探究洛伦兹力课件(沪科版).ppt

,1.电荷放在电场中会受到电场力作用，那么电荷放入磁场中是否一定会受到磁场力的作用?提示：当电荷在磁场中静止或沿着磁感线方向运动时，电荷不会受到磁场力作用.只有当电荷运动且运动方向不与磁场平行时，才受洛伦兹力作用.,2.利用左手定则判断带电粒子在磁场中所受到的洛伦兹力的方向时，四指所指的方向是否一定为电荷运动的方向？提示：根据左手定则，四指所指的方向为正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向.,3.洛伦兹力的方向与电荷运动方向、磁场方向有何关系？F、B、v三者的方向关系一定互相垂直吗?提示：(1)洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向和磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动方向和磁场方向所决定的平面.(2)f、B、v三者的方向关系是：fB，Fv，但B与v不一定垂直.,4.运动电荷所受的洛伦兹力方向与其速度方向始终垂直，洛伦兹力改变速度的大小还是方向？能否对运动电荷做功？提示：洛伦兹力总与运动方向垂直，所以洛伦兹力只能改变速度的方向，不能对运动电荷做功.,【典例1】(2010杭州高二检测)每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来，地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义.假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来,在地磁场的作用下,它将()A.向东偏转B.向南偏转C.向西偏转D.向北偏转,【思路点拨】解答本题应明确以下三点：(1)明确赤道上方地磁场的方向;(2)与地理方位相联系；(3)利用左手定则判断.【自主解答】选A.赤道附近的地磁场方向水平向北,一个带正电的射线粒子竖直向下运动时,据左手定则可以确定,它受到水平向东的洛伦兹力,故它向东偏转,A正确.,1.既然安培力是作用在导线中各自由电子所受洛伦兹力的宏观表现，当在磁场中的导线没有通电时，自由电子也在不停地运动，为什么没有安培力呢？提示：导线不通电时，电荷只做无规则的热运动，而无定向运动，由于向各方向运动的电荷几率相等，磁场对每个运动电荷的洛伦兹力叠加的宏观效果为零.,2.电荷放在电场中一定会受到电场力的作用，那么电荷放入磁场中也一定会受到磁场力的作用吗？提示：不一定.当电荷在磁场中静止或沿着磁场方向运动时，电荷不会受到磁场力作用.只有当电荷的运动方向与磁场方向不平行时，才受洛伦兹力作用.,3.电荷在某一区域不受洛伦兹力，能否说明该区域的磁感应强度为零？提示：不能.因为静止的电荷在磁场中不受洛伦兹力，电荷的运动方向与磁场方向平行时也不受洛伦兹力.,【典例2】如图所示，质量为m、带电荷量为q的小球从倾角为的光滑绝缘斜面上由静止下滑，整个斜面置于方向垂直纸面向外的匀强磁场中，其磁感强度为B.若带电小球在下滑过程中的某时刻对斜面的作用力恰好为零，则下列说法正确的是(),A.小球带正电B.小球在斜面上运动时做匀加速直线运动C.小球在斜面上运动时做速度增大、加速度也增大的变加速直线运动D.小球在斜面上下滑的过程中，当小球对斜面压力为零时的速率为,【思路点拨】解答本题应明确以下问题：(1)根据垂直斜面的受力确定洛伦兹力方向.(2)由沿斜面方向上的合力确定小球的运动性质.(3)由洛伦兹力公式确定临界速率.,【自主解答】选A、B、D.对小球进行受力分析，带电小球在下滑的过程中某时刻对斜面的作用力恰好为零，由左手定则可知，洛伦兹力应垂直斜面向上，A正确；又因为洛伦兹力垂直斜面，离开斜面前小球的合外力大小为mgsin，方向沿斜面向下，故小球在斜面上运动时做匀加速直线运动，B对C错；当FN0时，有qvBmgcos，D对.,1.沿垂直于磁场方向进入匀强磁场的带电粒子为什么只能在平面内运动？提示：垂直磁场方向进入磁场的粒子所受作用力方向垂直于B与v所决定的平面，没有让粒子离开这个平面的作用力，因此只能在B与v决定的平面内运动.,2.一个长螺线管中通有交变电流,有一个带电粒子沿管中心轴线射入管中,粒子在管内将做什么运动?(不计带电粒子的重力)提示:通有交变电流的螺线管内部磁场方向始终与轴线平行,带电粒子沿着磁感线方向运动时不受洛伦兹力,保持原运动状态不变,做匀速直线运动.,3.带电粒子斜进入匀强磁场后,将做什么运动?提示:将射入时的速度沿磁感线和与磁感线垂直的方向分解,沿磁感线方向上带电粒子不受力,做匀速直线运动,与磁感线垂直方向上带电粒子受到的洛伦兹力方向与速度方向垂直,做匀速圆周运动,所以带电粒子将做螺旋线运动.,【典例3】电子质量为m、电荷量为q,以速度v0与x轴成角射入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后落在x轴上的P点，如图所示，求：(1)的长度;(2)电子由O点射入到落在P点所需的时间t.,【思路点拨】解答本题应把握以下三点：(1)根据速度方向确定圆周运动的圆心；(2)利用圆的几何知识确定半径与弦的关系；(3)由圆心角与周期关系确定粒子运动时间.,【自主解答】(1)过O点和P点作速度方向的垂线，两线交点C即为电子在磁场中做匀速圆周运动的圆心，如图所示，,答案:,【典例4】(2010长沙高二检测)如图所示，有一半径为R、有明显边界的圆形匀强磁场区域，磁感应强度为B.今有一电子沿x轴正方向射入磁场，恰好沿y轴负方向射出.如果电子的荷质比为求：(1)电子射入磁场时的速度；(2)电子在磁场中运动的时间.,【思路点拨】解答本题应把握以下三个突破点:(1)正确画轨迹、定圆心、求半径.(2)利用半径公式求速度.(3)利用圆心角和周期的关系求时间t=T或,【标准解答】由题意可确定其轨迹如图所示.由几何知识可求轨迹的半径为R.结合半径公式得电子的速度大小为轨迹所对的圆心角为90,所以电子在磁场中运动的时间,知识点1：洛伦兹力的方向1.(2011泰州高二检测)下面四幅图是带电粒子在磁场中的运动，其中粒子的速度方向都与磁场方向垂直，则关于带电粒子受力方向的说法正确的是(),.甲图中的带电粒子受到的洛伦兹力方向与速度方向垂直，且在纸面内向下.乙图中的带电粒子受到的洛伦兹力方向与速度方向垂直，且在纸面内向右下方.丙图中的带电粒子受到的洛伦兹力方向与速度方向垂直，且垂直于纸面向里.丁图中的带电粒子受到的洛伦兹力方向与速度方向垂直，且垂直于纸面向里,【解析】选C.由左手定则判断知，甲、乙、丙、丁四个带电粒子所受的洛伦兹力都与速度方向垂直，甲在纸面内向上，乙在纸面内向左上方，丙垂直于纸面向里，丁垂直于纸面向外，所以C正确.,2.设匀强磁场方向沿z轴正方向,带负电的运动粒子在磁场中受洛伦兹力F的作用，方向沿y轴正方向,如图所示.则该带负电的粒子速度方向为()A.一定沿x轴正方向B.一定沿x轴负方向C.一定沿y轴正方向D.一定沿z轴正方向,【解析】选A.伸开左手,拇指与其余四指垂直,且处于同一平面内,让磁感线垂直穿过手心,拇指指向洛伦兹力的方向，那么四指指向x轴的负方向,因为粒子带负电,故其速度方向一定沿x轴正方向，A正确.,知识点2：洛伦兹力的大小3.(2010黄山高二检测)关于安培力和洛伦兹力，下面的说法正确的是()A.安培力和洛伦兹力是性质完全不同的两种力B.安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力C.安培力和洛伦兹力，二者是等价的D.安培力对通电导体能做功，但洛伦兹力对运动电荷不能做功,【解析】选B、D.安培力和洛伦兹力有着共同的本质，都是磁场对运动电荷的作用力，故A错误，B正确.安培力和洛伦兹力虽然本质相同，但安培力对导体能做功，而洛伦兹力对运动电荷不能做功，故C错误，D正确.,4.带电量为q的粒子，在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是()A.只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B.如果只把q改为q，且速度反向而大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变C.只要带电粒子在磁场中运动，它一定受到洛伦兹力作用D.带电粒子受到的洛伦兹力越小，则该磁场的磁感应强度越小,【解析】选B.洛伦兹力f=qvBsin，即某带电粒子的洛伦兹力除了与磁感应强度、速度大小有关，还与运动方向和磁场方向间的夹角有关，所以A、D错误.把q改为-q，且速度反向、大小不变，由左手定则和f=qvBsin判断，洛伦兹力大小和方向都不变，B正确.当电荷运动方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力作用，C错误.,知识点3：带电粒子在磁场中的运动5.由几种不同的粒子组成的带电粒子束，以相同的速度v从同一点垂直磁场方向射入同一匀强磁场，结果所有的粒子沿同一圆周做匀速圆周运动(不计重力)，这是因为()A.它们具有相同的动能B.它们具有相同的电荷量C.它们具有相同的质量D.它们具有相同的比荷,【解析】选D.本题考查粒子的圆周运动的轨道半径.粒子圆周运动的轨迹相同即轨道半径相同，由洛伦兹力提供向心力有Bqv=得r=因为r、v、B相同，所以相同，故D正确，A、B、C错误.,6.一个带电粒子沿垂直于匀强磁场的方向射入云室中.粒子的一段径迹如图所示，径迹上的每一小段都可近似看成圆弧.由于带电粒子使沿途的气体电离，因而粒子的能量逐渐减小(带电荷量不变).从图中情况可以确定粒子的运动方向和带电情况分别为(),A.粒子从a运动到b，带正电B.粒子从a运动到b，带负电C.粒子从b运动到a，带正电D.粒子从b运动到a，带负电【解析】选D.粒子在匀强磁场中的轨道半径由于粒子的动能减小，故粒子运动的轨道半径逐渐变小，故粒子的运动方向为由ba.又由左手定则可知粒子带负电.,一、选择题(本题包括5个小题，每小题3分，共15分)1.(2012南京高二检测)以下说法正确的是()A.电荷处于磁场中一定受到洛伦兹力B.运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力C.洛伦兹力对运动电荷一定不做功D.洛伦兹力可以改变运动电荷的速度大小,【解析】选C.只有运动电荷的速度方向与磁场不平行时，运动电荷才会受到洛伦兹力的作用，且洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，对运动电荷永不做功，故A、B、D错误，C正确.,2.(2010淮安高二检测)有一个电子射线管(阴极射线管)，放在一通电直导线的上方，发现射线的径迹如图所示，则此导线放置的方式及电流的流向为()A.直导线在纸面内，平行于射线管轴放置，电流从左流向右B.直导线在纸面内，平行于射线管轴放置，电流从右流向左C.直导线垂直于纸面和射线管轴放置，电流流向纸内D.直导线垂直于纸面和射线管轴放置，电流流向纸外,【解析】选B.负电荷向下偏转，由左手定则可判断导线上方的磁场方向垂直纸面向里，由安培定则知导线应按平行于纸面放置且导线中的电流方向从右流向左，故B正确，A、C、D错误.,3.如图所示,一个带正电的物体,从固定的粗糙斜面顶端沿斜面滑到底端时的速度为v,若加上一个垂直纸面向外的匀强磁场,则物体沿斜面滑到底端时的速度()A.变小B.变大C.不变D.不能确定,【解析】选B.加上匀强磁场后,物体向下运动时受到一个垂直斜面向上的洛伦兹力,物体对斜面的压力变小,所受摩擦力变小,克服摩擦力做功减少,由动能定理知,加上磁场后,物体到达斜面底端时的动能变大,速度变大,B正确.,4.(2010新四区高二检测)水平长直导线中有恒定电流I通过，导线正下方的电子初速度方向与电流方向相同，如图所示，则电子的运动情况是()A.沿路径oa运动B.沿路径ob运动C.沿路径oc运动D.沿路径od运动,【解析】选D.水平电流下方的磁场垂直向外，且离导线越远，磁感应强度B越小，据左手定则可以确定电子从开始运动向下偏转，再由知电子运动曲率半径逐渐增大，故A、B、C错，D对.,5.如图所示，在第象限内有垂直纸面向里的匀强磁场.一对正、负电子分别以相同速率，沿与x轴成30的方向从原点射入磁场，则正、负电子在磁场中运动的时间之比为()A.12B.21C.1D.11,【解析】选B.正、负电子在磁场中都做匀速圆周运动，由T=可知，正、负电子做匀速圆周运动的周期相同，但轨迹弧所对的圆心角不同，如图(1)正电子轨迹弧所对的圆心角1=，图(2)负电子轨迹弧所对的圆心角2=，由带电粒子在磁场中运动的时间t=T,可求得正、负电子在磁场中运动的时间之比为21.,二、非选择题(本题包括2个小题，共15分)6.(7分)图中MN表示真空室中垂直于纸面的平板，它的一侧有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B.一带电粒子从平板上的狭缝O处以垂直于平板的初速度v射入磁场区域，最后到达平板上的P点.已知B、v以及P到O的距离l，不计重力，求此粒子的电荷q与质量m之比.,【解析】粒子初速度v垂直于磁场，粒子在磁场中受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动，设其半径为R，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律，有qvB=因粒子经O点时的速度垂直于OP，故OP是直径，即l=2R，由此得答案:,7.(8分)如图所示，质量为m的带正电的小球能沿竖直的绝缘墙竖直下滑，磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直纸面向外，并与小球运动方向垂直.若小球电荷量为q，小球与墙壁间的动摩擦因数为，求小球下滑的最大速度和最大加速度.,【解析】小球沿墙竖直下滑，对小球受力分析，受重力mg、洛伦兹力qvB、墙面给小球的支持力N和摩擦力f，如图所示.在这些力的作用下，小球随着速度的增加，洛伦兹力增加，摩擦力增加，加速度逐渐减小，最后摩擦力与重力平衡，做匀速运动.所以匀速时速度最大，则有：N=qvB，f=mg，f=N解得：v=开始时，加速度最大，此时a=g.答案:g,1.(4分)如图所示，用丝线吊一个质量为m的带电(绝缘)小球处于匀强磁场中，把小球拉至A点由静止释放，空气阻力不计，当小球分别从A点和B点向最低点O运动且两次经过O点时()A.小球的动能相同B.丝线所受的拉力相同C.小球所受的洛伦兹力相同D.