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1 / 8 洛伦兹力的应用 本资料为 WoRD文档,请点击下载地址下载全文下载地址第3 节洛伦兹力的应用 【学习目标】洛伦兹力、圆周运动、圆心、半径、运动时间 【学习重点】 确定做匀速圆周运动的圆心 【知识要点】 一、基础知识: 1、洛仑兹力 叫洛仑兹力。通电导线所受到的安培力实际上是作用在运动电荷上的洛仑兹力的。 2、洛仑兹力的方向 用左手定则判定。应用左手定则要注意: ( 1)判定负电荷运动所受洛仑兹力的方向,应使四指指向电荷运动的方向。 ( 2)洛仑兹力的方向总是既垂直于又垂直于,即总是垂直于所 决定的平面。但在这个平面内电荷运动方向和磁场方向却不一定垂直,当电荷运动方向与磁场方向不垂直时,应用左手定则不可能使四指指向电荷运动方向的同时让磁感线垂直穿入手心,这时只要磁感线从手心穿入即可。 3、洛仑兹力的大小 f=,其中是带电粒子的运动方向与磁场方向的夹角。 ( 1)当 =90 ,即 v 的方向与 B 的方向垂直时, f=,这种情2 / 8 况下洛仑兹力。 ( 2)当 =0 ,即 v 的方向与 B 的方向平行时, f=最小。 ( 3)当 v=0,即电荷与磁场无相对运动时, f=,表明了一个重要结论:磁场只对相对于磁场运动的电荷有作用力, 而对相对磁场静止的电荷没有作用力。 4、如何确立带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆心、半径及运动时间? ( 1)圆心的确定。因为洛伦兹力 f 指向圆心,根据 fv ,画出粒子运动轨迹上任意两点(一般是射入和射出磁场的两点)的 f 的方向,其延长线的交点即为圆心。 ( 2)半径的确定和计算。圆心找到以后,自然就有了半径(一般是利用粒子入、出磁场时的半径)。半径的计算一般是利用几何知识,常用解三角形的方法及圆心角等于圆弧上弦切角的两倍等知识。 ( 3)在磁场中运动时间的确定。利用圆心角与弦 切角的关系,或者是四边 形内角和等于 360 计算出圆 心角的大小,由公式 t=T 可求出运动时间。 有时也用弧长与线速度的比。 如图所示,还应注意到: 速度的偏向角等于弧 AB所对的圆心角。 偏向角与弦切角的关系为: 180 , =2; 180 ,=360 -2; 3 / 8 ( 4)注意圆周运动中有关对称规律 如从同一直线边界射入的粒子,再从这一边射出时,速度与边界的夹角相等;在圆形磁场区域内,沿径向射入的粒子,必沿径向射出。 【典型例题】 例 1、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,磁场方向垂直于纸面向 里,磁感应强度大小为B。一带电粒子从平板上狭缝 o 处以垂直于平板的初速 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 e 与质量 m 之比。 解析:粒子初速 v 垂直于磁场,粒子在磁场中受洛伦兹力而做匀速圈周运动,设其半径为 R,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律, 有 Bqv=mv2/R 因粒子经 o 点时的速度垂直于 oP,故 oP是直径, l 2R 由此得 例 2、一个负离子,质量为 m,电量为 q,以速率 v 垂直于屏 S 经小孔 o 射入有匀强磁场的真空室中,磁感应强度 B 的方向与离子运动方向垂 直,并垂直于纸面向里,如图所示。如果离子进入磁场后经过时间 t 到达 P 点,则直线 oP 与离子入射方向之间的夹角跟 t 的关系式如何? 解析:做出 oP的中垂线与 oS的交点即为离子做匀速圆周运4 / 8 动的圆心,轨迹如图示: 方法一:弧 oP 对应的圆心角 周期 T= 运动时间: t= 解得: 方法二:弧 oP 对应的圆心角 半径为 r,则 qvB= 弧长: l=r 线速度: v= 解得: 例 3、如图,在某装置中有一匀强磁场,磁感应强度为 B,方向垂直于 oxy所在的纸面向外。某时刻在 x=l0、 y=0处,一质子沿 y 轴的负方向进入磁场;同一时刻,在 x=-l0、 y=0处,一个粒子进入磁场,速度方向与磁场垂直。不考虑质子与粒子的相互作用。设质子的质量为 m,电荷量为 e。 ( 1)如果质子经过坐标原点 o,它的速度为多大? ( 2)如果粒子与质子经最短时间在坐标原点相遇,粒子的速度应为何值?方向如何? 解析: 质子的运动轨迹如图示,其圆心在 x=处 其半径 r1= 又 r1= 5 / 8 质子从 x=l0处至达坐标原点 o 处的时间为 t= 又 TH= 粒子的周期为 两粒子的运动轨迹如图示 由 几何关系得: 又 解得: 与 x 轴正方向的夹角为。 【反思】 收 获 疑 问 【达标训练】 1每时每刻都有大量带电的宇宙射线向地球射来,地球磁场可以有效地改变这些宇宙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,(如图,地球由西向东转,虚线表示地球自转轴,6 / 8 上方为地理北极),在地球磁场的作用下,它将( A) A向东偏转 B向南偏转 c向西偏转 D向北偏转 2图为云室中某粒子 穿过铅板 P 前后的轨迹。室中匀强磁场的方向与轨迹所在平面垂直(图中垂直于纸面向里)。由此可知此粒子( A) A一定带正电 B一定带负电 c不带电 D可能带正电,也可能带负电 3如图所示,在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上,有两个质量和电量均相同的正、负离子,从 o 点以相同的速度射入磁场中,射入方向均与边界成角。若不计重力,关于正、负离子在磁场中的运动,下列说法正确的是( B) A运动的轨道半径不相同 B重新回到边界的速度大小和方向都相同 c重新回到边界的位置与 o 点距离不相同 D运动 的时间相同 4如图,在 x 0、 y 0 的空间中有恒定的匀强磁场,磁感强度的方向垂直于 xoy 平面向里,大小为 B。现有一质量为7 / 8 m电量为 q的带电粒子,在 x轴上到原点的距离为 x0的 P点,以平行于 y 轴的初速度射入此磁场,在磁场作用下沿垂直于y 轴的方向射出此磁场。不计重力的影响。由这些条件可知( D) A不能确定粒子通过 y 轴时的位置 B不能确定粒子速度的大小 c不能确定粒子在磁场中运动所经历的时间 D以上三个判断都不对 5一个质量为 m、带电量为 q 的粒子,以速度 v 垂直射入磁感应强度为 B 的匀强磁场中,粒 子经过一段时间,受到的冲量大小为 mv,不计重力,则这段时间可能为( cD) A 2m/(qB) B m/(qB) c m/(3qB) D 7m/(3qB) 6质子()和粒子()从静止开始经相同的电势差加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动,则这两粒子的动能之比Ek1:Ek2=,轨道半径之比 r1:r2=,周期之比 T1:T2=。 1:21:; 1:2 7如图所示,一电子以速度 107m/s 与 x 轴成 30 的方向从原点出发,在垂直纸面向里的匀强磁场中运动,磁感应强度 B=1T,那么圆运动的半径为 m,经过时 间 s,第一次经过8 / 8 x 轴。(电子质量 m=10 -31kg) 10 -5,10 -12 8在图所示的各图

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