《高中物理：5.5《探究洛倫茲力》課件（滬科版選修3-1）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理：5.5《探究洛倫茲力》課件（滬科版選修3-1）（72頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進(jìn)入物理課堂 1 電荷放在電場中會受到電場力作用 那么電荷放入磁場中是否一定會受到磁場力的作用 提示 當(dāng)電荷在磁場中靜止或沿著磁感線方向運(yùn)動時 電荷不會受到磁場力作用 只有當(dāng)電荷運(yùn)動且運(yùn)動方向不與磁場平行時 才受洛倫茲力作用 2 利用左手定則判斷帶電粒子在磁場中所受到的洛倫茲力的方向時 四指所指的方向是否一定為電荷運(yùn)動的方向 提示 根據(jù)左手定則 四指所指的方向為正電荷運(yùn)動的方向或負(fù)電荷運(yùn)動的反方向 3 洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動方向 磁場方向有何關(guān)系 F B v三者的方向關(guān)系一定互相垂直嗎 提示 1 洛倫茲力的方向總是與電荷運(yùn)動方向和磁場方向垂直 即洛倫茲力的方向總是垂直于電荷運(yùn)動方向和磁場方向所決定的平面 2 f B v三者的方向關(guān)系是 f B F v 但B與v不一定垂直 4 運(yùn)動電荷所受的洛倫茲力方向與其速度方向始終垂直 洛倫茲力改變速度的大小還是方向 能否對運(yùn)動電荷做功 提示 洛倫茲力總與運(yùn)動方向垂直 所以洛倫茲力只能改變速度的方向 不能對運(yùn)動電荷做功 典例1 2010 杭州高二檢測 每時每刻都有大量宇宙射線向地球射來 地磁場可以改變射線中大多數(shù)帶電粒子的運(yùn)動方向 使它們不能到達(dá)地面 這對地球上的生命有十分重要的意義 假設(shè)有一個帶正電的宇宙射線粒子正垂直于地面向赤道射來 在地磁場的作用下 它將 A 向東偏轉(zhuǎn)B 向南偏轉(zhuǎn)C 向西偏轉(zhuǎn)D 向北偏轉(zhuǎn) 思路點(diǎn)撥 解答本題應(yīng)明確以下三點(diǎn) 1 明確赤道上方地磁場的方向 2 與地理方位相聯(lián)系 3 利用左手定則判斷 自主解答 選A 赤道附近的地磁場方向水平向北 一個帶正電的射線粒子豎直向下運(yùn)動時 據(jù)左手定則可以確定 它受到水平向東的洛倫茲力 故它向東偏轉(zhuǎn) A正確 1 既然安培力是作用在導(dǎo)線中各自由電子所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) 當(dāng)在磁場中的導(dǎo)線沒有通電時 自由電子也在不停地運(yùn)動 為什么沒有安培力呢 提示 導(dǎo)線不通電時 電荷只做無規(guī)則的熱運(yùn)動 而無定向運(yùn)動 由于向各方向運(yùn)動的電荷幾率相等 磁場對每個運(yùn)動電荷的洛倫茲力疊加的宏觀效果為零 2 電荷放在電場中一定會受到電場力的作用 那么電荷放入磁場中也一定會受到磁場力的作用嗎 提示 不一定 當(dāng)電荷在磁場中靜止或沿著磁場方向運(yùn)動時 電荷不會受到磁場力作用 只有當(dāng)電荷的運(yùn)動方向與磁場方向不平行時 才受洛倫茲力作用 3 電荷在某一區(qū)域不受洛倫茲力 能否說明該區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 提示 不能 因為靜止的電荷在磁場中不受洛倫茲力 電荷的運(yùn)動方向與磁場方向平行時也不受洛倫茲力 典例2 如圖所示 質(zhì)量為m 帶電荷量為q的小球從傾角為 的光滑絕緣斜面上由靜止下滑 整個斜面置于方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場中 其磁感強(qiáng)度為B 若帶電小球在下滑過程中的某時刻對斜面的作用力恰好為零 則下列說法正確的是 A 小球帶正電B 小球在斜面上運(yùn)動時做勻加速直線運(yùn)動C 小球在斜面上運(yùn)動時做速度增大 加速度也增大的變加速直線運(yùn)動D 小球在斜面上下滑的過程中 當(dāng)小球?qū)π泵鎵毫榱銜r的速率為 思路點(diǎn)撥 解答本題應(yīng)明確以下問題 1 根據(jù)垂直斜面的受力確定洛倫茲力方向 2 由沿斜面方向上的合力確定小球的運(yùn)動性質(zhì) 3 由洛倫茲力公式確定臨界速率 自主解答 選A B D 對小球進(jìn)行受力分析 帶電小球在下滑的過程中某時刻對斜面的作用力恰好為零 由左手定則可知 洛倫茲力應(yīng)垂直斜面向上 A正確 又因為洛倫茲力垂直斜面 離開斜面前小球的合外力大小為mgsin 方向沿斜面向下 故小球在斜面上運(yùn)動時做勻加速直線運(yùn)動 B對C錯 當(dāng)FN 0時 有qvB mgcos D對 1 沿垂直于磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場的帶電粒子為什么只能在平面內(nèi)運(yùn)動 提示 垂直磁場方向進(jìn)入磁場的粒子所受作用力方向垂直于B與v所決定的平面 沒有讓粒子離開這個平面的作用力 因此只能在B與v決定的平面內(nèi)運(yùn)動 2 一個長螺線管中通有交變電流 有一個帶電粒子沿管中心軸線射入管中 粒子在管內(nèi)將做什么運(yùn)動 不計帶電粒子的重力 提示 通有交變電流的螺線管內(nèi)部磁場方向始終與軸線平行 帶電粒子沿著磁感線方向運(yùn)動時不受洛倫茲力 保持原運(yùn)動狀態(tài)不變 做勻速直線運(yùn)動 3 帶電粒子斜進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后 將做什么運(yùn)動 提示 將射入時的速度沿磁感線和與磁感線垂直的方向分解 沿磁感線方向上帶電粒子不受力 做勻速直線運(yùn)動 與磁感線垂直方向上帶電粒子受到的洛倫茲力方向與速度方向垂直 做勻速圓周運(yùn)動 所以帶電粒子將做螺旋線運(yùn)動 典例3 電子質(zhì)量為m 電荷量為q 以速度v0與x軸成 角射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中 最后落在x軸上的P點(diǎn) 如圖所示 求 1 的長度 2 電子由O點(diǎn)射入到落在P點(diǎn)所需的時間t 思路點(diǎn)撥 解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn) 1 根據(jù)速度方向確定圓周運(yùn)動的圓心 2 利用圓的幾何知識確定半徑與弦的關(guān)系 3 由圓心角與周期關(guān)系確定粒子運(yùn)動時間 自主解答 1 過O點(diǎn)和P點(diǎn)作速度方向的垂線 兩線交點(diǎn)C即為電子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的圓心 如圖所示 答案 典例4 2010 長沙高二檢測 如圖所示 有一半徑為R 有明顯邊界的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 今有一電子沿x軸正方向射入磁場 恰好沿y軸負(fù)方向射出 如果電子的荷質(zhì)比為求 1 電子射入磁場時的速度 2 電子在磁場中運(yùn)動的時間 思路點(diǎn)撥 解答本題應(yīng)把握以下三個突破點(diǎn) 1 正確畫軌跡 定圓心 求半徑 2 利用半徑公式求速度 3 利用圓心角和周期的關(guān)系求時間t T或 標(biāo)準(zhǔn)解答 由題意可確定其軌跡如圖所示 由幾何知識可求軌跡的半徑為R 結(jié)合半徑公式得電子的速度大小為軌跡所對的圓心角為90 所以電子在磁場中運(yùn)動的時間 知識點(diǎn)1 洛倫茲力的方向1 2010 泰州高二檢測 下面四幅圖是帶電粒子在磁場中的運(yùn)動 其中粒子的速度方向都與磁場方向垂直 則關(guān)于帶電粒子受力方向的說法正確的是 甲圖中的帶電粒子受到的洛倫茲力方向與速度方向垂直 且在紙面內(nèi)向下 乙圖中的帶電粒子受到的洛倫茲力方向與速度方向垂直 且在紙面內(nèi)向右下方 丙圖中的帶電粒子受到的洛倫茲力方向與速度方向垂直 且垂直于紙面向里 丁圖中的帶電粒子受到的洛倫茲力方向與速度方向垂直 且垂直于紙面向里 解析 選C 由左手定則判斷知 甲 乙 丙 丁四個帶電粒子所受的洛倫茲力都與速度方向垂直 甲在紙面內(nèi)向上 乙在紙面內(nèi)向左上方 丙垂直于紙面向里 丁垂直于紙面向外 所以C正確 2 設(shè)勻強(qiáng)磁場方向沿z軸正方向 帶負(fù)電的運(yùn)動粒子在磁場中受洛倫茲力F的作用 方向沿y軸正方向 如圖所示 則該帶負(fù)電的粒子速度方向為 A 一定沿x軸正方向B 一定沿x軸負(fù)方向C 一定沿y軸正方向D 一定沿z軸正方向 解析 選A 伸開左手 拇指與其余四指垂直 且處于同一平面內(nèi) 讓磁感線垂直穿過手心 拇指指向洛倫茲力的方向 那么四指指向x軸的負(fù)方向 因為粒子帶負(fù)電 故其速度方向一定沿x軸正方向 A正確 知識點(diǎn)2 洛倫茲力的大小3 2010 黃山高二檢測 關(guān)于安培力和洛倫茲力 下面的說法正確的是 A 安培力和洛倫茲力是性質(zhì)完全不同的兩種力B 安培力和洛倫茲力 其本質(zhì)都是磁場對運(yùn)動電荷的作用力C 安培力和洛倫茲力 二者是等價的D 安培力對通電導(dǎo)體能做功 但洛倫茲力對運(yùn)動電荷不能做功 解析 選B D 安培力和洛倫茲力有著共同的本質(zhì) 都是磁場對運(yùn)動電荷的作用力 故A錯誤 B正確 安培力和洛倫茲力雖然本質(zhì)相同 但安培力對導(dǎo)體能做功 而洛倫茲力對運(yùn)動電荷不能做功 故C錯誤 D正確 4 帶電量為 q的粒子 在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動 下面說法中正確的是 A 只要速度大小相同 所受洛倫茲力就相同B 如果只把 q改為 q 且速度反向而大小不變 則洛倫茲力的大小 方向均不變C 只要帶電粒子在磁場中運(yùn)動 它一定受到洛倫茲力作用D 帶電粒子受到的洛倫茲力越小 則該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度越小 解析 選B 洛倫茲力f qvBsin 即某帶電粒子的洛倫茲力除了與磁感應(yīng)強(qiáng)度 速度大小有關(guān) 還與運(yùn)動方向和磁場方向間的夾角有關(guān) 所以A D錯誤 把 q改為 q 且速度反向 大小不變 由左手定則和f qvBsin 判斷 洛倫茲力大小和方向都不變 B正確 當(dāng)電荷運(yùn)動方向與磁場方向平行時 不受洛倫茲力作用 C錯誤 知識點(diǎn)3 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動5 由幾種不同的粒子組成的帶電粒子束 以相同的速度v從同一點(diǎn)垂直磁場方向射入同一勻強(qiáng)磁場 結(jié)果所有的粒子沿同一圓周做勻速圓周運(yùn)動 不計重力 這是因為 A 它們具有相同的動能B 它們具有相同的電荷量C 它們具有相同的質(zhì)量D 它們具有相同的比荷 解析 選D 本題考查粒子的圓周運(yùn)動的軌道半徑 粒子圓周運(yùn)動的軌跡相同即軌道半徑相同 由洛倫茲力提供向心力有Bqv 得r 因為r v B相同 所以相同 故D正確 A B C錯誤 6 一個帶電粒子沿垂直于勻強(qiáng)磁場的方向射入云室中 粒子的一段徑跡如圖所示 徑跡上的每一小段都可近似看成圓弧 由于帶電粒子使沿途的氣體電離 因而粒子的能量逐漸減小 帶電荷量不變 從圖中情況可以確定粒子的運(yùn)動方向和帶電情況分別為 A 粒子從a運(yùn)動到b 帶正電B 粒子從a運(yùn)動到b 帶負(fù)電C 粒子從b運(yùn)動到a 帶正電D 粒子從b運(yùn)動到a 帶負(fù)電 解析 選D 粒子在勻強(qiáng)磁場中的軌道半徑由于粒子的動能減小 故粒子運(yùn)動的軌道半徑逐漸變小 故粒子的運(yùn)動方向為由b a 又由左手定則可知粒子帶負(fù)電 一 選擇題 本題包括5個小題 每小題3分 共15分 1 2010 南京高二檢測 以下說法正確的是 A 電荷處于磁場中一定受到洛倫茲力B 運(yùn)動電荷在磁場中一定受到洛倫茲力C 洛倫茲力對運(yùn)動電荷一定不做功D 洛倫茲力可以改變運(yùn)動電荷的速度大小 解析 選C 只有運(yùn)動電荷的速度方向與磁場不平行時 運(yùn)動電荷才會受到洛倫茲力的作用 且洛倫茲力方向始終與速度方向垂直 對運(yùn)動電荷永不做功 故A B D錯誤 C正確 2 2010 淮安高二檢測 有一個電子射線管 陰極射線管 放在一通電直導(dǎo)線的上方 發(fā)現(xiàn)射線的徑跡如圖所示 則此導(dǎo)線放置的方式及電流的流向為 A 直導(dǎo)線在紙面內(nèi) 平行于射線管軸放置 電流從左流向右B 直導(dǎo)線在紙面內(nèi) 平行于射線管軸放置 電流從右流向左C 直導(dǎo)線垂直于紙面和射線管軸放置 電流流向紙內(nèi)D 直導(dǎo)線垂直于紙面和射線管軸放置 電流流向紙外 解析 選B 負(fù)電荷向下偏轉(zhuǎn) 由左手定則可判斷導(dǎo)線上方的磁場方向垂直紙面向里 由安培定則知導(dǎo)線應(yīng)按平行于紙面放置且導(dǎo)線中的電流方向從右流向左 故B正確 A C D錯誤 3 如圖所示 一個帶正電的物體 從固定的粗糙斜面頂端沿斜面滑到底端時的速度為v 若加上一個垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場 則物體沿斜面滑到底端時的速度 A 變小B 變大C 不變D 不能確定 解析 選B 加上勻強(qiáng)磁場后 物體向下運(yùn)動時受到一個垂直斜面向上的洛倫茲力 物體對斜面的壓力變小 所受摩擦力變小 克服摩擦力做功減少 由動能定理知 加上磁場后 物體到達(dá)斜面底端時的動能變大 速度變大 B正確 4 2010 新四區(qū)高二檢測 水平長直導(dǎo)線中有恒定電流I通過 導(dǎo)線正下方的電子初速度方向與電流方向相同 如圖所示 則電子的運(yùn)動情況是 A 沿路徑oa運(yùn)動B 沿路徑ob運(yùn)動C 沿路徑oc運(yùn)動D 沿路徑od運(yùn)動 解析 選D 水平電流下方的磁場垂直向外 且離導(dǎo)線越遠(yuǎn) 磁感應(yīng)強(qiáng)度B越小 據(jù)左手定則可以確定電子從開始運(yùn)動向下偏轉(zhuǎn) 再由知電子運(yùn)動曲率半徑逐漸增大 故A B C錯 D對 5 如圖所示 在第 象限內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場 一對正 負(fù)電子分別以相同速率 沿與x軸成30 的方向從原點(diǎn)射入磁場 則正 負(fù)電子在磁場中運(yùn)動的時間之比為 A 1 2B 2 1C 1 D 1 1 解析 選B 正 負(fù)電子在磁場中都做勻速圓周運(yùn)動 由T 可知 正 負(fù)電子做勻速圓周運(yùn)動的周期相同 但軌跡弧所對的圓心角不同 如圖 1 正電子軌跡弧所對的圓心角 1 圖 2 負(fù)電子軌跡弧所對的圓心角 2 由帶電粒子在磁場中運(yùn)動的時間t T 可求得正 負(fù)電子在磁場中運(yùn)動的時間之比為2 1 二 非選擇題 本題包括2個小題 共15分 6 7分 圖中MN表示真空室中垂直于紙面的平板 它的一側(cè)有勻強(qiáng)磁場 磁場方向垂直紙面向里 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 一帶電粒子從平板上的狹縫O處以垂直于平板的初速度v射入磁場區(qū)域 最后到達(dá)平板上的P點(diǎn) 已知B v以及P到O的距離l 不計重力 求此粒子的電荷q與質(zhì)量m之比 解析 粒子初速度v垂直于磁場 粒子在磁場中受洛倫茲力作用而做勻速圓周運(yùn)動 設(shè)其半徑為R 由洛倫茲力公式和牛頓第二定律 有qvB 因粒子經(jīng)O點(diǎn)時的速度垂直于OP 故OP是直徑 即l 2R 由此得答案 7 8分 如圖所示 質(zhì)量為m的帶正電的小球能沿豎直的絕緣墻豎直下滑 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向垂直紙面向外 并與小球運(yùn)動方向垂直 若小球電荷量為q 小球與墻壁間的動摩擦因數(shù)為 求小球下滑的最大速度和最大加速度 解析 小球沿墻豎直下滑 對小球受力分析 受重力mg 洛倫茲力qvB 墻面給小球的支持力N和摩擦力f 如圖所示 在這些力的作用下 小球隨著速度的增加 洛倫茲力增加 摩擦力增加 加速度逐漸減小 最后摩擦力與重力平衡 做勻速運(yùn)動 所以勻速時速度最大 則有 N qvB f mg f N解得 v 開始時 加速度最大 此時a g 答案 g 1 4分 如圖所示 用絲線吊一個質(zhì)量為m的帶電 絕緣 小球處于勻強(qiáng)磁場中 把小球拉至A點(diǎn)由靜止釋放 空氣阻力不計 當(dāng)小球分別從A點(diǎn)和B點(diǎn)向最低點(diǎn)O運(yùn)動且兩次經(jīng)過O點(diǎn)時 A 小球的動能相同B 絲線所受的拉力相同C 小球所受的洛倫茲力相同D 小球的向心加速度相同 解析 選A D 帶電小球所受到的洛倫茲力和繩的拉力與速度方向時刻垂直 對小球不做功只改變速度方向 不改變速度大小 只有重力做功 故兩次經(jīng)過O點(diǎn)時速度大小不變 動能相同 A正確 小球分別從A點(diǎn)和B點(diǎn)向最低點(diǎn)O運(yùn)動且兩次經(jīng)過O點(diǎn)時速度方向相反 由左手定則可知兩次過O點(diǎn)時洛倫茲力方向相反 繩的拉力大小也就不同 故B C錯 由a 可知向心加速度相同 D正確 2 6分 有一質(zhì)量為m 電荷量為q的帶正電小球停在絕緣平面上 并處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中 如圖所示 為了使小球飄離平面 勻強(qiáng)磁場在紙面內(nèi)移動的最小速度應(yīng)為多少 方向如何 解析 當(dāng)磁場向左運(yùn)動時 相當(dāng)于小球向右運(yùn)動 帶正電的小球所受的洛倫茲力方向向上 當(dāng)其與重力平衡時 小球?qū)h離平面 設(shè)此時速度為v 則由力的平衡有 qvB mg 則磁場應(yīng)水平向左移動 答案 水平向左 3 10分 如圖所示 在半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)有一勻強(qiáng)磁場 其磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 方向垂直紙面向里 電荷量為q 質(zhì)量為m的帶正電的粒子 不計重力 從磁場邊緣A點(diǎn)沿圓的半徑AO方向射入磁場 離開磁場時速度方向偏轉(zhuǎn)了60 角 1 求粒子做圓周運(yùn)動的半徑 2 求粒子的入射速度 解析 1 設(shè)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑為R 軌跡如圖所示 OO A 30 由圖可知圓周運(yùn)動的半徑為 R O A 2 根據(jù)洛倫茲力和向心力公式得 有故粒子的入射速度v 答案 1 2 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全