04磁场对运动电荷的作用解读
磁场对运动电荷的作用
方法：作已知半径的圆，使其与两速度 方向线相切，圆心到两切点的距离即是 半径．
(2)确定轨迹所对应的圆心角，求运动时间．
先利用圆心角与弦切角的关系，或者是四边 形内角和等于3600（或2π）计算出圆心角θ 的大小，再由公式t=θT/3600（或θT/2π） 可求出运动时间
B、已知轨迹上的两点及其中一点 的速度方向
方法：过已知速度方向的点作速度 方向的垂线，得到一个半径方向； 作两已知点连线的中垂线，得到另 一半径方向，两条方向线的交点即 为圆心．
C、已知轨迹上的一点及其速度方向 和另外一条速度方向线
方法：过已知点作其速度的垂线，得到 一半径方向；作两速度方向线所成角的 平分线，一半径所在的直线，两者交点 即是圆心．
以垂直纸面向里的匀强磁场，粒子仍以
V0入射，恰从C关于中线的对称点D射出， 如图所示，则粒子从D点射出的速度为多 少?
·D
V0
W1=W2。VD= 2V02 - V2
·C
【例2】如图所示,竖直两平行板P、Q,长为L, 两板间电压为U,垂直纸面的匀强磁场的磁感 应强度为B,今有带电量为Q,质量为m的带正电 的油滴,从某高度处由静止落下,从两板正中 央进入两板之间,刚进入时油滴受到的磁场力 和电场力相等,此后油滴恰好从P板的下端点 处离开两板正对的区域,求(1)油滴原来静止 下落的位置离板上端点的高度h.(2)油滴离开 板间时的速度大小.
h=U2/2gB2d2
2g h L qU / m 2g U 2 / 2gB2d 2 L qU / m
【例3】在两块平行金属板A、B中,B板的正中 央有一α粒子源,可向各个方向射出速率不同 的α粒子,如图所示.若在A、B板中加上UAB＝ U0的电压后,A板就没有α粒子射到,U0是α粒 子不能到达A板的最小电压.若撤去A、B间的 电压,为了使α粒子不射到A板,而在A、B之间 加上匀强磁场,则匀强磁场的磁感强度B必须 符合什么条件(已知α粒子的荷质比 m/q=2.l×10－8kg/C, A、B间的距离d＝10cm, 电压U0=4.2×104V）?
磁场对运动电荷的作用解析版
磁场对运动电荷的作用【知识链接】一、洛伦兹力的大小和方向1．定义：磁场对运动电荷的作用力．2．大小(1)v∥B 时，F ＝0；(2)v⊥B 时，F ＝qvB ；3．方向判定方法：应用左手定则，注意四指应指向正电荷运动方向或负电荷运动的反方向；4．做功：洛伦兹力不做功．二、带电粒子在匀强磁场中的运动1.若v⊥B 时，带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速度v 做匀速圆周运动． 基本公式(1)向心力公式：qvB ＝m v2r； (2)轨道半径公式：r ＝mv Bq； (3)周期公式：T ＝2πm qB. 注意：带电粒子在匀强磁场中运动的周期与速率无关．题型一：基本概念【例1】氕、氘、氚的电荷量相同、质量之比为1∶2∶3，它们由静止经过相同的加速电压加速，之后垂直进入同一匀强磁场，不计重力和它们间的相互作用，则( )A ．运动半径之比为3∶2∶1B ．运动半径之比为3∶2∶1C ．运动周期之比为1∶2∶3D ．运动周期之比为3∶2∶1答案C【针对训练1-1】(多选)带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场，恰做匀速直线运动，如图所示，若油滴质量为m，磁感应强度为B，则下述说法正确的是()A．油滴必带正电荷，电荷量为mgv0BB．油滴必带正电荷，比荷qm＝g v0BC．油滴必带负电荷，电荷量为mgv0BD．油滴带什么电荷都可以，只要满足q＝mgv0B答案BC题型二：直线边界磁场1.带电粒子在有界磁场中的运动解题要点：定圆心―→画轨迹―→求半径和圆心角―→【例2】(多选)如图所示，一单边有界磁场的边界上有一粒子源，以与水平方向成θ角的不同速率，向磁场中射入两个相同的粒子1和2，粒子1经磁场偏转后从边界上A点出磁场，粒子2经磁场偏转后从边界上B点出磁场，OA＝AB，则()A．粒子1与粒子2的速度之比为1∶2B．粒子1与粒子2的速度之比为1∶4C．粒子1与粒子2在磁场中运动的时间之比为1∶1D．粒子1与粒子2在磁场中运动的时间之比为1∶2答案AC【针对训练2-1】(多选)(2020·辽宁沈阳市质检)两个带等量异种电荷的粒子分别以速度v a和v b射入匀强磁场，两粒子的入射方向与磁场边界的夹角分别为60°和30°，磁场宽度为d，两粒子同时由A点出发，同时到达B点，如图所示，则()A．a粒子带正电，b粒子带负电B．两粒子的轨道半径之比R a∶R b＝3∶1C．两粒子的质量之比m a∶m b＝1∶2D．两粒子的质量之比m a∶m b＝2∶1答案BD题型三：圆形边界磁场【例3】(多选)圆形区域内有垂直于纸面的匀强磁场，三个质量和电荷量都相同的带电粒子a 、b 、c 以不同的速率沿着AO 方向对准圆心O 射入磁场，其运动轨迹如图所示。
高中物理磁场对运动电荷的作用
高中物理磁场对运动电荷的作用在高中物理的学习中，磁场对运动电荷的作用是一个非常重要的知识点。
它不仅是电磁学的核心内容之一，也在许多实际应用中发挥着关键作用，比如粒子加速器、质谱仪等。
当我们谈到磁场对运动电荷的作用时，首先要了解的是洛伦兹力。
洛伦兹力是指运动电荷在磁场中所受到的力。
这个力的大小与电荷量、速度大小、磁感应强度以及速度方向与磁场方向的夹角有关。
其表达式为：F ＝qvBsinθ，其中 F 是洛伦兹力，q 是电荷的电荷量，v 是电荷的运动速度，B 是磁感应强度，θ 是速度方向与磁场方向的夹角。
让我们通过一个简单的例子来直观地感受一下洛伦兹力。
想象一个带正电的粒子以一定的速度垂直进入一个匀强磁场。
由于粒子的速度方向与磁场方向垂直，此时夹角θ为 90 度，sinθ等于 1。
那么粒子将会受到一个大小恒定、方向始终与速度方向垂直的洛伦兹力。
在这个力的作用下，粒子会做匀速圆周运动。
为什么会做匀速圆周运动呢？因为洛伦兹力始终与速度方向垂直，所以它只改变速度的方向，而不改变速度的大小。
这就好比我们用一根绳子拴着一个小球在水平面上旋转，绳子提供的拉力始终垂直于小球的运动方向，只改变小球的运动方向，而不改变其运动的快慢。
那么，如何确定粒子做圆周运动的半径和周期呢？根据洛伦兹力提供向心力的原理，我们可以得到：qvB ＝ mv²/r，由此可以推导出半径r ＝ mv/qB。
而周期 T ＝2πr/v ＝2πm/qB。
接下来，我们再深入探讨一下当速度方向与磁场方向不垂直的情况。
假设夹角为θ（0 ＜θ ＜ 90 度），此时洛伦兹力的大小会变小，因为sinθ的值小于 1。
而且洛伦兹力的方向不再与速度方向垂直，而是与速度方向和磁场方向都垂直。
在这种情况下，粒子的运动轨迹将不再是简单的圆周运动，而是一个螺旋线。
磁场对运动电荷的作用在实际生活中有很多应用。
比如，在电视机的显像管中，电子枪发射出的电子在磁场的作用下发生偏转，从而能够准确地打到屏幕的不同位置，形成图像。
高考物理新课标件磁场对运动电荷的作用
霍尔效应原理及应用
霍尔效应原理
当电流垂直于外磁场通过导体时，在 导体的垂直于磁场和电流方向的两个 端面之间会出现电势差，这一现象称 为霍尔效应。
霍尔元件
应用领域
霍尔效应在电子技术、自动化技术、 汽车技术等领域有广泛应用，如电子 点火器、无触点开关、位置传感器等 。
2. 调整磁场强度和电荷速度 时，要确保测量准确。
3. 多次重复实验，减小误差 。
数据处理与结果分析
数据处理
根据实验数据，计算电荷在磁场中的 偏转角度和半径，进而得到洛伦兹力 的大小和方向。
结果分析
通过比较实验数据和理论预测值，验 证洛伦兹力的存在并探究其与速度、 磁场强度的关系。同时，分析实验误 差来源，提出改进意见。
利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元 件，可用于测量磁场、电流等物理量 。
XX
PART 03
典型问题分析与求解方法
REPORTING
判断带电粒子所受洛伦兹力方向
左手定则
伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感 线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时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。
XX
高考物理新课标件磁 场对运动电荷的作用
汇报人：XX
20XX-01-16
REPORTING
目录
• 磁场与运动电荷基本概念 • 磁场对运动电荷作用机制 • 典型问题分析与求解方法 • 实验探究：验证洛伦兹力存在和性质 • 知识拓展：其他相关物理现象和规律 • 总结回顾与高考备考建议
XX
PART 01
等离子体振荡和波动现象
磁场对运动电荷作用
一、洛伦兹力：磁场对 运动电荷
的作用力．
1．洛伦兹力的大小： F＝qvBsinθ ，其中θ 为 v 与 B 间的夹角．当带电粒子的运动方向与磁场方向互 相平行时， F ＝ 0 ；当带电粒子的运动方向与磁场方向 互相垂直时，F＝ qvB .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.
mv2 mv 【解析】(1)qvB＝ ，r＝ r qB 离子在磁场中运动最大轨道半 径：rm＝1m 由几何关系知，最大速度的离 子刚好沿磁场边缘打在荧光屏上， 如图，所以 OA1 长度为： y＝2rcos30°＝ 3 m 即离子打到荧光屏上的范围为：[0， 3 m] 2πm (2)离子在磁场中运动的周期为： T＝ ＝π × qB 10－6s 5π T －7 经过时间：t＝ ×10 s＝ 3 6 2π π 离子转过的圆心角为 φ＝ t＝ T 3
三、洛伦兹力计算公式的推导 如图所示，整个导线受到的磁场力 ( 安培力 ) 为 F 安 ＝
BIL；其中I＝nqsv；设导线中共有N个自由电子N＝nsL； 每个电子受的磁场力为 F ，则 F 安 ＝ NF. 由以上四式得 F ＝qvB.条件是v与B垂直．当v与B成θ 角时， F＝qvBsinθ .
题型一：带电粒子在磁场中的圆周运动问题
D．若将带电粒子在A点时初速度变小(方向不变)，它不 能经过B点
【解析】 无论是带正电还是带负电粒子都能到达 B 点，画出粒子运动的轨迹，正粒子在 L1 上方磁场中运 1 3 动 T，在 L2 下方磁场中运动 T，负粒子在 L1 上方磁场 4 4 3 T 中运动 T，在 L2 下方磁场中运动 ，设 l1l2 之间的距离 4 4 为 a.带电粒子运动的半径为 R，则对于负粒子，AB＝ a ＋ 2R＋ a－ 2R＝ 2a. 对于正粒子， AB＝ a－ 2R＋ a＋ 2R＝ 2a.
磁场对运动电荷的作用
.........
qvB m v2 R
m qBR v
谱线位置：同位素质量 谱线黑度：相对含量
70 72 73 74 76
质谱仪的示意图
锗的质谱
欧洲核子研究中心(CERN)座落在日内瓦郊外的加 速器：大环是直径8.6km的强子对撞机，中环是质子 同步加速器。
（4）质谱仪：速度选择器
qE qvB v E
B
速度选择器 B
p1 .. .. ..
照相底片
..........
.
+
..
.
...
...
...
s1 s2
p2
s3
ห้องสมุดไป่ตู้
... .... .. ....B.... .. .. .. ......
1 2
mvm2
(qBR)2 2m
与加速电压无关！
目前世界上最大的回旋加 速器在美国费米加速实验室， 环形管道的半径为2公里。产 生的高能粒子能量为5000亿 电子伏特。
世界第二大回旋加速器在 欧洲加速中心，加速器分布 在法国和瑞士两国的边界， 加速器在瑞士，储能环在法 国。产生的高能粒子能量为 280亿电子伏特。
频率： f 1 qB T 2 m
动能： Ek
1 2
mv 2
(qBR)2 2m
3. 实际应用
（1）电子射线的偏转
磁场对电荷运动的影响
磁场对电荷运动的影响磁场是由电流产生的。
当电荷运动时，它会产生一个磁场，而同时该电荷也会受到外部磁场的作用。
在本文中，我们将探讨磁场对电荷运动的影响。
1. 磁力的作用磁场可以对电荷施加力，这种力称为磁力。
磁力的大小和方向由洛伦兹力定律确定。
洛伦兹力定律表明，磁力的大小与电荷的大小、电荷的运动速度以及磁场的强度和方向有关。
磁力的方向垂直于电荷的运动轨迹和磁场的方向，符合右手定则。
2. 磁场对带电粒子的弯曲轨迹当带电粒子穿过磁场时，由于受到磁力的作用，其运动轨迹会发生弯曲。
这种弯曲轨迹被称为洛伦兹力的曲线。
3. 磁场对电子轨道的影响在原子中，电子绕绕原子核运动，形成电子轨道。
在有磁场的情况下，电子的轨道将受到磁力的作用，导致其轨道的形状和方向发生改变。
这种现象称为塞曼效应。
4. 磁场对电磁感应的影响磁场还可以影响电磁感应现象。
当一个导体运动于磁场中，产生感应电动势时，会产生电流。
这种现象被称为磁感应。
5. 磁场对电子运动速度的限制在磁场中，电子受到磁力的作用，会发生向心力。
这种向心力会限制电子的运动速度和轨道半径。
当向心力与电子的离心力平衡时，电子将保持稳定的轨道。
6. 磁场对电子束的聚焦在粒子加速器中，利用磁场可以对电子束进行聚焦。
磁场可以使电子束在加速器中保持稳定的轨道，同时减小束斑的扩散，提高加速效率。
总结：磁场对电荷运动有着显著的影响。
磁力可以使电荷的运动轨迹发生弯曲，磁场也可以改变电子的轨道形状和方向。
此外，磁场还对电磁感应产生影响，限制电子运动速度，并对电子束的聚焦起到重要作用。
对磁场与电荷运动的关系的深入了解，对于电磁学的研究和应用具有重要意义。
磁场对运动电荷的作用
磁场对运动电荷的作用1. 引言在物理学中，磁场是指存在于物体周围的力场，可以对运动中的电荷施加作用力。
电荷在磁场中受到的力和运动状态之间存在着密切的关系。
本文将探讨磁场对运动电荷的作用以及其物理原理。
2. 洛伦兹力磁场对运动电荷产生的作用力称为洛伦兹力。
根据洛伦兹力定律，洛伦兹力的大小与电荷的电量、电荷的速度以及磁场的强度和方向有关。
洛伦兹力的方向垂直于电荷的速度方向和磁场方向，遵循右手定则。
3. 右手定则右手定则是用于确定洛伦兹力方向的常用方法。
当右手拇指指向电荷的速度方向，四指指向磁场的方向时，手心所指的方向即为洛伦兹力的方向。
右手定则为我们理解磁场对电荷作用力提供了便利。
4. 磁场对直线运动电荷的作用当电荷沿直线运动时，如果与磁场垂直，则洛伦兹力将偏离电荷的直线运动方向，并且始终垂直于电荷的速度方向和磁场方向。
这是由于洛伦兹力的方向始终与速度和磁场互相垂直，导致电荷运动轨迹弯曲，形成圆弧轨迹。
5. 磁场对曲线运动电荷的作用当电荷沿曲线运动时，磁场对其的作用将影响电荷在曲线上的运动轨迹。
在曲线上的每一点上，电荷的速度方向和磁场方向不再垂直。
由于洛伦兹力始终垂直于速度和磁场方向，电荷将受到一个向轨迹中心的向心力。
这使得电荷在曲线上的运动具有向心加速度的特征。
6. 磁场对静止电荷的作用磁场对静止电荷的作用力为零。
这是因为洛伦兹力的大小与电荷的速度有关，而静止的电荷速度为零，因此洛伦兹力也为零。
磁场只对运动中的电荷产生作用。
7. 磁场对带电粒子的运动轨迹的影响磁场对带电粒子的运动轨迹产生明显的影响。
在强磁场的作用下，带电粒子将受到明显的偏转，形成类似于螺旋线状的轨迹。
这种现象在粒子加速器以及磁共振成像技术中得到了广泛应用。
8. 磁场对电流的作用电流也是由运动电荷产生的，因此磁场也对电流产生作用。
根据安培定律，电流在磁场中受到的力的大小与电流强度、导线长度以及磁场的强度和方向有关。
磁场对电流的作用可用于磁力计、电动机、发电机等各种电磁设备中。
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高 斯 计
I
I'B 由 VH RH d
B
8
可知 B，再由无限电流 I 与 B 之间 的关系可知 I 。
VH
fL
q
B
v
I
Fe
E
b d
6
1 2.讨论: RH nq ①由于导体内有大量的自由电荷，n 较大， IB RH 较小，故导体的霍尔效应较弱。 VH RH d ②而半导体界于导体与绝缘体之间， 其内的自由电荷较少，n 较小，RH 较大， 故半导体的霍尔效应显著。 3.霍尔效应的应用
磁场对运动电荷的作用
张三慧《大学基础物理学》：第14章第1~2节 毛骏健《大学物理学》：第7章第6节
1
一、洛仑兹力
1.洛仑兹力 电量为 q 电荷在磁场ห้องสมุดไป่ตู้受到的 洛仑兹力： f qv B
L
v
q
B B
大小: f L qvBsin
f L // v B 方向: q 0, q 0, f L //(v ) B
① 测量半导体的性质 半导体根据掺杂不同，有空 穴型（p型）半导体，和电子型（n 型）半导体。P型半导体的主要载 流子为正电荷；n型半导体的主要 载流子为负电荷. 由 VH 的正负就可知道半导体的类型。
7
② 测量磁场
IB 由 VH RH 可知：V H B d
利用此原理制成高斯计测量外 界磁场。探头用霍尔元件制成， 探头 通过测量 VH，折算成 B 。
运动轨迹为一圆周，洛伦兹 力充当向心力。
B R fL
q
v
周期与粒子运动速度无关，速度大的粒子轨道半 径大，走的路程长，速度小的粒子轨道半径小走的路 程短，但周期都是相同的。
3
2.带电粒子平行进入磁场
由于 0， fL qvB sin 0 0
v
q
f L 垂直由 v
和 B 构成的平面。
q
fL
洛仑兹力不对运动电荷作功， 它只改变带电粒子的运动方向，并 不改变带电粒子的速率和动能。
f L
v
B
2
2.带电粒子在均匀磁场中的运动 1.带电粒子垂直进入磁场 v B
v2 f L m , f L qvB sin , 2 R mv v2 R 有： qvB sin m qB 2 R 2 m 2 mv 2 R 周期： T v qB v qB 结论
h
5
二、霍尔效应
1879年霍耳发现，把一载流导体放在磁场中，如果 磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流二者垂直 的方向上出现横向电势差，这一现象称之为霍耳现象。 载流导体的宽为 b，厚为 d。通有电流 I 。 1.原因: 是由于运动电荷在磁 以载流子是正电荷为例, 场中受洛伦兹力的结果。
IB VH RH d 1 RH 为霍尔系数。 nq
v // B
v
q
B
带电粒子不受力，作匀速直线运动。
3.带电粒子以任意角度进入磁场
带电粒子以 角进入磁场。
v
v
其合运动为螺旋线运动。
v //
B
在垂直磁场的方向上作圆 周运动，在平行于磁场 的方向 上作匀速直线运动。
播放动画
4
h v //T v cos T v 2m 2mv cos T h
qB
qB
螺距h： 螺线上相邻两个圆周的对应点之间的距离。
v
h
B
* 磁聚焦
v //
一束发散角不大的带电粒子束，若这些粒子沿磁场方 向的分速度大小又一样，它们有相同的螺距，经过一 个周期它们将重新会聚在另一点这种发散粒子束会聚 到一点的现象叫磁聚焦。 B
v// v cos v, v v sin v