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1、5.5.磁场和带电粒子在磁场磁场和带电粒子在磁场 和复合场中的运动和复合场中的运动-2-必查点22必查点23必查点24匀强磁场中的安培力匀强磁场中的安培力()(1)磁场:磁场是磁极(电流)周围存在的一种特殊物质。磁场对放入其中的磁极(电流)有磁场力的作用。磁场是媒介物,磁极间、电流间、磁极与电流间的相互作用都是通过磁场发生的。(2)安培力:磁场对电流的作用,F=BIL,式中F、B、I要两两垂直、L为导线的有效长度。闭合通电线圈在匀强磁场中所受的安培力的矢量和为零。左手定则判断安培力的方向:伸开左手,使大拇指跟其余四个手指垂直,并且都跟手掌在一个平面内。把手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,并使
2、伸开的四指指向电流的方向,那么大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。-3-必查点22必查点23必查点24求解通电导体在磁场中的平衡或加速,关键是画好平面受力分析图,变三维为二维,注意FB,FI,即F垂直于B和I所决定的平面。安培力做正功,电能转化为机械能(电动机原理);安培力做负功(或克服安培力做功),机械能或其他形式的能量转化为电能(发电机原理)。安培力做了多少功,就有多少电能和其他形式的能发生转化。-4-必查点22必查点23必查点24洛伦兹力公式洛伦兹力公式()(1)洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力,当vB时,F=0;当vB时,F=qvB。洛伦兹力垂直于B与v所决定的平面,
3、方向利用左手定则判定。只有运动电荷在磁场中才有可能受到洛伦兹力作用,静止电荷在磁场中受到的磁场对电荷的作用力一定为0。(2)由于F垂直于v,故洛伦兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小,洛伦兹力对带电粒子不做功。-5-必查点22必查点23必查点24带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动()1.带电粒子的运动规律若vB,带电粒子不受洛伦兹力,则带电粒子做匀速直线运动。若带电粒子垂直进入匀强磁场,则做匀速圆周运动。2.带电粒子做圆周运动问题(1)圆心确定:因洛伦兹力指向圆心且与运动速度方向垂直,画出粒子运动轨迹中任意两点洛伦兹力的方向,其延长线的交点即为圆心。(2)半径确定:一般是利
4、用几何知识,解三角形求解。(3)时间确定:利用圆心角与弦切角的关系计算圆心角大小,由t=T可求得带电粒子在磁场中的运动时间。-6-必查点22必查点23必查点243.注意圆周运动中有关对称的规律。从直线边界射入的粒子,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。-7-121.(多选)右图为圆柱形区域横截面,在没有磁场的情况下,带电粒子(不计重力)以某一初速度沿截面直径方向入射时,穿过此区域的时间为t;若该区域加沿轴线方向的匀强磁场,磁感应强度为B,带电粒子仍以同一初速度沿截面直径入射,粒子飞出此区域时,速度方向偏转了 。根据上述条件可求得的物理量有(
5、)A.带电粒子的初速度B.带电粒子在磁场中运动的半径C.带电粒子在磁场中运动的周期D.带电粒子的比荷CD-8-12-9-122.(2017湖南衡阳联考)“太空粒子探测器”是由加速装置、偏转装置和收集装置三部分组成的,其原理可简化如图所示,辐射状的加速电场区域边界为两个同心圆,圆心为O,外圆的半径R1=2 m,电势1=50 V,内圆的半径R2=1 m,电势2=0,内圆内有磁感应强度大小B=510-3T、方向垂直纸面向里的匀强磁场,收集薄板MN与内圆的一条直径重合,收集薄板两端M、N与内圆间各存在狭缝。假设太空中漂浮着质量m=1.010-10 kg、电荷量q=410-4 C的带正电粒子,它们能均匀地吸附到外圆面上,并被加速电场从静止开始加速,进入磁场后,发生偏转,最后打在收集薄板MN上并被吸收(收集薄板两侧均能吸收粒子),不考虑粒子相互间的碰撞和作用。-10-12(1)求粒子刚到达内圆时速度的大小;(2)以收集薄板MN所在的直线为轴建立如图的平面直角坐标系。分析外圆哪些位置的粒子将在电场和磁场中做周期性运动。指出该位置并求出这些粒子运动一个周期内在磁场中所用时间。-11-12