研究洛伦兹力

1 / 11 研究洛伦兹力 本资料为 WoRD 文档，请点击下载地址下载全文下载地址 研究洛伦兹力学案（粤教版选修 3-1） 一、洛伦兹力的方向 1 _称为洛伦兹力 2洛伦兹力的方向用 _定则来判断：伸开 _手，使大拇指跟其余四个手指 _，且处于同一 _内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，四指指向为_的方向，那么拇指所指的方向就是 _所受洛伦兹力的方向运动的负电荷在磁场中所受的洛伦兹 力，方向跟沿相同方向运动的正电荷所受的力的方向 _ 二、洛伦兹力的大小 安培力可以看作是大量运动电荷所受 _的宏观表现，当电荷在 _的方向上运动时，磁场对运动电荷的洛伦兹力 f _. 一、洛伦兹力的方向 问题情境 图 1 太阳发射出的带电粒子以 300 1000km/s 的速度扫过太阳2 / 11 系，形成 “ 太阳风 ”( 如图 1 所示 )这种巨大的辐射经过地球时，为什么不能直射地球？为什么会在地球两极形成绚丽多彩如同梦幻般的极光？ 1什么是洛伦兹力？ 2通过课本中的演示实验，我们得出什么结论？ 3用左手定则判断洛伦兹力方向和用左手定则判断安培力方向时，左手的用法相同吗？ 要点提炼 1 _电荷在磁场中所受的作用力称为洛伦兹力 2洛伦兹力的方向可用 _定则来判断：伸开 _手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向 _运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的 _电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向 3运动的负电荷在磁场中 所受的洛伦兹力方向为_ _. 问题延伸 3 / 11 由左手定则可知：洛伦兹力的方向与运动电荷的速度方向_，所以洛伦兹力对带电粒子 _ 二、洛伦兹力的大小 问题情境 1.洛伦兹力和安培力的关系是怎样的？ 2洛伦兹力的大小如何确定？ 图 2 3根据图 2 回答 “ 速度选择器 ” 是如何选择速度的？ 要点提炼 1当 vB 时洛伦兹力计算式为 f _. 2当 v 与 B 成 角时，洛伦兹力的计算式为 f qvBsin. 3当 vB 时，洛伦兹力的大小为 _. 例 1 图 3 中各图已标出磁场方向、电荷运动方向、电荷所受洛伦兹力方向三者中的两个，试标出另一个的方向 图 3 4 / 11 变式训练 1 图 4 如图 4 所示，将水平导线置于真空中，并通以恒定电流 I.导线的正下方有一质子初速度方向与电流方向相同，则质子的运动 情况可能是 ( ) 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 例 2 图 5 如图 5 所示，摆球带负电荷的单摆，在一匀强磁场中摆动匀强磁场的方向垂直于纸面向里摆球在 A、 B 间摆动过程中，由 A 摆到最低点 c 时，摆线拉力大小为 F1，摆球加速度大小为 a1；由 B 摆到最低点 c 时，摆线拉力大小为 F2，摆球加速度大小为 a2，则 ( ) A F1 F2， a1 a2B F1 F2， a1 a2 c F1 F2， a1 a2D F1 F2， a1 a2 听课记录： 变式训练 2 下列关于带电荷量为 q 的粒子在匀强磁场中运动的说法，正确的是 ( ) 5 / 11 A只要速度的大小相同，所受洛伦兹力的大小就相同 B如果把 q 改为 q，且速度反向而大小不变，则洛伦兹力的大小、方向都不变 c洛伦兹力方向一定与电荷运动的速度方向垂直，磁场方向也一定与电荷的运动方向垂直 D当粒子只受洛伦兹力作用时，动能不变 例 3 图 6 如图 6 所示，套在很长的绝缘直棒上的小球其质量为 m，带电荷量是 q，小球可在棒上滑动将此棒竖直放在互相垂直、方向如图所示的匀强电场和匀强磁场中，电场强度大小为 E，磁感应强度大小为 B.小球与棒的动摩擦因数为 ，求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度 图 7 变式训练 3 质量为的小物块，带有 510 4c 的电荷量，放在倾角为 30 的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于的匀强磁场中，磁场方向如图 7 所示物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面 (设斜面足够长，取 g10m/s2)，问： (1)物块带何种电荷？ 6 / 11 (2)物块离开斜面时的速度为多少？ 【即学即练】 1关于带电粒子所受洛伦兹力 F、磁感应强度 B 和粒子速度 v 三者方向之间的关系，下列说法 正确的是 ( ) A F、 B、 v 三者必定均保持垂直 B F 必定垂直于 B、 v，但 B 不一定垂直于 v c B 必定垂直于 F，但 F 不一定垂直于 v D v 必定垂直于 F、 B，但 F 不一定垂直于 B 2下列说法正确的是 ( ) A运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用 B运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度一定为零 c洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的速度 D洛伦兹力对带电粒子不做功 图 8 3初速度为 v0 的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图 8 所示，则( ) 7 / 11 A电子将向右偏转，速率不变 B电子将向左偏转，速率改变 c电子将向左偏转，速率不变 D电子将向右偏转，速率改变 4一初速度为零的质子，经过电压为 1880V 的电场加速后，垂直进入磁感应强度为 10 4T 的匀强磁场中，则质子受到的洛伦兹力多大？ (质子质量 m 10 27kg， g 10m/s2) 参考答案 课前自主学习 一、 1磁场对运动电荷的作用力 2左手 左 垂直 平面 正电荷运动 正电荷 相反 二、洛伦兹力 垂直于磁场 qvB 核心知识探究 一、 问题情境 1洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力 2运动的电荷在磁场中要受到力的作用 3左手用法相同 要点提炼 1运动 2左手 左 正电荷 正 8 / 11 3跟沿相同方向运动的正电荷所受的力的方向相反 问题延伸 始终垂直 不做功 二、 问题情境 1安培力是洛伦兹力的宏观表现 2由公式 f qvB 来确定 3当带电粒子以某一速度进入相互垂直的电场和磁场共存的区域时，只 有满足 qvB qE 的粒子才能做匀速直线运动而离开该区域，即 v EB，若速度不等于该值，则粒子不能离开该区域 要点提炼 1 qvB 解题方法探究 例 1 (1)受力方向垂直于 v 斜向上； (2)受力方向垂直于 v 向左； (3)运动方向平行于斜面向下； (4)磁场方向垂直于纸面向外 解析 用左手定则判断，对 q，四指应指向其运动方向的反方向分别可得，图 (1)中 q 受洛伦兹力方向垂直于 v 斜向上；图 (2)中 q 受洛伦兹力方向垂直于 v 向左；图 (3)中 q 运动方向平行于斜面向下，图 (4)中匀强磁场 方向垂直于9 / 11 纸面向外 变式训练 1 B 首先判断出电流 I 在导线下方产生的磁场为垂直纸面向外，然后由左手定则即可判断质子的运动轨迹应为 b. 例 2 B 由于洛伦兹力不做功，所以从 B 和 A 到达 c 点的速度大小相等由 a v2r 可得 a1 a2.当由 A 运动到 c 时，以小球为研究对象受力分析如图甲所示， F1 f 洛 mg ma1.当由 B运动到 c 时，受力分析如图乙所示， F2 f 洛 mg ma2.由以上两式可得： F2 F1，故 B 正确 变式训练 2 BD 洛伦兹力的大小不仅与速度的大小有关，还与其方向有关，故 A 项 错误；用左手定则判定洛伦兹力方向时，负电荷运动的方向跟正电荷运动的方向相反，故把q 换成 q，且速度反向而大小不变时，洛伦兹力的方向不变，又因速度方向与 B 的夹角也不变，故洛伦兹力的大小、方向均不发生变化， B 项正确；洛伦兹力的方向一定跟电荷速度方向垂直，但电荷进入磁场的速度方向可以是任意的，因而磁场方向与电荷的运动方向的夹角也可以是任意的，故 c 项错误；洛伦兹力对运动电荷不做功，不改变运动电荷的动能，故 D 项正确 例 3 g qEm mgqB EB 10 / 11 解析 此类问题属于涉及加速度的力学问题，必定得用牛顿第二定律解决，小球受力分析如图所示，根据牛顿第二定律列出方程有 mg FN ma， FN qE qvB 0， 所以 a mg m 故知 v 0 时， a 最大， am g qEm. 同样可知， a 随 v 的增大而减小， 当 a 减小到零时， v 达最大，故 mg (qvmB qE) 得 vm mgqB EB. 变式训练 3 (1)负电荷 (2)/s 解析 (1)由左手定则可知物块带负电荷 (2)当物块离开斜面时，物块对斜面的压力 FN 0，对物块受力 分析如图所示，则有 f mgcos30 ，即 qvB mgcos30. 解得 v /s. 即学即练 1 B 根据左手定则， F 一定垂直于 B、 v；但 B 与 v 不一定垂直 2 D 运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力 F qvBsin ，所以 F 的大小不但与 q、 v、 B 有关系，还与 v 的方向与 B 的11 / 11 夹角 有关系，当 0 或 180 时， F 0，此时 B 不一定等于零，所以 A、 B 错误；又洛伦