2019-2020学年高中物理 第3章 磁场 第5节 研究洛伦兹力课件 粤教版选修3-1

第五节研究洛伦兹力 1 多选 下列关于磁电式电流表的说法中正确的是 a 电流表的工作原理是安培力对通电导线的加速作用b 电流表的工作原理是安培力对通电导线的转动作用c 电流表指针的偏转角度与所通电流大小成正比d 电流表指针的偏转角度与所通电流大小成反比 答案 bc 2 2018 牡丹江名校期末 如图所示 把一根柔软的弹簧悬挂起来 使它的下端刚好和槽中的水银接触 按图示连接电路 通电后 会看到弹簧上下跳动 关于这个现象 下列说法正确的是 a 弹簧上下跳动的原因是通电后弹簧受到电场力b 将滑动变阻器的滑片向左移动时 弹簧将跳动得更加明显c 将电源的正 负极对调一下 弹簧的跳动现象将消失d 若换一劲度系数更大的弹簧 则弹簧将跳动得更加明显 答案 b 解析 弹簧通入电流时弹簧各相邻线圈中电流方向相同 线圈之间相互吸引 使弹簧收缩 则电路断开 电路断开后 因电流消失 线圈之间相互作用消失 因而弹簧恢复原来状态 电路又被接通 这个过程反复出现 a错误 将滑动变阻器的滑片向左移动时 电路中电流增大 弹簧将跳动得更加明显 b正确 将电源的正 负极对调一下 弹簧的跳动现象不会消失 和原来一样 故c错误 若换一劲度系数更大的弹簧 相同条件下弹力增大相同幅度时 弹簧将跳动得不明显 d错误 一 洛伦兹力的方向1 洛伦兹力 运动电荷在磁场中所受的力称为洛伦兹力 2 用左手定则判断洛伦兹力的方向 伸开左手 使拇指与其余四指垂直且都与手掌在同一个平面内 让磁感线垂直穿过掌心 并使四指指向正电荷运动的方向 则拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向 若电荷为负电荷 则四指指向负电荷运动的 反方向 二 洛伦兹力的大小1 计算大小 1 若已知运动电荷的速度v的方向与磁感应强度b的方向垂直时 则电荷所受的洛伦兹力大小为f 2 若已知运动电荷的速度v的方向与磁感应强度b的方向不垂直时 设夹角为 则电荷所受的洛伦兹力大小为f 3 若已知运动电荷的速度v的方向与磁感应强度b的方向平行 则电荷所受的洛伦兹力大小为f qvb qvbsin 0 2 洛伦兹力与安培力的关系 1 安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力是安培力的微观解释 2 方向关系 洛伦兹力f的方向与安培力f的方向 3 大小关系 f nf 式中的n是导体中定向运动的电荷数 相同 洛伦兹力与安培力有什么联系和区别 答案 洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力 而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现 尽管安培力是自由电荷定向移动受到的洛伦兹力的宏观表现 但也不能认为安培力就是简单的等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和 一般只有当导体静止时才能这样认为 洛伦兹力恒不做功 但安培力却可以做功 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 在其他两个因素中 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 洛伦兹力方向的讨论 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 1 判断负电荷在磁场中运动所受洛伦兹力的方向 四个手指要指向负电荷运动的反方向 2 电荷运动的速度v和b不一定垂直 但洛伦兹力一定垂直于磁感应强度b和速度v 例1如图所示 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 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 1 2019 巢湖期末 如图所示 足够长的竖直绝缘墙壁右侧存在垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为b 一质量为m 带电量为 q的绝缘物块与绝缘墙壁之间的动摩擦因数为 重力加速度为g 现将小物块紧贴竖直墙壁由静止释放 则在小物块下落的过程中 下列说法正确的是 洛伦兹力的大小 2 大小特点 1 只有运动电荷受洛伦兹力 静止电荷不受洛伦兹力 2 电荷垂直磁场运动时 洛伦兹力最大 平行磁场运动时不受洛伦兹力 可见 电荷在磁场中是否受洛伦兹力与电荷的运动情况有关 3 洛伦兹力可以是恒力 大小 方向均不变 也可以是变力 有三种变化方式 只有大小变化 只有方向变化 大小 方向同时变化 出现以上各种情况均与运动电荷的速度变化情况相对应 带电粒子在垂直匀强磁场方向做匀速直线运动时 洛伦兹力就是恒力 3 洛伦兹力和电场力的比较 4 洛伦兹力与安培力的区别与联系 1 区别 洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力 而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现 尽管安培力是自由电荷定向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现 但也不能认为安培力就简单地等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和 一般只有当导体静止时才能这样认为 洛伦兹力不论是恒力还是变力 始终与电荷运动方向垂直 一定不做功 但安培力却可以做功 此时 通电导体一定是运动的 2 联系 洛伦兹力和安培力在本质上都是运动电荷在磁场中所受的磁场力 例2一个速度为零的质子 经过电压为1880v的电场加速后 垂直进入磁感应强度为5 0 10 4t的匀强磁场中 质子受到的洛伦兹力是多大 洛伦兹力与质子的重力的比值是多大 质子质量m 1 67 10 27kg g取10n kg 答案 4 8 10 17n2 87 109 题后反思 1 由此题可以看出 质子 或者电子 粒子和正 负离子等 受到的洛伦兹力远远大于其所受重力 所以这类粒子在磁场中运动时 重力的影响可以忽略不计 2 重力考虑与否分三种情况 对于微观粒子 如电子 质子 离子等一般不作特殊说明就可以不计其重力 因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小 可以忽略 对于一些实际物体 如带电小球 液滴 金属块等不作特殊说明就应当考虑其重力 这种情况比较正规 也比较简单 直接看不出是否要考虑重力 但在进行受力分析与运动分析时 要有分析结果 先进行定性确定 再看是否要考虑其重力大小 2 带电粒子 重力不计 穿过饱和蒸汽时 在它走过的路径上饱和蒸汽便凝成小液滴 从而显示出粒子的径迹 这是云室的原理 如图是云室的拍摄照片 云室中加了垂直于照片向外的匀强磁场 图中oa ob oc od是从o点发出的四种粒子的径迹 下列说法中正确的是 a 四种粒子都带正电b 四种粒子都带负电c 打到a b点的粒子带正电d 打到c d点的粒子带正电 答案 d 解析 由左手定则可知 打到a b点的粒子带负电 打到c d点的粒子带正电 d正确 分析带电体受洛伦兹力作用运动的问题 与分析物体在其他力作用下的运动一样 要对研究对象的受力情况 运动情况进行分析 分析时尤其要注意 与洛伦兹力相关的运动问题的分析技巧 1 洛伦兹力与重力 弹力 摩擦力等都属于性质力 在研究电荷或带电体的运动时应注意洛伦兹力 受力分析时不要漏掉洛伦兹力 2 洛伦兹力的大小不仅与磁感应强度b有关 而且与所带电荷量q有关 还与带电体的运动速度v有关 物体的受力会使速度变化 速度的变化则会影响洛伦兹力 洛伦兹力变化会使物体的合外力和加速度也变化 所以 解决此类问题时 应认真进行受力分析 并时刻注意洛伦兹力的变化 例3一个质量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 斜面固定且置于b 0 5t的匀强磁场中 磁场方向垂直纸面向里 如图所示 小滑块由静止开始沿斜面滑下 斜面足够长 小滑块滑至某一位置时 要离开斜面 g取10m s2 求 1 小滑块带何种电荷 2 小滑块离开斜面时的瞬时速度为多大 3 该斜面长度至少为多长 计算结果保留两位有效数字 解析 1 小滑块在沿斜面下滑的过程中 受重力mg 斜面支持力fn和洛