物理-磁场对运动带电粒子的作用-二
磁场对带电粒子的作用及其应用实例
磁场对带电粒子的作用及其应用实例磁场是一种力场，它对带电粒子有着显著的作用。
当一个带电粒子运动时，如果它在磁场中，磁场将产生力对粒子施加作用。
这种力称为洛伦兹力，它垂直于粒子的速度方向和磁场的方向。
磁场对带电粒子的作用是基于洛伦兹力的。
根据洛伦兹力的方向规律，当带电粒子的电荷和速度方向相互垂直时，洛伦兹力将会使粒子偏离原来的运动轨道。
这种偏转效应被广泛应用在物理实验和技术中。
磁场对带电粒子的应用广泛而多样。
下面将介绍一些具体的应用实例。
1. 电子束和阴极射线管：在电视、显示器和背景辐射设备中，阴极射线管使用磁场来控制电子束的偏转。
磁场使电子束在屏幕上形成各种亮点和彩色图像，从而实现图像的显示。
2. 电子加速器：在粒子物理学实验中，磁场常用于加速器中。
磁场通过对带电粒子施加的洛伦兹力来加速粒子，并使其沿着想要的轨道运动。
这种加速器可以产生高速带电粒子，用于研究基本粒子和物质结构。
3. 磁共振成像（MRI）：医学领域使用磁场的重要应用是磁共振成像。
MRI利用强大的磁场和无害的射频波来生成人体内部的详细图像。
磁场对带电粒子的作用可以使人体内的氢原子核发生共振，产生与组织特性相关的信号，从而实现对人体组织的非侵入性成像。
4. 磁选机：磁选机是一种利用磁场对带电粒子进行分离和分选的装置。
在矿山和冶金行业中，磁选机广泛应用于矿石的提取和精矿的制备。
通过调节磁场的强弱和方向，不同磁性的矿物可以被分离出来，以提高矿石的质量和纯度。
5. 高能粒子物理实验：在高能物理实验中，如粒子对撞机和加速器实验，强大的磁场常用于轨道和动量的测量。
磁场对带电粒子运动的影响可以提供对粒子性质和相互作用的重要信息，从而加深对基本物理规律的理解。
总结起来，磁场对带电粒子的作用广泛应用于科学研究、医学技术和工业生产中。
无论是在电子技术的显示器中，还是在医学成像设备中，磁场的作用都发挥着关键的角色。
磁场对带电粒子的控制和分离为各个领域的发展提供了重要的手段和工具，促进了科学的进步和技术的应用。
磁力磁场对运动带电粒子的影响
磁力磁场对运动带电粒子的影响磁场是物理学中的重要概念，它对运动带电粒子的行为有着重要的影响。
本文将探讨磁力磁场对运动带电粒子的影响及其相关原理。
一、洛伦兹力洛伦兹力是描述带电粒子在磁场中受力的基本定律。
当带电粒子以速度v在磁场B中运动时，它将受到洛伦兹力的作用。
洛伦兹力的大小与带电粒子的电荷q、速度v以及磁场B的关系可以通过以下公式表示：F = q(v×B)其中，F为洛伦兹力的大小，v×B表示向量的叉乘运算。
二、洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向可以根据左手定则确定。
左手定则规定，当左手的拇指指向带电粒子的运动方向，食指指向磁场的方向时，中指的方向就是洛伦兹力的方向。
根据左手定则，洛伦兹力垂直于带电粒子的速度方向和磁场的方向。
三、运动轨迹的变化根据洛伦兹力的方向和大小，带电粒子在磁场中的运动轨迹将发生变化。
当带电粒子的速度与磁场的方向垂直时，洛伦兹力将使粒子绕磁场线做圆周运动。
当带电粒子速度不垂直于磁场时，洛伦兹力将同时作用于带电粒子的速度方向和磁场的方向，使其运动轨迹变为螺旋线。
四、磁强度与洛伦兹力的关系磁场的强弱由磁场强度B来表示，磁场强度越大，洛伦兹力对带电粒子的影响也越大。
磁场强度的单位是特斯拉（T），而洛伦兹力的单位是牛顿（N）。
五、荷质比的测量洛伦兹力的存在使得磁场可以被用来测量带电粒子的荷质比。
荷质比是指带电粒子的电荷与质量之比。
通过在磁场中观察带电粒子的轨迹，可以利用洛伦兹力的大小和带电粒子的速度等参数，推导出带电粒子的荷质比。
六、应用及意义磁场对运动带电粒子的影响在很多实际应用中都有着广泛的应用。
例如，在粒子加速器中，磁场被用于控制带电粒子的运动轨迹，以实现粒子加速和碰撞实验。
磁共振成像技术也是基于磁场对带电粒子的影响原理，通过对带电粒子在强磁场中的运动进行分析，得到图像信息。
总结：磁力磁场对运动带电粒子的影响主要通过洛伦兹力来实现。
洛伦兹力使带电粒子在磁场中的运动轨迹发生变化，且其方向与磁场的方向垂直。
磁场对带电粒子的作用
磁场对带电粒子的作用磁场是指存在磁力的区域，而磁力是一种物理力量，能够对带电粒子产生影响。
本文将探讨磁场对带电粒子的作用及其相关原理。
一、洛伦兹力磁场对带电粒子的主要作用是产生洛伦兹力。
洛伦兹力是由磁场和粒子运动速度的向量积所引起的，其大小和方向都与带电粒子的电荷、速度以及磁场的强度和方向有关。
当带电粒子以一定速度穿过磁场时，洛伦兹力垂直于速度方向和磁场方向，并遵循右手定则。
若带电粒子的电荷正负性与速度方向一致，则洛伦兹力垂直于速度和磁场方向向内；若电荷正负性与速度方向相反，则洛伦兹力垂直于速度和磁场方向向外。
洛伦兹力的大小与磁场强度成正比，与带电粒子的电荷量和速度的乘积成正比。
这意味着，在相同的磁场中，电荷量越大或速度越快的粒子所受到的洛伦兹力越大。
二、磁场对运动轨迹的影响由于洛伦兹力的存在，磁场可以改变带电粒子的运动轨迹。
当带电粒子运动速度与磁场相垂直时，洛伦兹力的作用会使粒子偏离原来的直线运动轨迹，进而形成一个圆形轨迹。
这种轨迹称为磁场中的回旋轨道。
回旋轨道的半径与粒子的电荷量、速度以及磁场的强度成正比。
当磁场强度增加时，回旋轨道的半径也会增加；当速度增加时，回旋轨道的半径亦会增加。
需要注意的是，磁场只能改变粒子的运动轨迹，而不能改变粒子的速度。
当粒子进入磁场后，其速度大小保持不变，仅改变方向。
三、粒子在磁场中的稳定性带电粒子在磁场中的稳定性主要取决于洛伦兹力和离心力之间的平衡情况。
洛伦兹力试图将粒子推向轨迹的中心，而离心力试图将粒子推离轨迹的中心。
当洛伦兹力和离心力相等时，粒子将保持在磁场中心的回旋轨道上，保持稳定。
若洛伦兹力大于离心力，粒子将向轨迹中心靠拢；若洛伦兹力小于离心力，粒子将离开回旋轨道。
四、应用与实际意义磁场对带电粒子的作用在物理学研究、电子技术和医学等领域具有广泛的应用和实际意义。
在物理学研究领域，磁场的作用有助于科学家们对带电粒子的运动进行研究，揭示微观世界的奥秘。
在电子技术中，磁场可用于电子设备的控制和操纵。
磁场中的运动粒子
磁场中的运动粒子磁场中的运动粒子是物理学中的一个重要研究领域，涉及到磁场与运动粒子的相互作用、粒子在磁场中的轨迹以及其相关的物理现象等。
本文将详细探讨磁场对运动粒子的影响及其相关的研究内容。
一、磁场与运动粒子的相互作用磁场是由带电粒子运动而产生的，因此，当带电粒子进入磁场中时，会受到磁场力的作用。
这种力被称为洛伦兹力，是带电粒子在磁场中运动所必经的基本力。
洛伦兹力的方向垂直于带电粒子的运动速度和磁场方向，根据洛伦兹力的定律，带电粒子将受到一个向圆心的力，从而使其做圆周运动。
在这种情况下，磁场可用来控制和操纵带电粒子的运动轨迹，进而实现对粒子的加速或减速等操作。
二、粒子在磁场中的轨迹根据洛伦兹力的定律，粒子在磁场中做圆周运动的半径与粒子的质量、电量和速度有关。
当粒子的质量和电量固定时，其在磁场中的运动轨迹是一个确定的圆周。
然而，在某些情况下，粒子的轨迹并不一定是完全的圆周运动。
当粒子的运动速度不够高或磁场不够强时，粒子将偏离圆周轨迹，呈现出其他形状的轨迹，比如螺旋线。
这些不同形状的轨迹使得磁场对于粒子运动的控制更加复杂和多样化，同时也给研究者带来了更多的挑战和机遇。
三、磁场中的粒子动力学效应除了影响粒子的运动轨迹外，磁场还对粒子的运动动力学产生了一系列重要影响。
其中最有代表性的效应是磁偏转和磁共振。
磁偏转是指粒子在磁场中由于洛伦兹力的作用而改变运动方向的现象。
这一现象广泛应用于粒子加速器和磁共振成像等领域，极大地推动了科学技术的发展。
磁共振则是指由于磁场与粒子的自旋相互作用而导致的特殊现象。
在医学影像学中，磁共振成像利用磁场和粒子自旋共振的原理来获取人体内部的详细结构信息，成为一项重要的无创检测手段。
四、应用领域及前景展望研究磁场中的运动粒子对于理解物质结构、电磁场相互作用及其在科学技术领域中的应用具有重要意义。
在核能领域，粒子在磁场中的运动和控制是核聚变实验的关键技术。
在材料科学领域，粒子在磁场中的行为对于材料性能的改变和调控有着重要影响。
磁场对运动带电粒子的力与加速度的影响
磁场对运动带电粒子的力与加速度的影响磁场是物理学中一个非常重要的概念，它对于运动中的带电粒子产生了重要的力和加速度影响。
在理解这一点之前，我们首先需要了解磁场的基本原理。
磁场是由电场和电荷运动产生的。
当电荷运动时，会在其周围产生一个磁场。
而带电粒子也是带电荷的，当它们运动时，就会产生磁场。
这个磁场会与外部磁场相互作用，从而产生力和加速度的影响。
那么，磁场对运动带电粒子的力与加速度有何影响呢？首先，磁场可以对带电粒子施加一个力，这就是所谓的洛伦兹力。
洛伦兹力的大小与带电粒子的电荷、速度以及磁场的强度和方向有关。
当带电粒子运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力的大小达到最大值。
这个力会使带电粒子发生偏转，类似于一个弯曲的路径。
其次，磁场的作用还表现在带电粒子的加速度上。
根据洛伦兹力的方向，我们可以看出，当磁场垂直于速度方向时，带电粒子将会发生向心加速度。
这意味着带电粒子在磁场中的路径将会是圆弧形，并且不断维持着向心加速度，使得带电粒子保持着稳定的圆周运动。
除了圆周运动之外，带电粒子在磁场中也可以发生螺旋运动。
当磁场与带电粒子的速度方向不垂直时，洛伦兹力的方向将会有一个竖直分量和一个水平分量。
竖直方向上的力会使带电粒子向磁场的轴线方向进行运动，而水平方向上的力则会使带电粒子继续保持其原有的速度方向。
这样，带电粒子就会在竖直方向上做匀速直线运动，而在水平方向上做匀速运动，从而形成一个螺旋形的路径。
除了力和加速度的影响之外，磁场还可以影响带电粒子的轨道半径。
根据洛伦兹力的大小和速度方向，我们可以推导出轨道半径和磁场强度之间的关系。
当洛伦兹力增大时，轨道半径也会增大；当磁场强度增大时，轨道半径也会增大。
这意味着磁场的强度可以通过改变轨道半径来控制带电粒子的运动。
在实际应用中，磁场对带电粒子的力与加速度的影响被广泛应用于物理学和工程学领域。
例如，在粒子加速器中，通过精确控制磁场的强度和方向，可以使带电粒子在器件内部完成加速或者偏转运动，进而实现粒子束流的控制和调节。
磁场对带电粒子的轨道和自旋的影响
磁场对带电粒子的轨道和自旋的影响磁场是物理学中一个重要的概念，广泛应用于多个领域。
在物理学中，磁场存在于各种形式和尺度下，从微观的原子层面到宏观的地球磁场，都会对带电粒子的运动产生影响。
本文将探讨磁场对带电粒子的轨道和自旋的影响，以及这种影响在科学和技术领域中的应用。
首先，让我们了解磁场对带电粒子的轨道的影响。
磁场可以通过洛伦兹力来影响带电粒子的运动轨迹。
当带电粒子进入磁场中时，磁场会施加一个垂直于粒子速度和磁场方向的力，这个力被称为洛伦兹力。
根据洛伦兹力的方向，带电粒子将沿着一个特定的弯曲轨道运动，这个轨道被称为洛伦兹轨道。
洛伦兹轨道是一种曲率与带电粒子的质量、电荷和速度相关的特殊轨道。
在强磁场下，带电粒子的运动可呈现出闭合的环形轨道，这种现象被称为磁束陷阱。
磁束陷阱的概念在核聚变和等离子体研究中有重要的应用。
除了轨道的影响，磁场还对带电粒子的自旋产生影响。
自旋是带电粒子的一种内禀性质，类似于物体的自旋。
在存在磁场的情况下，带电粒子的自旋也会发生预cession的运动，这是一种类似于陀螺仪旋转的现象。
磁场会对自旋施加一个力矩，使得自旋在垂直于磁场方向的平面上旋转。
这种自旋预cession的运动速度称为Larmor频率，与带电粒子的旋磁比和磁场强度相关。
自旋预cession在核磁共振成像中广泛应用，通过分析带电粒子自旋的运动，可以对物质的结构和化学性质进行研究。
除了理论研究外，磁场对带电粒子轨道和自旋的影响也在实际应用中发挥着重要作用。
例如，磁共振成像（MRI）技术利用磁场对带电粒子自旋的影响，实现了非侵入性的生物医学成像。
MRI技术通过在人体中施加强大的磁场，使带电粒子的自旋预cession产生信号，然后通过监测这些信号，可以获得人体组织的详细结构信息。
这种非侵入性的成像技术在临床诊断中得到广泛应用，对发现疾病和指导治疗起到了重要作用。
此外，磁场对带电粒子轨道和自旋的影响还在物理学研究中发挥着重要作用。
磁场对运动电荷的作用-洛伦磁力
通过实验验证了洛伦兹力公式，证明了磁场对运动电荷存在作用力，为电磁学理论提供了实验支持。
实验意义
洛伦兹力实验对于理解电磁场与带电粒子的相互作用具有重要意义，有助于深入探究电磁现象的本质 和规律。此外，该实验还可应用于粒子加速器、电子显微镜等领域，为相关技术发展提供理论支持和 实践指导。
பைடு நூலகம் 05
偏转的方向取决于电荷的电性 （正或负）和磁场的强度。
磁场对带电粒子的作用力还与 其运动方向有关，当粒子垂直 于磁场方向运动时，受到的洛 伦兹力最大。
洛伦兹力与磁场强度的关系
洛伦兹力的大小与磁场的强度成正比， 即磁场越强，洛伦兹力越大。
洛伦兹力的方向由右手定则确定，即伸 开右手，让拇指与其余四指垂直，并使 拇指指向正电荷的运动方向，然后让磁 感线穿过手心，四指指向就是洛伦兹力
洛伦兹力与带电粒子所受的电场力和重力相比， 在一些特定条件下可以忽略不计。
在研究带电粒子在磁场中的运动时，还需考虑其 他物理量如电场、重力场等的影响。
洛伦兹力在科技领域的应用
在磁约束聚变反应中，洛伦兹力用于控制带电粒子的运动轨迹，从而实现 核聚变反应。
在电子显微镜中，洛伦兹力用于操纵电子束的运动，从而提高成像质量。
粒子加速器
洛伦兹力用于加速带电粒子，如电子、质子等，以研究基本粒子和物质结构。
同步辐射光源
在粒子加速器中，利用洛伦兹力产生的同步辐射作为光源，可用于材料科学、 生物学等领域的研究。
洛伦兹力在核聚变中的应用
核聚变反应控制
在核聚变反应中，利用强磁场和高速运动的带电粒子之间的洛伦兹力来控制反应 过程，实现可控热核聚变。
洛伦兹力的方向
• 根据左手定则判断：将左手掌摊平，让磁感线穿过手掌心，四 指指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向，大拇指所指 方向即为洛伦兹力的方向。
2025届高三物理一轮复习磁场对运动电荷的作用(53张PPT)
答案 AB
考向4 运动的周期性形成多解带电粒子在两个相邻磁场或电场、磁场相邻的空间内形成周期性的运动而形成多解。
【典例11】 (多选)(2022·湖北卷)在如图所示的平面内,分界线SP将宽度为L的矩形区域分成两部分,一部分充满方向垂直于纸面向外的匀强磁场,另一部分充满方向垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小均为B,SP与磁场左右边界垂直。离子源从S处射入速度大小不同的正离子,
解析 电子在磁场中都做匀速圆周运动,根据题意画出电子的运动轨迹,如图所示,电子1垂直射进磁场,从b点离开,则运动了半个圆周,ab即为直径,c点为圆心,电子2以相同速率垂直磁场方向射入磁场,经t2时间从a、b
答案 A
考向2 带电粒子在平行边界磁场中的运动平行边界(存在临界条件,如图所示)。
【典例4】 如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,宽度为d,边界为CD和EF。一电子从CD边界外侧以速率v0垂直射入匀强磁场,入射方向与CD边界间夹角为θ。已知电子的质量为m,电荷量为e,为使电子能从磁场的另一侧EF射出,求:(1)电子的速率v0至少多大?(2)若θ角可取任意值,v0的最小值是多少?
答案 C
1.洛伦兹力的特点:洛伦兹力不改变带电粒子速度的_______,只改变带电粒子速度的方向。2.粒子的运动性质。(1)若v0∥B,则粒子不受洛伦兹力,在磁场中做_____________。(2)若v0⊥B,则带电粒子在匀强磁场中做_____________。
考点2 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动
平面
0
qvB
(1)带电粒子在磁场中的速度不为零,一定受到洛伦兹力作用( )(2)洛伦兹力对运动电荷不做功( )(3)同一带电粒子在A处受到的洛伦兹力大于在B处受到的洛伦兹力,则A处的磁场一定大于B处的磁场( )
高中物理必备知识点 磁场对运动电荷的作用力
一、内容概述本周我们复习磁场对运动电荷的作用力。
运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的大小与哪些因素有关系，及其方向的判断是这一节的重点。
洛伦兹力对运动电荷不做功是它的一个重要特点，学习时要正确理解。
二、重、难点知识归纳与讲解1、洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用，它是安培力的微观本质。
安培力是洛伦兹力的宏观表现。
2、洛伦兹力的大小（1）当电荷速度方向垂直于磁场的方向时，磁场对运动电荷的作用力，等于电荷量、速率、磁感应强度三者的乘积，即F=qvB.（2）当电荷速度方向平行磁场方向时，洛伦兹力F=0。
（3）当电荷速度方向与磁场方向成θ角时，可以把速度分解为平行磁场方向和垂直磁场方向来处理，此时受洛伦兹力F=qvBsinθ。
3、洛伦兹力的方向安培力的方向可以用左手定则来判断，洛伦兹力的方向也可用左手定则来判断：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场，让磁感线穿过手心，对于正电荷，四指指向电荷的运动方向，对于负电荷，四指的指向与电荷的运动方向相反，大拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。
由此可见洛伦兹力方向总是垂直速度方向和磁场方向，即垂直速度方向和磁场方向决定的平面。
4、洛伦兹力的特点因为洛伦兹力始终与电荷的运动方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功。
它只改变运动电荷速度的方向，而不改变速度的大小。
三、重、难点知识剖析1、洛伦兹力与电场力的比较（1）与带电粒子运动状态的关系带电粒子在电场中所受到的电场力的大小和方向，与其运动状态无关。
但洛伦兹力的大小和方向，则与带电粒子本身运动的速度紧密相关。
（2）决定大小的有关因素电荷在电场中所受到的电场力F=qE，与两个因素有关：本身电量的多少和电场的强弱。
运动电荷在磁场中所受的磁场力，与四个因素有关；本身电量的多少、运动速度v的大小、速度v的方向与磁感应强度B方向间的关系、磁场的磁感应强度B。
（3）方向的区别电荷所受电场力的方向，一定与电场方向在同一条直线上（正电荷同向，负电荷反向），但洛伦兹力的方向则与磁感应强度的方向垂直。
磁场对带电粒子轨迹的偏转效应
磁场对带电粒子轨迹的偏转效应在物理学领域中，我们经常会接触到磁场与带电粒子的相互作用。
这种相互作用产生了一种被称为磁场对带电粒子轨迹的偏转效应。
在这篇文章中，我将介绍磁场对带电粒子的影响机制以及相关的实际应用。
首先，我们需要了解磁场与带电粒子之间的相互作用原理。
根据安培定律，当带电粒子在磁场中运动时，会受到一个垂直于其速度方向和磁场方向的洛伦兹力的作用。
这个力的方向垂直于速度方向和磁场方向，并且大小随着粒子带电量和速度的增加而增加。
洛伦兹力的方向使带电粒子的运动轨迹发生弯曲，即带电粒子受到磁场力的作用而偏转。
实际上，这种偏转效应在很多领域中都有重要的应用。
其中一个典型的例子是粒子加速器。
当带电粒子被加速到高速时，它们在磁场中的偏转效应会使其运动轨迹变得弯曲。
利用这个原理，粒子加速器可以通过调节磁场的大小和方向，来控制带电粒子的运动轨迹，从而将其加速到更高的能量水平。
此外，在医学上也存在磁场对带电粒子轨迹的偏转效应的应用。
例如，在核磁共振成像（MRI）中，通过使用强磁场来对带电粒子（如氢离子）施加一个恒定的力，可以使其运动呈螺旋状，从而产生信号用于成像。
这种技术已经广泛应用于医学诊断领域，成为了一种非侵入性的影像检查方法。
此外，磁场对带电粒子轨迹的偏转效应还在科学研究中扮演着重要的角色。
在高能物理实验中，磁场被用于对带电粒子进行精确的测量和分析。
通过测量带电粒子在磁场中的偏转角度以及轨迹曲线的形状，科学家们能够研究粒子的性质、相互作用以及宇宙中的基本物理规律。
最后，让我们简要探讨一下磁场对带电粒子轨迹的偏转效应的基本过程。
当带电粒子进入磁场区域时，它会受到洛伦兹力的作用，使其运动方向发生变化。
这个偏转角度取决于粒子的电荷量、速度以及磁场的大小。
当粒子的速度越大、电荷量越大或者磁场的强度越大时，其偏转角度也会增大。
除了上述讨论的内容之外，磁场对带电粒子轨迹的偏转效应在许多其他领域也有广泛的应用。
例如，磁共振成像技术在材料科学和地质学中也被使用，用于研究物质的结构和性质。
磁场对电流和运动电荷的作用
磁场对电流和运动电荷的作用首先，对于电流而言，磁场可以通过洛伦兹力对电流产生力矩，使线圈或导体绕轴转动。
这是电动机、发电机等电器设备的基本原理。
当通过线圈的电流改变时，根据法拉第电磁感应定律，产生的感应电动势会导致线圈产生自感电流，自感电流与通过线圈的电流方向相反，从而使线圈的运动放慢或停止。
这种现象被称为感应制动。
此外，对于运动电荷，磁场可以使其受到洛伦兹力的作用，改变其运动轨迹和速度。
洛伦兹力与电荷的速度、电荷的量以及磁场的强度和方向都有关系。
当电荷与磁场存在相对运动时，洛伦兹力会使电荷偏离原来的轨迹，并使其沿着一个弯曲的轨迹运动。
这个现象被称为洛伦兹力偏转，是质谱仪和阴极射线管等仪器的基本原理。
在医学领域中，磁场对电流和运动电荷的作用也有广泛的应用。
例如，核磁共振成像（MRI）利用对氢原子核的运动电荷施加磁场，通过检测其产生的信号来生成人体内部的影像。
MRI技术在医学影像诊断中具有非常重要的地位。
除了应用外，对磁场对电流和运动电荷的作用进行实验研究也具有重要意义。
通过实验可以观察和测量磁场对电流和运动电荷的影响，验证和探究电磁学的基本原理。
例如，通过在磁场中放置导线，可以观察到导线受到的力和位移等现象，从而验证洛伦兹力的存在和作用机制。
最后，需要指出的是，磁场对电流和运动电荷的作用和电场的作用是有区别的。
电场可以对静止电荷施加力，而磁场只对运动电荷有力的作用。
这是由于电场的力与电荷的静电力有关，而磁场的力是洛伦兹力，与电荷的速度有关。
总之，磁场对电流和运动电荷的作用在科学和工程领域有着广泛的应用。
通过研究和理解磁场对电流和运动电荷的作用机制，可以推动电磁学理论的发展，以及应用于各种电器设备和医学影像等领域的技术进步。
磁场对运动电荷的作用
磁场对运动电荷的作用一、 考点聚焦1.磁场对运动电荷的作用，洛伦兹力。
带电粒子在匀强磁场中的运动 Ⅱ2.质谱仪．回旋加速器 Ⅰ二、 知识扫描1．磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力。
当v ⊥B qvB f =；当v ∥B 时，f ＝0。
2．洛伦兹力的方向：用左手定则判定。
注意：四指代表电流方向，不是代表电荷的运动方向。
3．由于洛伦兹力f 始终与速度v 垂直，因此f 只改变速度方向而不改变速度大小。
当运动电荷垂直磁场方向进入磁场时仅受洛伦兹力作用，因此一定做匀速圆周运动。
4．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动有一个动力学方程：R v m qvB 2=，两个基本公式（1）轨道半径公式：qB mv R =，（2）周期公式：qB m T π2=。
三、好题精析例1 在如图11.3-1所示的三维空间中，存在方向未知的匀强磁场。
一电子从坐标原点出发，沿x 轴正方向运动时方向不变；沿y轴正方向运动时，受到z 轴负方向的洛伦兹力作用。
试确定当电子从O 点沿z 轴正方向出发时的轨道平面及绕行方向。
解析 运动的电荷在匀强磁场中方向不变有两种可能：一是电荷沿磁场方向运动不受洛伦兹力；二是电荷受洛伦兹力与其它力的合力为零。
本题电子沿x 轴正方向运动时方向不变，表明沿磁场方向运动，即磁场方向与yOz 平面垂直，而电子沿y 轴正方向运动时，受到z 轴负方向的洛伦兹力作用，由左手定则可知，磁场指向纸内。
当电子从O 点沿z 轴正方向出发时，轨道平面一定在yOz 平面内，沿顺时针方向做匀速圆周运动，且圆心在y 轴正方向某一点。
如图11.3-2所示。
点评 本题考查对洛伦兹力方向的判定和分析带电粒子在磁场中运动轨迹。
物理习题中所给条件有的是直接给出的，也有隐含在题中，需要根据所学知识进行挖掘。
本题中匀强磁场的方向就是通过两步分析来确定的。
图11.3-1图11.3-2例2 电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。
电子束经过电压为U 的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图11.3-3所示。
带电粒子在电场和磁场中的运动(2)解读
2011届高考黄冈中学物理冲刺讲解、练习题、预测题08：第4专题带电粒子在电场和磁场中的运动（2）经典考题带电粒子在电场、磁场以及复合场、组合场中的运动问题是每年各地高考的必考内容，留下大量的经典题型，认真地总结归纳这些试题会发现以下特点：①重这些理论在科学技术上的应用；②需要较强的空间想象能力．1．图示是科学史上一张著名的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹．云室放置在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里，云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用．分析此径迹可知粒子[2009年高考·安徽理综卷](A．带正电，由下往上运动B．带正电，由上往下运动C．带负电，由上往下运动D．带负电，由下往上运动【解析】粒子穿过金属板后速度变小，由半径公式r＝可知，半径变小，粒子的运动方向为由下向上；又由洛伦兹力的方向指向圆心以及左手定则知粒子带正电．[答案]A【点评】题图为安德森发现正电子的云室照片．2．图示为一“滤速器”装置的示意图．a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间．为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO′运动，由O′射出．不计重力作用．可能达到上述目的的办法是[2006年高考·全国理综卷Ⅰ](A．使a板的电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里B．使a板的电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里C．使a板的电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外D．使a板的电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外【解析】要使电子能沿直线通过复合场，电子所受电场力与洛伦兹力必是一对平衡力．由左手定则及电场的相关知识可知，选项A、D正确．[答案]AD3．图示是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E．平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2．平板S下方有强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是[2009年高考·广东物理卷](A．质谱仪是分析同位素的重要工具B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小【解析】粒子在电场中加速有：qU＝m v2，粒子沿直线通过速度选择器有：Eq＝q v B，粒子在平板S下方磁场中做圆周运动有：r＝，由上述过程遵循的规律可知选项A、B、C正确．[答案]ABC4．带电粒子的比荷是一个重要的物理量．某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的比荷，实验装置如图所示．(1他们的主要实验步骤如下．A．首先在两极板M1M2之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，发射的电子从两极板中央通过，在荧屏的正中心处观察到一个亮点．B．在M1M2两极板间加合适的电场：加极性如图所示的电压，并逐步调节增大，使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方偏移，直到荧屏上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压为U．请问本步骤的目的是什么？C．保持步骤B中的电压U不变，对M1M2区域加一个大小、方向均合适的磁场B，使荧屏正中心重现亮点，试问外加磁场的方向如何？(2根据上述实验步骤，同学们正确推算出电子的比荷与外加电场、磁场及其他相关量的关系为＝．一位同学说，这表明电子的比荷将由外加电压决定，外加电压越大则电子的比荷越大．你认为他的说法正确吗？为什么？[2007年高考·广东物理卷][答案](1B．使电子刚好落在正极板的近荧幕端的边缘，利用已知量表达．C．垂直电场方向向外(垂直纸面向外(2说法不正确，电子的比荷是电子的固有参数．5．1932年，劳伦斯和利文斯顿设计出了回旋加速器．回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计．磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直．A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量为＋q，在加速器中被加速，加速电压为U．加速过程中不考虑相对论效应和重力作用．(1求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比．(2求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t．(3实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制．若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为B m、f m，试讨论粒子能获得的最大动能E km．[2009年高考·江苏物理卷]【解析】(1设粒子第1次经过狭缝后的半径为r1，速度为v1，则qU＝mv12qv1B＝m解得：r1＝同理，粒子第2次经过狭缝后的半径r2＝则r2∶r1＝∶1．(2设粒子到出口处被加速了n圈，则2nqU＝mv2qvB＝mT＝t＝nT解得：t＝．(3加速电场的频率应等于粒子在磁场中做圆周运动的频率，即f＝当磁感应强度为Bm时，加速电场的频率应为fBm＝粒子的动能Ek＝mv2当fBm≤fm时，粒子的最大动能由Bm决定qvmBm＝m解得：Ekm＝当fBm≥fm时，粒子的最大动能由fm决定vm＝2πfmR解得：Ekm＝2π2mfm2R2．[答案](1∶1(2(32π2mf m2R2【点评】回旋加速器为洛伦兹力的典型应用，在高考中多次出现．要理解好磁场对粒子的“加速”没有起作用，但回旋加速器中粒子所能获得的最大动能却与磁感应强度相关．6．如图甲所示，在x轴下方有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于xOy平面向外．P是y轴上距原点为h的一点，N0为x轴上距原点为a的一点．A是一块平行于x轴的挡板，与x轴的距离为，A的中点在y轴上，长度略小于．带电粒子与挡板碰撞前后，x方向的分速度不变，y方向的分速度反向、大小不变．质量为m、电荷量为q(q＞0的粒子从P点瞄准N0点入射，最后又通过P点．不计重力．求粒子入射速度的所有可能值．[2009年高考·全国理综卷Ⅰ]甲【解析】设粒子的入射速度为v，第一次射出磁场的点为N0′，与板碰撞后再次进入磁场的位置为N1．粒子在磁场中运动的半径为R，有：R＝乙粒子的速度不变，每次进入磁场与射出磁场的位置间的距离x1保持不变，则有：x1＝N0′N0＝2R sin θ粒子射出磁场与下一次进入磁场位置间的距离x2始终不变，与N0′N1相等．由图乙可以看出x2＝a设粒子最终离开磁场时，与挡板相碰n次(n＝0,1,2…．若粒子能回到P点，由对称性可知，出射点的x坐标应为－a，即：(n＋1x1－nx2＝2a由以上两式得：x1＝a若粒子与挡板发生碰撞，则有：x1－x2＞联立解得：n＜3v＝·a式中sin θ＝解得：v0＝，n＝0v1＝，n＝1v2＝，n＝2．[答案]v0＝，n＝0v1＝，n＝1v2＝，n＝2能力演练一、选择题(10×4分1．如图所示，真空中O点有一点电荷，在它产生的电场中有a、b两点，a点的场强大小为Ea，方向与ab连线成60°角，b点的场强大小为Eb，方向与ab连线成30°角．关于a、b两点的场强大小Ea、Eb及电势φa、φb的关系，以下结论正确的是(A．Ea＝，φa＞φbB．Ea＝Eb，φa＜φbC．Ea＝3Eb，φa＞φbD．Ea＝3Eb，φa＜φb【解析】由题图可知O点处为负电荷，故φb＞φa，又因为Ea＝、Eb＝＝，可得Ea＝3Eb．[答案] D2．一正电荷处于电场中，在只受电场力作用下从A点沿直线运动到B点，其速度随时间变化的图象如图所示，tA、tB分别对应电荷在A、B两点的时刻，则下列说法中正确的有(A．A处的场强一定大于B处的场强B．A处的电势一定低于B处的电势C．正电荷在A处的电势能一定大于B处的电势能D．由A至B的过程中，电场力一定对正电荷做负功【解析】由题图知正电荷在做加速越来越小的加速运动，说明电场线的方向为：A→B，可知：φA＞φB，EA＞EB，εA＞εB，由A至B的过程中，电场力一定对正电荷做正功．[答案] AC3．如图所示，带正电的粒子以一定的初速度v0沿中线进入水平放置的平行金属板内，恰好沿下板的边缘飞出，已知板长为L，板间的电压为U，带电粒子所带电荷量为q，粒子通过平行金属板的时间为t，不计粒子的重力，则 (A．粒子在前时间内，电场力对粒子做的功为B．粒子在后时间内，电场力对粒子做的功为C．粒子在竖直方向的前和后位移内，电场力做的功之比为1∶2D．粒子在竖直方向的前和后位移内，电场力的冲量之比为1∶1【解析】粒子在匀强电场中运动，电场力做的功为：W电＝qUAB＝q·E·y，其中y为粒子在电场方向的位移又由题意知：at2＝，a·(2＝故在前内电场力做的功W1＝qU，在后内电场力做的功W2＝前后位移内电场力做的功之比为1∶1又从静止开始的匀加速直线运动通过连续相等位移的时间之比为1∶(－1∶(－∶(－故I前∶I后＝1∶(－1．[答案]B4．如图所示，在一正交的电场和磁场中，一带电荷量为＋q、质量为m的金属块沿倾角为θ的粗糙绝缘斜面由静止开始下滑．已知电场强度为E，方向竖直向下；磁感应强度为B，方向垂直纸面向里；斜面的高度为h．金属块滑到斜面底端时恰好离开斜面，设此时的速度为v，则(A．金属块从斜面顶端滑到底端的过程中，做的是加速度逐渐减小的加速运动B．金属块从斜面顶端滑到底端的过程中，机械能增加了qEhC．金属块从斜面顶端滑到底端的过程中，机械能增加了mv2－mghD．金属块离开斜面后将做匀速圆周运动【解析】金属块在下滑的过程中，随着速度的增大，洛伦兹力增大，对斜面的压力减小，故摩擦力f＝μ(mg＋qE－q v B不断减小，金属块做加速度逐渐增大的加速运动，选项A错误．又由功能关系得：ΔE机＝W电－W f＜qEh，选项B错误．机械能的变化量为：ΔE机＝ΔE k＋ΔE p＝m v2－mgh，选项C正确．由题意知，mg＞qE，故离开斜面后金属块不可能做匀速圆周运动，选项D错误．[答案]C5．如图所示，充电的两平行金属板间有场强为E的匀强电场和方向与电场垂直(垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，构成了速度选择器．氕核、氘核、氚核以相同的动能(Ek从两极板中间垂直于电场和磁场射入速度选择器，且氘核沿直线射出．不计粒子的重力，则射出时(A．动能增加的是氚核 B．动能增加的是氕核C．偏向正极板的是氚核 D．偏向正极板的是氕核【解析】带电粒子直线通过速度选择器的条件为：v0＝对于氘核：qE＝qB·对于氕核：qE＜qB·，向正极偏转，动能减少对于氚核：qE＞qB·，向负极偏转，动能增加．[答案]AD6．如图所示，竖直放置的两个平行金属板间有匀强电场，在两板之间等高处有两个质量相同的带电小球，P小球从紧靠左极板处由静止开始释放，Q小球从两板正中央由静止开始释放，两小球最后都能打在右极板上的同一点．则从开始释放到打到右极板的过程中(A．它们的运行时间t P＞t QB．它们的电荷量之比q P∶q Q＝2∶1C．它们的动能增加量之比ΔEk P∶ΔEk Q＝4∶1D．它们的电势能减少量之比ΔE P∶ΔE Q＝2∶1【解析】将两小球的运动都沿水平和竖直正交分解，竖直的分运动都为自由落体运动，故它们从开始释放到打在右极板的过程中运行时间相等，选项A错误．对于水平分运动，有：··t2＝·t2故知qP∶qQ＝2∶1，选项B正确．P球动能的增量ΔE k P＝mgh＋qPE·d，Q球动能的增量ΔE k Q＝mgh＋qQE·＝mgh ＋·qPE·d，选项C错误．同理：ΔEP＝qPE·d，ΔEQ＝qQE·，可得ΔEP∶ΔEQ＝4∶1，选项D错误．[答案]B7．均匀分布着等量异种电荷的半径相等的半圆形绝缘杆被正对着固定在同一平面上，如图所示．AB是两种绝缘杆所在圆圆心连线的中垂线而且与二者共面，该平面与纸面平行，有一磁场方向垂直于纸面，一带电粒子(重力不计以初速度v0一直沿直线AB运动．则(A．磁场是匀强磁场B．磁场是非匀强磁场C．带电粒子做匀变速直线运动D．带电粒子做变加速运动【解析】由对称性知直线AB上的电场方向与AB垂直，又由两绝缘杆的形状知AB上的电场并非处处相等．在AB上的每一点，由平衡条件知qE＝qvB，故知磁场为非匀强磁场，带电粒子做匀速直线运动．[答案]B8．如图所示，带电粒子在没有电场和磁场的空间内以速度v0从坐标原点O沿x轴方向做匀速直线运动．若空间只存在垂直于xOy平面的匀强磁场时，粒子通过P点时的动能为Ek；当空间只存在平行于y轴的匀强电场时，则粒子通过P点时的动能为(A．E k B．2E k C．4E k D．5E k【解析】由题意知带电粒子只受电场力或洛伦兹力的作用，且有E k＝mv02当空间只存在电场时，带电粒子经过P点，说明：·vPy·t＝v0·t＝10 cm，即vPy＝2v0由动能的定义可得：E k P＝mv02＋mvPy2＝5E k．[答案]D9．如图所示，一个带电荷量为＋Q 的点电荷甲固定在绝缘平面上的O点；另一个带电荷量为－q、质量为m的点电荷乙，从A点以初速度v0沿它们的连线向甲滑行运动，运动到B 点静止．已知静电力常量为k，点电荷乙与水平面的动摩擦因数为μ，A、B间的距离为s．下列说法正确的是(A．O、B间的距离为B．点电荷乙从A运动到B的运动过程中，中间时刻的速度小于C．点电荷乙从A运动到B的过程中，产生的内能为m v02D．在点电荷甲产生的电场中，A、B两点间的电势差U AB＝【解析】由题意知电荷乙做加速度越来越小的减速运动，v－t图象如图所示，可知点电荷乙从A运动到B的中间时刻的速度vC＜，故选项B正确；这一过程一直有＜μmg，故sOB＞，选项A错误．点电荷乙由A运动到B的过程中，电场力做正功，设为W，由动能定理得：W－μmgs＝0－m v02可得：此过程中产生的内能Q′＝μmgs＝W＋mv02，选项C错误．由上可知，A、B两点间的电势差为：U AB＝＝，选项D正确．[答案]BD10．如图甲所示，在第Ⅱ象限内有水平向右的匀强电场，电场强度为E，在第Ⅰ、Ⅳ象限内分别存在如图所示的匀强磁场，磁感应强度大小相等．有一个带电粒子以垂直于x轴的初速度v0从x轴上的P点进入匀强电场中，并且恰好与y轴的正方向成45°角进入磁场，又恰好垂直进入第Ⅳ象限的磁场．已知OP之间的距离为d，则带电粒子在磁场中第二次经过x轴时，在电场和磁场中运动的总时间为(甲A． B．(2＋5πC．(2＋ D．(2＋【解析】带电粒子的运动轨迹如图乙所示．由题意知，带电粒子到达y轴时的速度v＝v0，这一过程的时间t1＝＝又由题意知，带电粒子在磁场中的偏转轨道半径r＝2d乙故知带电粒子在第Ⅰ象限中的运动时间为：t2＝＝＝带电粒子在第Ⅳ象限中运动的时间为：t3＝故t总＝(2＋．[答案]D二、非选择题(共60分11．(6分在“用描迹法画出电场中平面上的等势线”的实验中，所用灵敏电流表的指针偏转方向与电流的关系是：当电流从正接线柱流入电流表时，指针偏向正接线柱一侧．(1某同学在实验中接通电源开关，将两表笔E1、E2在导电纸上移动，不管怎样移动，表针都不偏转．经检查，电源与电流表均完好，则产生这一现象的原因可能是____________________．(2排除故障后，用这个电表探测基准点2两侧的等势点时，将电流表正接线柱的E1接在基准点2上，如图所示，把负接线柱的E2接在纸上某一点，若发现电表的指针发生了偏转，该同学移动E2的方向正确的是________．A．若电表的指针偏向正接线柱一侧，E2向右移动B．若电表的指针偏向正接线柱一侧，E2向左移动C．若电表的指针偏向负接线柱一侧，E2向右移动D．若电表的指针偏向负接线柱一侧，E2向左移动[答案](1导电纸导电一面向下(3分(2BC (3分12．(6分用示波器观察频率为900 Hz的正弦电压信号．把该信号接入示波器Y输入．(1当屏幕上出现如图所示的波形时，应调节______旋钮．如果正弦波的正负半周均超出了屏幕的范围，应调节______旋钮或______旋钮，或这两个钮配合使用，以使正弦波的整个波形出现在屏幕内．(2如需要屏幕上正好出现一个完整的正弦波形，应将______旋钮置于______位置，然后调节______旋钮．[答案] (1竖直位移(或↑↓衰减(或衰减调节Y增益(每空1分(2扫描范围 1 k挡位扫描微调(每空1分13．(10分一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”．这种材料内有一种称为“载流子”的可定向移动的电荷，每个载流子的电荷量q＝1.6×10－19C．霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速，电梯中用来检测电梯门是否关闭以及自动控制升降电动机的电源的通断等．在一次实验中，由一块霍尔材料制成的薄板宽L1＝ab＝1.0×10－2 m、长bc＝L2＝4.0×10－2 m、厚h＝1.0×10－3 m，水平放置在竖直向上的磁感应强度B＝1.5 T 的匀强磁场中，bc方向通有I＝3.0 A的电流，如图所示，沿宽度产生1.0×10－5 V的横向电压．(1假定载流子是电子，则a、b两端哪端的电势较高？(2薄板中形成电流I的载流子定向运动的速度是多少？【解析】(1根据左手定则可确定a端电势较高．(3分(2当导体内有载流子沿电流方向所在的直线做定向运动时，受到洛伦兹力的作用而产生横向分运动，产生横向电场，横向电场的电场力与载流子所受到的洛伦兹力平衡时，导体横向电压稳定．设载流子沿电流方向所在的直线做定向运动的速率为v，横向电压为Uab，横向电场强度为E．则：电场力FE＝qE＝(2分磁场力FB＝qvB(2分平衡时FE＝FB(1分解得：v＝6.7×10－4 m/s．(2分[答案](1a端电势较高(26.7×10－4 m/s14．(10分图甲为电视机中显像管的工作原理示意图，电子枪中的灯丝加热阴极使电子逸出，这些电子再经加速电场加速后，从O点进入由磁偏转线圈产生的偏转磁场中，经过偏转磁场后打到荧光屏MN上，使荧光屏发出荧光形成图像．不计逸出电子的初速度和重力，已知电子的质量为m、电荷量为e，加速电场的电压为U．偏转线圈产生的磁场分布在边长为l的正方形abcd区域内，磁场方向垂直纸面，且磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示．在每个周期内磁感应强度B都是从－B0均匀变化到B0．磁场区域的左边界的中点与O点重合，ab边与OO′平行，右边界bc与荧光屏之间的距离为s．由于磁场区域较小，且电子运动的速度很大，所以在每个电子通过磁场区域的过程中，可认为磁感应强度不变，即为匀强磁场，不计电子之间的相互作用．(1求电子射出电场时的速度大小．(2为使所有的电子都能从磁场的bc边射出，求偏转线圈产生磁场的磁感应强度的最大值．(3若所有的电子都能从bc边射出，求荧光屏上亮线的最大长度是多少？【解析】设电子射出电场的速度为v，则根据动能定理，对电子的加速过程有：mv2＝eU (1分解得：v＝．(1分(2当磁感应强度为B0或－B0时(垂直于纸面向外为正方向，电子刚好从b点或c点射出(1分丙设此时圆周的半径为R，如图丙所示．根据几何关系有：R2＝l2＋(R－2(1分解得：R＝(1分电子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，因此有：evB0＝m(1分解得：B0＝．(1分(3根据几何关系可知：tan α＝(1分设电子打在荧光屏上离O′点的最大距离为d，则：d＝＋s tan α＝＋(1分由于偏转磁场的方向随时间变化，根据对称性可知，荧光屏上的亮线最大长度为：D＝2d＝l＋．(1分[答案] (1(2(3l＋15．(12分如图甲所示，在平面直角坐标系xOy中的第一象限内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于坐标平面向内的有界圆形匀强磁场区域(图中未画出；在第二象限内存在沿x轴负方向的匀强电场．一粒子源固定在x轴上的A点，A点坐标为(－L,0．粒子源沿y轴正方向释放出速度大小为v的电子，电子恰好能通过y轴上的C点，C点坐标为(0,2L，电子经过磁场偏转后恰好垂直通过第一象限内与x轴正方向成15°角的射线ON(已知电子的质量为m，电荷量为e，不考虑粒子的重力和粒子之间的相互作用．求：甲(1第二象限内电场强度E的大小．(2电子离开电场时的速度方向与y轴正方向的夹角θ．(3圆形磁场的最小半径Rm．【解析】(1从A到C的过程中，电子做类平抛运动，有：L＝t2(1分2L＝v t(1分联立解得：E＝．(1分(2设电子到达C点的速度大小为vC，方向与y轴正方向的夹角为θ．由动能定理，有：mvC2－mv2＝eEL(2分乙解得：vC＝vcos θ＝＝(1分解得：θ＝45°．(1分(3电子的运动轨迹图如图乙所示，电子在磁场中做匀速圆周运动的半径r＝＝(1分电子在磁场中偏转120°后垂直于ON射出，则磁场最小半径为：Rm＝＝rsin 60°(2分由以上两式可得：Rm＝．(1分[答案] (1(245°(316．(13分如图甲所示，竖直挡板MN的左侧空间有方向竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的水平匀强磁场，电场和磁场的范围足够大，电场强度的大小E＝40 N/C，磁感应强度的大小B随时间t变化的关系图象如图乙所示，选定磁场垂直纸面向里为正方向．在t＝0时刻，一质量m＝8×10－4 kg、带电荷量q＝＋2×10－4 C的微粒在O点具有竖直向下的速度v＝0.12 m/s，O′是挡板MN上一点，直线OO′与挡板MN垂直，取g＝10 m/s2．求：(1微粒下一次经过直线OO′时到O点的距离．(2微粒在运动过程中离开直线OO′的最大距离．(3水平移动挡板，使微粒能垂直射到挡板上，挡板与O点间的距离应满足的条件．【解析】(1由题意知，微粒所受重力G＝mg＝8×10－3 N电场力大小F＝Eq＝8×10－3 N(1分因此重力与电场力平衡微粒先在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，则有：qvB＝m(1分解得：R＝＝0.6 m由T＝(1分解得：T＝10π s(1分则微粒在5π s内转过半个圆周，再次经直线OO′时与O点的距离l＝2R＝1.2 m．(1分(2微粒运动半周后向上匀速运动，运动的时间t＝5π s，轨迹如图丙所示．丙位移大小x＝vt＝0.6π m＝1.88 m(2分微粒离开直线OO′的最大距离h＝x＋R＝2.48 m．(2分(3若微粒能垂直射到挡板上的某点P，P点在直线OO′下方时，挡板MN与O点间的距离应满足：L＝(4n＋1×0.6 m(n＝0,1,2 (2)若微粒能垂直射到挡板上的某点P，P点在直线OO′上方时，挡板MN与O点间的距离应满足：L＝(4n＋3×0.6 m(n＝0,1,2…．(2分[若两式合写成L＝(1.2n＋0.6 m(n＝0,1,2…同样给分][答案] (11.2 m(22.48 m(3P点在直线OO′下方时，距离L＝(4n＋1×0.6 m(n＝0,1,2…P点在直线OO′上方时，距离L＝(4n＋3×0.6 m(n＝0,1,2…[或L＝(1.2n＋0.6 m(n＝0,1,2…]。
磁场对运动带电粒子的影响
磁场对运动带电粒子的影响磁场是一种物理现象，它对运动带电粒子产生影响。
本文将探讨磁场对运动带电粒子的影响以及相关的物理原理。
一、洛伦兹力磁场对带电粒子的主要影响是产生洛伦兹力。
根据洛伦兹力定律，当带电粒子在磁场中运动时，将受到一个垂直于其速度和磁场方向的力，该力被称为洛伦兹力。
洛伦兹力的大小与带电粒子的电荷量、速度以及磁场的强度有关。
二、洛伦兹力的方向根据洛伦兹力定律，洛伦兹力的方向可以由右手定则确定。
右手定则可以通过如下方式得到：将右手伸直，让拇指指向带电粒子的速度方向，将其他四个手指弯曲，让它们指向磁场的方向，那么拇指所指的方向即为洛伦兹力的方向。
三、洛伦兹力的影响洛伦兹力的作用导致带电粒子在磁场中产生向心力。
这种向心力使得带电粒子在垂直于磁场方向的平面上运动呈圆周轨道或螺旋轨道，而不是直线运动。
洛伦兹力还会改变带电粒子的速度和动量，从而影响其轨迹和运动状态。
四、磁场对带电粒子的轨迹影响根据洛伦兹力的影响，带电粒子在磁场中将呈现出不同的轨迹。
当带电粒子的速度与磁场方向垂直时，其轨迹为圆形。
当速度与磁场方向存在一定夹角时，其轨迹将变为螺旋形或螺线管形。
这种螺旋轨迹在粒子加速器和磁共振成像中被广泛应用。
五、磁场对带电粒子的加速和弯曲效应磁场对带电粒子的运动也会导致其加速和弯曲效应。
由于洛伦兹力的作用，带电粒子在磁场中将被加速。
此外，当带电粒子在磁场中运动时，其速度和动量也会发生改变，导致其轨迹发生曲线弯曲的效应。
六、应用领域磁场对带电粒子的影响在许多领域中得到应用。
在物理学中，洛伦兹力和磁场的相互作用被用于解释电磁现象和粒子运动规律。
在工程技术中，磁场的控制被应用于磁共振成像、粒子加速器和磁力传动等领域。
此外，磁场对带电粒子的影响还在地球磁场研究和宇航员辐射防护等领域发挥重要作用。
结论磁场对带电粒子的影响主要体现在洛伦兹力的作用下。
洛伦兹力使带电粒子在磁场中受到向心力，改变其运动轨迹和状态。
带电粒子在磁场中的运动呈现出圆形轨迹或螺旋轨迹，并且会发生加速和弯曲效应。
物理知识点磁场的产生和作用
物理知识点磁场的产生和作用物理知识点：磁场的产生和作用磁场是物理学中一个重要的概念，它对物质的运动和相互作用有着不可忽视的影响。
本文将介绍磁场的产生和作用的相关知识点。
一、磁场的产生磁场的产生与电流或磁体有关。
当电流通过一条导线时，围绕导线就会形成一个磁场。
根据右手定则，如果将右手握住导线，大拇指指向电流方向，其他四指则是磁场方向。
此外，电流通过电流环或线圈时，磁场会进一步增强。
磁体也可以产生磁场。
当通过磁体时，磁场由磁北极流向磁南极，形成了一个闭合的磁场线环。
我们通常将磁场线表示为从磁北极指向磁南极，且磁力线是连续无间断的。
二、磁场的作用磁场对物质有强大的作用力，包括磁力和磁力线。
以下是磁场的主要作用：1. 磁力对磁体的作用磁场会对磁体产生力的作用。
当两个磁体相互靠近时，它们之间会产生斥力或吸引力，取决于它们的磁极性。
同极相斥，异极相吸。
2. 磁场对电荷的作用磁场对带电物体也有一定的作用力。
当电荷以一定速度运动时，会受到磁场力的作用，改变其运动轨迹。
这被称为洛伦兹力。
3. 磁场对运动带电粒子的影响磁场还会对运动带电粒子的运动轨迹产生影响。
在磁场中，带电粒子将绕着磁力线做圆周运动，这被称为磁场中的回旋运动。
4. 磁场对电磁感应的作用根据法拉第电磁感应定律，当磁场变化时，会在导体中产生感应电动势。
这是磁场作用于导体时的一种反应。
5. 磁场对磁介质的作用磁介质是指受到磁场作用后会得到一定程度磁化的物质。
磁场会改变磁介质内部的磁性排列，使其具有磁化特性。
总结：磁场的产生与电流和磁体有关。
电流通过导线或线圈时，磁场会形成环绕其周围；磁体则通过磁南极到磁北极形成一个闭合的磁场线环。
磁场对物质的作用主要包括对磁体和电荷的作用力、对运动带电粒子的影响、对电磁感应的作用以及对磁介质的作用。
了解磁场的产生和作用，对于理解电磁现象、电磁感应和电磁器件的原理具有重要意义。
同时，磁场也在日常生活中的许多应用中发挥着重要作用，如电动机、变压器、磁存储器等领域。
2021高考人教版物理一轮复习讲义：第9章第2讲磁场对运动电荷的作用(含解析)
第2讲磁场对运动电荷的作用主干梳理对点激活知识点1 洛伦兹力、洛伦兹力的方向 I洛伦兹力公式 n 1.定义：_01运动电荷在磁场中所受的力称为洛伦兹力。
2. 方向(1) 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。
⑵方向特点：F 丄B , F 丄V 。
即F 垂直于02 B 和 v 所决定的平面。
(注意B 和 v 可以有任意夹角)。
由于F 始终03垂直于v 的方向，故洛伦兹力永不做功。
3. 洛伦兹力的大小：F = qvBsin B其中B 为电荷运动方向与磁场方向之间的夹角。
⑴当电荷运动方向与磁场方向垂直时， F = qvB 。
(2) 当电荷运动方向与磁场方向平行时，F = 0。
(3) 当电荷在磁场中静止时，F = 0。
知识点2 带电粒子在匀强磁场中的运动 n1. 两种特殊运动⑴若v // B ,带电粒子以入射速度v 做丽匀谏直线运动(2)若v 丄B ,带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速度 周运动。
2. 基本公式向心力公式： qvB = m* = m 罕2「。
3. 导出公式注意：T 、f 和①的大小与轨道半径r 和运行速率v 无关，只与磁场的［03 磁感v 做l~02匀速圆(1)轨道半径:mvBq (2)周期: 2 n r qB应强度B和粒子的「04比荷m有关。
比荷m相同的带电粒子，在同样的匀强磁场中----- m mT、f、3相同。
「双基夯实一堵点疏通1 .带电粒子在磁场中运动时，一定会受到磁场力的作用。
（）2. 洛伦兹力的方向垂直于B和v决定的平面，洛伦兹力对带电粒子永远不做功。
（）2 n3. 根据公式T=晋，说明带电粒子在匀强磁场中的运动周期T与v成反比。
（）4. 用左手定则判断洛伦兹力方向时，四指指向电荷的运动方向。
（）5. 带电粒子在磁场中运动时的轨道半径与粒子的比荷成正比。
（）6. 当带电粒子进入匀强磁场时，若v与B夹角为锐角，带电粒子的轨迹为螺旋线。
2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第1章第2节磁场对运(第二课)课件
洛伦兹力的方向
与粒子的运动方向
垂直，当带电粒子
在磁场中运动时，
因受洛伦兹力的作
用，就会发生偏转；
二、磁场对运动电荷的作用力
1 电子束的磁偏转
显像管电视机就利用
了电子束磁偏转原理。
二、磁场对运动电荷的作用力
1 电子束的磁偏转
（二）显像管中的偏
转磁场与电子束的偏转
没有磁场时，电子束
行扫描一遍叫作一场，电视机
中的显像管每秒要进行50场扫
描，所以，我们感觉整个荧光
屏都在发光。
二、磁场对运动电荷的作用力
2
电子束的磁偏转小结
①利用磁场可使电子束发生偏转；
②利用一定规律变化的磁场可使电子束完成扫描；
③利用相互垂直的一定规律变化的磁场可使电子束完成全屏扫描；
④因人眼的视觉暂留，电子束的扫描点亮全屏。
二、磁场对运动电荷的作用力
1 电子束的磁偏转
（1）要使电子束所打击的亮
点偏离中心，打在荧光屏上的A
点，偏转磁场应沿什么方向？
二、磁场对运动电荷的作用力
1
电子束的磁偏转
（2） 当电子束打在
荧光屏上的亮点由B向A
移动，需要什么样的偏
转磁场？
二、磁场对运动电荷的作用力
1
电子束的磁偏转
（3）若要使亮点既
2
U= =100V
磁流体发电机正常工作后，考查磁流体粒子 =
磁流体定向运动的速度 = = 100m/s
二、磁场对运动电荷的作用力
4
例题
下图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。具有
不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具
磁场对带电粒子的作用
磁场对带电粒子的作用磁场是我们生活中经常接触到的自然现象之一，而其对带电粒子的作用也是物理学中研究的重要一环。
在物理学中，我们常常听到磁场的名词，但对于磁场对带电粒子的作用却不是很了解。
首先，我们需要了解什么是磁场。
磁场是由磁体或电流所产生的力、力矩的影响范围。
当一个电流流经导线时，它会产生一个磁场，磁场是环绕导线的。
在这个磁场中，所带电粒子会受到力的作用。
当一个带电粒子进入磁场时，它会受到一个力的作用，这个力被称为洛伦兹力。
洛伦兹力是由带电粒子的电荷、速度和磁场的特性决定的。
每个带电粒子在磁场中会受到一个垂直于速度方向和磁场方向的力，这样带电粒子的运动路径就会发生偏折。
通过实验，我们可以发现不同带电粒子受到的洛伦兹力是不同的。
根据洛伦兹力的方向，我们可以推断出带电粒子的电荷类型。
例如，如果一个带正电的粒子受到磁场中向下的洛伦兹力，这意味着这个粒子是正电荷。
类似地，当带负电的粒子受到向上的洛伦兹力时，我们可以确定这个粒子是负电荷。
除了洛伦兹力，磁场还可以对带电粒子的运动轨迹产生影响。
当带电粒子在磁场中运动时，它的运动路径通常是曲线。
这是因为洛伦兹力会不断地改变带电粒子的运动方向，使得它们的轨迹呈现出弯曲的形状。
磁场对带电粒子的作用在实际应用中具有重要意义。
例如，磁场的作用使得电动机可以正常运转。
电动机中的线圈通电后会产生一个磁场，而这个磁场会与永磁体产生的磁场相互作用，从而使得线圈产生力矩，推动电动机的转动。
此外，磁场在粒子加速器中也起到至关重要的作用。
通过控制磁场的强度和方向，科学家可以使带电粒子沿着特定的轨道加速，并研究它们的性质和相互作用。
此外，磁场对带电粒子的作用还可以被应用于医学诊断中。
例如，核磁共振成像（NMR）技术利用磁场对带电粒子的作用原理，通过扫描人体内部的磁场变化，得到人体内部结构和组织的影像。
这项技术在医学领域中有着重要的应用，可以帮助医生进行精准的诊断。
总之，磁场对带电粒子的作用在物理学中扮演着重要角色。
高二物理说课稿带电粒子在磁场中的运动
为⼤家整理的⾼⼆物理说课稿带电粒⼦在磁场中的运动⽂章,供⼤家学习参考！更多最新信息请点击教材分析1.教材的地位和作⽤：《磁场》⼀章讲述电磁关系中基本概念之⼀的磁场以及磁场与带电物体之间的⼒学联系，是⾼⼆电磁部分的重点章节之⼀，⽽本节课则⼜是此章的重中之重，在历届⾼考命题中特别是综合计算题部分屡次出现，是本章教学中不可忽视的⼀个重要环节。
在教学⼤纲中“带电粒⼦在磁场中的运动”为B级要求，“质谱仪”为A级要求。
本节课的理论基础是⼒学部分曲线运动知识尤其是匀速圆周运动和向⼼⼒相关内容以及前⼀节洛仑兹⼒概念和特点等内容。
因此这⼀节既是⼒学部分和电磁学部分旧知识的回忆复习，⼜是将这两部分有机整合进⾏全新理论的构建过程。
通过本节学习，学⽣⼀⽅⾯加强了洛仑兹⼒作⽤特点的认识以及匀速圆周运动向⼼⼒概念的把握，另⼀⽅⾯将两者结合最终得出带电粒⼦在磁场中的运动规律，学⽣能够充分体会到物理知识的联系性和规律性，这不光有助于他们学会知识，⽽且使他们会学知识，学好本节内容将增强学⽣科学素质，能为今后进⼀步更好地掌握学习⽅法打下基础。
2.教学⽬标：知识⽬标①理解带电粒⼦的初速度⽅向与磁感应强度⽅向垂直时，做匀速圆周运动②会推导带电粒⼦在磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会⽤它们解决有关问题③知道质谱仪的⼯作原理能⼒⽬标：①通过回忆洛仑兹⼒⽅向与观察演⽰实验——带电粒⼦轨迹特点相结合分析培养学⽣透过现象抓住内在本质联系的洞察能⼒②通过引导学⽣建⽴向⼼⼒与洛仑兹⼒等量关系使其⾃⾏推导周期半径公式培养学⽣逻辑推理能⼒情感⽬标：质谱仪将基本的带电粒⼦在磁场中运动规律直接推⾄科研最前沿——同位素的分析测定，让学⽣亲⾝体会到物理知识对于⼈类认识与改造世界过程中所起的巨⼤作⽤，这将⿎励学⽣树⽴远⼤理想，使他们充满信⼼地在科学海洋中畅游。
3.教学重点与难点：重点：①带电粒⼦垂直进⼊匀强磁场作何种运动，以及此运动特点和产⽣原因②半径与周期公式在处理问题中的运⽤③质谱仪⼯作原理难点：本节难点为①确定垂直进⼊匀强磁场中的带电粒⼦运动是垂直磁场平⾯上的匀速圆周运动，②半径公式与周期公式和粒⼦动量、能量等结合应⽤。
磁场对运动带电粒子的力
磁场对运动带电粒子的力磁场是物理世界中的一种基本力场，它对运动带电粒子的力产生了重要影响。
从物理学的角度来看，磁场通过洛伦兹力来作用于运动中的带电粒子。
本文将探讨磁场对运动带电粒子的力产生的原理和应用。
磁场的本质是由电流产生的。
当电流通过导线时，周围会形成一个磁场。
这个磁场的特点是有方向的，它遵循右手定则：将右手的四个手指指向电流的方向，拇指所指的方向就是磁场的方向。
磁场是一个矢量场，具有方向和大小。
当一个运动中的带电粒子进入磁场时，它会受到一个磁场力的作用。
这个力的方向垂直于带电粒子的速度方向和磁场的方向，并且遵循右手定则：将右手的四个手指指向带电粒子的速度方向，拇指所指的方向就是磁场力的方向。
需要注意的是，磁场力只对电荷有影响，中性粒子不受磁场力的作用。
根据洛伦兹力的公式F = qvBsinθ，其中F为洛伦兹力，q为电荷量，v为带电粒子的速度，B为磁感应强度，θ为带电粒子速度与磁场方向之间的夹角。
可以看出，磁场力与带电粒子的速度和磁感应强度都有关系。
当速度为零或与磁场方向平行时，磁场力为零；当速度垂直于磁场方向时，磁场力最大。
磁场对运动带电粒子的力产生了广泛的应用。
其中一个典型的应用是在粒子加速器中。
粒子加速器是一种能够将带电粒子加速到很高速度的设备，它常用于高能物理实验和核物理研究。
加速过程中，粒子通常通过电磁铁来调整其运动轨迹，这些电磁铁产生的磁场力对粒子的加速起到了重要作用。
另一个应用是磁共振成像（MRI），它是一种利用磁场对人体进行影像检查的技术。
MRI利用强磁场和无线电波，通过对人体组织中的带电粒子（如氢原子核）进行激发和检测，来获取人体内部的详细图像。
通过调整磁场的强度和方向，可以获得不同角度和分辨率的图像，从而进一步诊断和治疗疾病。
除了应用，磁场对运动带电粒子的力还与自然界中的一些现象密切相关。
例如，地球的磁场对宇宙射线的运动起到了屏蔽作用，保护了地球上的生物。
太阳风中带有电荷的粒子受地球磁场力的影响，偏转了它们的运动轨迹，使它们无法直接撞击地球表面。
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1 u 、粒子的初速度 ^ B
•回转周期与速率无关：质谱仪、回旋加速的物理基础
回顾、带电粒子在均匀磁场中的运动
例1 回旋加速器 —— 一种用来获得高能带电粒子的设备。
基本原理：
1. 带电粒子在磁场中作回 旋运动。
环形 真空室
铁芯
S
线圈 接振荡器
在非相对论下与粒子速 率无关。
★霍尔电势差
（霍尔电压）
四、霍尔效应
霍尔效应的机理解释
b
–– – –
I
(方向向上)
h
-e
+ + ++
(方向向下) 达到动态平衡时：
四、霍尔效应
霍尔效应的机理解释
b
h
E
F
四、霍尔效应
霍尔效应的机理解释
四、霍尔效应
霍尔电压
UH b
h
在金属中，由于n ~ 1029 很大，因此霍耳效应很弱。 而在半导体中， n 较小，因此霍耳效应就较明显。
四、霍尔效应 1982年, 崔琦等发现分数量子霍尔效应。
• 崔琦 • 分数量子霍尔效应 • 1998年诺贝尔物理学奖
四、霍尔效应
2013年清华大学物理系和中科院物 理所联合组成的团队在实验中首次 发现量子反常霍尔效应
薛其坤
四、霍尔效应
不同的曲线显示在不同栅极电压下材料霍尔电阻随磁场的变 化。在一定的栅极电压范围内，零磁场的反常霍尔电阻数值 达到量子电阻的数值h/e2。
例3 一长l、高h、宽b的矩形管，其上下两侧面为金属板，前后 两面为绝缘板，用导线将两金属板相连，金属板和导线的电阻 可忽略，今有电阻率为ρ的高温高压等离子体流过矩形管，其流 速与管两端压强成正比，且流速为vo时管两端压强为Po，试计 算在垂直于矩形管左右平面的方向加感应强度为B 的均匀磁场 后，管中等离子体的流速。
由题设：
解：设载流子电量为q， 载流子浓度为n
它受到与v方向相反的 洛仑兹力为 f ' =qv'B
在上下方向上利用电流 密度与电阻率的关系
l
+ + ++
h
q – – – –
b
解：设载流子电量为q， 载流子浓度为n
等离子体受到与v方向
相反的磁场力为
l
+ + ++
h
q
–– – –
b
因为此力方向与v反向，故将在管两端产生附加压强
典型应用 1）判断半导体的类型 2）磁场或其他非电量的检测与传感 ３）磁流体发电
四、霍尔效应
1）判断半导体类型
P型：载流子为正电荷； N型：载流子为负电荷
++ +
I - - -+
+I
+
-+-
-
+
-
-
P 型半导体 -
N 型半导体 +
小结：若 （视为电动势）的方向与 的流向及 的方 向满足右螺旋法则，则为P型半导体；反之，为N型。
四、霍尔效应 2）磁体或其他非电量的检测与传感 例1 霍尔压力传感器与位移传感器
霍尔压力 传感器
四、霍尔效应
2）磁体或其他非电量的检测与传感 例2 霍尔转速传感器原理图
输入轴
输入轴
Байду номын сангаас
（a）
霍尔传感器
（b）
四、霍尔效应
3）磁流体发电
当高温高速的等离子气体通 过导电管时，受垂直于气流方向 上的磁场（洛伦兹力）的作用， 等离子体中的正负离子，将分别 沿着既垂直于磁场方向又垂直于 流速方向的两侧反向偏移，从而 在导电管两侧的电极上建立起霍 耳电势差，从而可由电极上获得 连续输出的电能。
2.粒子在同频缝隙电场的 作用下加速。
N
带电粒子束
回旋加速器原理示意图
回顾、带电粒子在均匀磁场中的运动 带电粒子作螺旋运动
螺距：
回顾、带电粒子在均匀磁场中的运动
（对称轴）
磁u ^镜场
回顾、带电粒子在均匀磁场中的运动 2、磁塞与磁瓶——磁约束装置 磁塞
载流 线圈
B
磁瓶
磁塞
载流 线圈
四、霍尔效应
四、霍尔效应 拓展：量子霍尔效应
1978－1980 年，德国物理学家 K.Von Klitzing 在低温 (1.5K)和强磁场(19T)条件下，发现上式中的霍尔电势差与 电流的关系，不再是线性的，而是台阶式跃变关系。并得 到：
——整数量子霍耳效应
四、霍尔效应
K.V. Klitzing
量子霍耳效应 1985年诺贝尔物理学奖