负电，其轨迹为b。2．磁场方向不确定形成多解 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方向，此时必须要考虑磁感应强度方向不确定而形成的多解。 如图乙所示，带正电粒子以速率v垂直进入匀强磁场，如B垂直纸面向里，其轨迹为a，如B垂直纸面向外，其轨迹为b。3．临界状态不惟一形成多解 带电粒子在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状，因此，它可能穿过去了，也可能转过180°从入射界面这边反向飞出，如图丙所示，于是形成了多解。4．运动的往复性形成多解 带电粒子在部分是电场，部分是磁场的空间运动时，运动往往具有往复性，从而形成多解。如图丁所示。例题．如图所示直角坐标系中，在y轴和MN之间以x轴为边界存在两个匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ，磁场宽度为d，磁感应强度大小均为B、方向垂直于纸面。一粒子加速器放置在y轴上，其出射口坐标为（0，y）且y>0，其加速电压可调。初速度为0、质量为m、电荷量为+q的粒子经加速器加速后平行于x轴射入区域I，不计粒子重力。(1)若y=d，调节加速电压，粒子恰好从O点射出磁场，求加速电压的大小U；(2)若 ，粒子仅经过x轴一次，然后垂直于MN从区域Ⅱ射出，求粒子在磁场中运动的时间t；(3)若粒子以 速度射入磁场，最终垂直于MN射出，求y满足的条件。解析：