高考物理 第1部分 第三章 第4节 磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力.ppt

第三章 第4节 理解教材新知 把握热点考向 应用创新演练 知识点一 知识点二 考向一 考向三 随堂基础巩固 课时跟踪训练 考向二 自学教材 1 定义运动电荷在磁场中受到的 2 与安培力的关系静止的通电导线在磁场中受到的安培力 在数值上等于大量定向运动电荷受到的洛伦兹力的 即安培力是洛伦兹力的宏观表现 而洛伦兹力是安培力的微观本质 磁场力 总和 3 洛伦兹力的方向判断 左手定则 1 正电荷所受洛伦兹力的方向伸开左手 使大拇指跟其余四个手指垂直 且处于同一平面内 把手放入磁场中 让磁感线穿入手心 四指指向为正电荷运动的方向 那么 拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向 2 负电荷所受洛伦兹力的方向同样应用左手定则判断 只是四指指向负电荷运动的方向 拇指所指的方向的方向为负电荷所受洛伦兹力的方向 垂直 相反 4 洛伦兹力的大小 1 当电荷垂直磁场方向射入时 f洛 2 当电荷的速度方向和磁场方向平行时 f洛 3 当电荷的速度方向与磁场方向的夹角为 时 f洛 qvb 0 qvbsin 重点诠释 1 对洛伦兹力方向的理解 1 决定洛伦兹力方向的因素有三个 电荷的电性 正 负 速度方向 磁感应强度的方向 当电荷电性一定时 其他两个因素中 如果只让一个因素相反 则洛伦兹力方向必定相反 如果同时让两个因素相反 则洛伦兹力方向将不变 2 在研究电荷的运动方向与磁场方向垂直的情况时 由左手定则可知 洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直 又与电荷的运动方向垂直 即洛伦兹力垂直于v和b两者所决定的平面 3 由于洛伦兹力的方向总是跟运动电荷的速度方向垂直 所以洛伦兹力对运动电荷不做功 洛伦兹力只能改变电荷速度的方向 不能改变速度的大小 2 洛伦兹力公式的推导如图3 4 1所示 有一段静止导线长为l 横截面积为s 单位体积内的自由电荷数为n 自由电荷所带电荷量为q 自由电荷定向移动的速率为v 设长度为l的导线中的自由电荷在t秒内全部通过截面a 导线垂直于磁场放置 图3 4 1 3 洛伦兹力与电场力的比较 1 某处地磁场的方向水平且由南向北 大小为1 2 10 4t 一速度为5 105m s 带电量为 2e的粒子竖直向下飞入磁场 磁场作用于粒子的力的大小是多少 粒子将向哪个方向偏转 解析 由洛伦兹力公式得f qvb 2 1 6 10 19 5 105 1 2 10 4n 1 92 10 17n由左手定则可判断洛伦兹力向东 故粒子将向东偏转 答案 1 92 10 17n向东偏转 自学教材 1 运动特点由于带电粒子在匀强磁场中所受洛伦兹力方向总是与速度方向垂直且大小不变 因此带电粒子将做运动 圆周运动的轨道平面与磁场方向 其向心力来自洛伦兹力 匀速圆周 垂直 重点诠释 在研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律时 着重把握 一找圆心 二找半径 三找周期或时间 的规律 1 圆心和半径的确定 1 圆心的确定带电粒子进入一个有界磁场后的轨迹是一段圆弧 如何确定圆心是解决此类问题的前提 也是解题的关键 一个最基本的思路是 圆心一定在与速度方向垂直的直线上 举例如下 已知入射方向和出射方向时 可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线 两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心 如图3 4 2所示 图中p为入射点 m为出射点 图3 4 2 图3 4 3 图3 4 4 2 如图3 4 5所示 a和b带电荷量相同 以相同动能从a点射入磁场 在匀强磁场中做圆周运动的半径ra 2rb 则可知 重力不计 a 两粒子都带正电 质量比ma mb 4b 两粒子都带负电 质量比ma mb 4c 两粒子都带正电 质量比ma mb 1 4d 两粒子都带负电 质量比ma mb 1 4 图3 4 5 答案 b 例1 如图3 4 6所示 在真空中 水平导线中有恒定电流i通过 导线的正下方有一质子初速度方向与电流方向相同 则质子可能的运动情况是 a 沿路径a运动b 沿路径b运动c 沿路径c运动d 沿路径d运动 图3 4 6 审题指导 解答本题时应注意以下三点 1 明确电流周围磁场的特点 2 由左手定则判定质子所受洛伦兹力的方向 3 确定质子的运动轨迹 解析 由安培定则 电流在下方产生的磁场方向指向纸外 由左手定则 质子刚进入磁场时所受洛伦兹力方向向上 则质子的轨迹必定向上弯曲 因此c d必错 由于洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直 故其运动轨迹必定是曲线 则b正确 a错误 答案 b 判断洛伦兹力方向的步骤 1 先确定磁场的方向 2 确定电荷的正 负以及运动方向 3 利用左手定则确定洛伦兹力的方向 1 来自宇宙的质子流 以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点 则这些质子在进入地球周围的空间时 将 a 竖直向下沿直线射向地面b 相对于预定地点 稍向东偏转c 相对于预定地点 稍向西偏转d 相对于预定地点 稍向北偏转 解析 地球表面地磁场方向由南向北 质子是氢原子核 带正电 根据左手定则可判定 质子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东 答案 b 图3 4 7 解决带电粒子在有界磁场中的圆周运动时 可按以下三步进行 1 画轨迹 确定圆心 半径 注意可能情况 临界问题的出现 2 找联系 轨道半径与磁感应强度 运动速度相联系 偏转角度与圆心角 运动时间相联系 在磁场中运动的时间与周期相联系 3 用规律 即牛顿第二定律和圆周运动的规律 特别是周期公式 半径公式 图3 4 8 答案 c 例3 一个质量为m 0 1g的小滑块 带有q 5 10 4c的电荷量 放置在倾角 30 的光滑斜面上 绝缘 斜面置于b 0 5t的匀强磁场中 磁场方向垂直纸面向里 如图3 4 9所示 小滑块由静止开始沿斜面下滑 其斜面足够长 小滑块滑至某一位置时要离开斜面 求 取g 10m s2 1 小滑块带何种电荷 2 小滑块离开斜面时的瞬时速度多大 3 该斜面的长度至少多长 图3 4 9 审题指导 解答本题时应把握以下两点 1 由受力分析判定洛伦兹力方向 再结合左手定则判定小滑块带电电性 2 由分离的条件n 0求得f的大小 进一步求v大小 答案 1 带负电 2 3 46m s 3 1 2m 1 正确进行受力分析 除弹力 重力 摩擦力外 要特别注意电场力和磁场力的分析 2 正确进行物体的运