《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《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 當電荷在磁場中靜止或沿著磁感線方向運動時 電荷不會受到磁場力作用 只有當電荷運動且運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動的方向或負電荷運動的反方向 3 洛倫茲力的方向與電荷運動方向 磁場方向有何關系 F B v三者的方向關系一定互相垂直嗎 提示 1 洛倫茲力的方向總是與電荷運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動方向和磁場方向所決定的平面 2 f B v三者的方向關系是 f B F v 但B與v不一定垂直 4 運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 能否對運動電荷做功 提示 洛倫茲力總與運動方向垂直 所以洛倫茲力只能改變速度的方向 不能對運動電荷做功 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)帶電粒子的運動方向 使它們不能到達地面 這對地球上的生命有十分重要的意義 假設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B 向南偏轉C 向西偏轉D 向北偏轉 思路點撥 解答本題應明確以下三點 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 A正確 1 既然安培力是作用在導線中各自由電子所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) 當在磁場中的導線沒有通電時 自由電子也在不停地運動 為什么沒有安培力呢 提示 導線不通電時 電荷只做無規(guī)則的熱運動 而無定向運動 由于向各方向運動的電荷幾率相等 磁場對每個運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 當電荷在磁場中靜止或沿著磁場方向運動時 電荷不會受到磁場力作用 只有當電荷的運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)域的磁感應強度為零 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磁場中 其磁感強度為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 小球在斜面上運動時做勻加速直線運動C 小球在斜面上運動時做速度增大 加速度也增大的變加速直線運動D 小球在斜面上下滑的過程中 當小球對斜面壓力為零時的速率為 思路點撥 解答本題應明確以下問題 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動性質 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 故小球在斜面上運動時做勻加速直線運動 B對C錯 當FN 0時 有qvB mgcos D對 1 沿垂直于磁場方向進入勻強磁場的帶電粒子為什么只能在平面內運動 提示 垂直磁場方向進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決定的平面內運動 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 粒子在管內將做什么運動 不計帶電粒子的重力 提示 通有交變電流的螺線管內部磁場方向始終與軸線平行 帶電粒子沿著磁感線方向運動時不受洛倫茲力 保持原運動狀態(tài)不變 做勻速直線運動 3 帶電粒子斜進入勻強磁場后 將做什么運動 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 做勻速圓周運動 所以帶電粒子將做螺旋線運動 典例3 電子質量為m 電荷量為q 以速度v0與x軸成 角射入磁感應強度為B的勻強磁場中 最后落在x軸上的P點 如圖所示 求 1 的長度 2 電子由O點射入到落在P點所需的時間t 思路點撥 解答本題應把握以下三點 1 根據(jù)速度方向確定圓周運動的圓心 2 利用圓的幾何知識確定半徑與弦的關系 3 由圓心角與周期關系確定粒子運動時間 自主解答 1 過O點和P點作速度方向的垂線 兩線交點C即為電子在磁場中做勻速圓周運動的圓心 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磁場區(qū)域 磁感應強度為B 今有一電子沿x軸正方向射入磁場 恰好沿y軸負方向射出 如果電子的荷質比為求 1 電子射入磁場時的速度 2 電子在磁場中運動的時間 思路點撥 解答本題應把握以下三個突破點 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系求時間t T或 標準解答 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動的時間 知識點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動 其中粒子的速度方向都與磁場方向垂直 則關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 甲在紙面內向上 乙在紙面內向左上方 丙垂直于紙面向里 丁垂直于紙面向外 所以C正確 2 設勻強磁場方向沿z軸正方向 帶負電的運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 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軸的負方向 因為粒子帶負電 故其速度方向一定沿x軸正方向 A正確 知識點2 洛倫茲力的大小3 2010 黃山高二檢測 關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完全不同的兩種力B 安培力和洛倫茲力 其本質都是磁場對運動電荷的作用力C 安培力和洛倫茲力 二者是等價的D 安培力對通電導體能做功 但洛倫茲力對運動電荷不能做功 解析 選B D 安培力和洛倫茲力有著共同的本質 都是磁場對運動電荷的作用力 故A錯誤 B正確 安培力和洛倫茲力雖然本質相同 但安培力對導體能做功 而洛倫茲力對運動電荷不能做功 故C錯誤 D正確 4 帶電量為 q的粒子 在勻強磁場中運動 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 則該磁場的磁感應強度越小 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強度 速度大小有關 還與運動方向和磁場方向間的夾角有關 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 當電荷運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3 帶電粒子在磁場中的運動5 由幾種不同的粒子組成的帶電粒子束 以相同的速度v從同一點垂直磁場方向射入同一勻強磁場 結果所有的粒子沿同一圓周做勻速圓周運動 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動的軌道半徑 粒子圓周運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動方向和帶電情況分別為 A 粒子從a運動到b 帶正電B 粒子從a運動到b 帶負電C 粒子從b運動到a 帶正電D 粒子從b運動到a 帶負電 解析 選D 粒子在勻強磁場中的軌道半徑由于粒子的動能減小 故粒子運動的軌道半徑逐漸變小 故粒子的運動方向為由b a 又由左手定則可知粒子帶負電 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 運動電荷在磁場中一定受到洛倫茲力C 洛倫茲力對運動電荷一定不做功D 洛倫茲力可以改變運動電荷的速度大小 解析 選C 只有運動電荷的速度方向與磁場不平行時 運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 放在一通電直導線的上方 發(fā)現(xiàn)射線的徑跡如圖所示 則此導線放置的方式及電流的流向為 A 直導線在紙面內 平行于射線管軸放置 電流從左流向右B 直導線在紙面內 平行于射線管軸放置 電流從右流向左C 直導線垂直于紙面和射線管軸放置 電流流向紙內D 直導線垂直于紙面和射線管軸放置 電流流向紙外 解析 選B 負電荷向下偏轉 由左手定則可判斷導線上方的磁場方向垂直紙面向里 由安培定則知導線應按平行于紙面放置且導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 加上勻強磁場后 物體向下運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 水平長直導線中有恒定電流I通過 導線正下方的電子初速度方向與電流方向相同 如圖所示 則電子的運動情況是 A 沿路徑oa運動B 沿路徑ob運動C 沿路徑oc運動D 沿路徑od運動 解析 選D 水平電流下方的磁場垂直向外 且離導線越遠 磁感應強度B越小 據(jù)左手定則可以確定電子從開始運動向下偏轉 再由知電子運動曲率半徑逐漸增大 故A B C錯 D對 5 如圖所示 在第 象限內有垂直紙面向里的勻強磁場 一對正 負電子分別以相同速率 沿與x軸成30 的方向從原點射入磁場 則正 負電子在磁場中運動的時間之比為 A 1 2B 2 1C 1 D 1 1 解析 選B 正 負電子在磁場中都做勻速圓周運動 由T 可知 正 負電子做勻速圓周運動的周期相同 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 負電子軌跡弧所對的圓心角 2 由帶電粒子在磁場中運動的時間t T 可求得正 負電子在磁場中運動的時間之比為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 它的一側有勻強磁場 磁場方向垂直紙面向里 磁感應強度大小為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 最后到達平板上的P點 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動 設其半徑為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 磁感應強度為B的勻強磁場方向垂直紙面向外 并與小球運動方向垂直 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 用絲線吊一個質量為m的帶電 絕緣 小球處于勻強磁場中 把小球拉至A點由靜止釋放 空氣阻力不計 當小球分別從A點和B點向最低點O運動且兩次經(jīng)過O點時 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點時速度大小不變 動能相同 A正確 小球分別從A點和B點向最低點O運動且兩次經(jīng)過O點時速度方向相反 由左手定則可知兩次過O點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 并處在磁感應強度為B 方向垂直紙面向里的勻強磁場中 如圖所示 為了使小球飄離平面 勻強磁場在紙面內移動的最小速度應為多少 方向如何 解析 當磁場向左運動時 相當于小球向右運動 帶正電的小球所受的洛倫茲力方向向上 當其與重力平衡時 小球將飄離平面 設此時速度為v 則由力的平衡有 qvB mg 則磁場應水平向左移動 答案 水平向左 3 10分 如圖所示 在半徑為r的圓形區(qū)域內有一勻強磁場 其磁感應強度為B 方向垂直紙面向里 電荷量為q 質量為m的帶正電的粒子 不計重力 從磁場邊緣A點沿圓的半徑AO方向射入磁場 離開磁場時速度方向偏轉了60 角 1 求粒子做圓周運動的半徑 2 求粒子的入射速度 解析 1 設帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑為R 軌跡如圖所示 OO A 30 由圖可知圓周運動的半徑為 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 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全