高中物理 第三章 磁场 第5节 研究洛伦兹力课件 粤教版选修31

第五节第五节研究洛伦兹力研究洛伦兹力1洛伦兹力：_所受磁场的作用力叫洛伦兹力2左手定则：伸开左手，让磁感线_手心，四指指向_的方向，或负电荷运动的_，拇指所指的方向为电荷所受_的方向运动电荷垂直穿过 正电荷运动 反方向 洛伦兹力3洛伦兹力的大小带电量为 q 的粒子，以速率 v 进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中：(1) 当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时 ， f _；(2) 当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时 ， f _.0qvB4下图所示中，带电粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面向外的是()5两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为 1 4，电荷量之比为 1 2，则两带电粒子受洛伦兹力之比为()A2 1B1 1C1 4D1 2解析：由 fqvB 直接得出洛伦兹力之比为 1 2.CD知识点 1 洛伦兹力方向的理解1试判断图 351 所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向图 351答案：甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上；乙中正电荷所受的洛伦兹力方向向下；丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向读者；丁中正电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面向里2如果在磁场中运动的电荷是负电荷，那么负电荷受到的洛伦兹力方向应怎么判断？答案：仍然遵循左手定则，但四指要指向负电荷运动的反方向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判断负电荷在磁场中运动所受洛伦兹力的方向，四指要指向负电荷运动的相反方向，也就是电流的方向4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，洛伦兹力只能改变运动电荷的速度方向，不能改变速度的大小【例 1】如图 352 所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将()图 352A向纸内偏 B向纸外偏C向下偏转 D向上偏转解析：直线电流在阴极射线管位置产生的磁场方向垂直纸面向外，阴极射线带负电、向右运动，由左手定则判断出洛伦兹力的方向向上，射线向上偏转答案：D【触类旁通】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 三者之间的关系，下列说法中正确的是()Af、B、v 三者必定均相互垂直Bf 必定垂直于 B、v，但 B 不一定垂直 vCB 必定垂直于 f，但 f 不一定垂直于 vDv 必定垂直于 f，但 f 不一定垂直于 B解析：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 两者所决定的平面但 v 和 B 不一定垂直B 对B知识点 2 洛伦兹力大小的理解1电子以 4106 m/s 的速率垂直射入磁感应强度为 0.5 T的匀强磁场中，受到的洛伦兹力为_N；如果电子射入磁场时的速度 v 与 B 的方向间的夹角是 180，则电子所受的洛伦兹力为_N.3.21013 02一带电粒子以速度 v0 射入匀强磁场中，粒子能做匀速直线运动吗？有没有可能做匀变速运动？(不计粒子重力)答案：若粒子平行于磁场方向射入，粒子不受洛伦兹力作用，将做匀速直线运动若粒子受洛伦兹力作用，洛伦兹力因与速度方向垂直，使速度的方向不断变化，因此洛伦兹力的方向也在变化，故粒子不可能做匀变速运动1洛伦兹力大小的推导设直导线长 L，电流为 I，导线中运动电荷数为 n，横截面积为 S，电荷的电荷量为 q，运动速度为 v，垂直放入磁感应强度为 B 的匀强磁场中安培力 FILBnf 洛导体中的电流 INqSv(N 为单位体积的电荷数)nNSL所以 f 洛qvB.2计算公式(1)当 vB 时，f 洛qvB.(2)当 vB 时，f 洛0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力(3)当 v0 时，f 洛0，即静止电荷不受洛伦兹力3洛伦兹力与安培力的关系(1)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(2)尽管安培力是洛伦兹力的宏观表现，但洛伦兹力不做功，安培力却可以做功行磁场的分量，vvsin30，fqvBsin30 qvB，方向垂直【例 2】在图 353 所示的情形中，匀强磁场的磁感应强度均为 B，带电粒子的速率均为 v，带电荷量均为 q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向图 353解：(1)因 vB，所以 fqvB，方向与 v 垂直向左上方(2)v 与 B 的夹角为 30，将 v 分解成垂直磁场的分量和平纸面向里12(3)由于 v 与 B 平行，所以不受洛伦兹力，f0.(4)v 与 B 垂直，fqvB，方向与 v 垂直斜向上题后反思：(1)用左手定则判断洛伦兹力方向时，要特别注意运动电荷的正负，四指应指向正电荷运动的方向，或指向负电荷运动的反方向(2)计算洛伦兹力的大小时，应注意弄清 v 与磁感应强度 B的方向关系当 vB 时，洛伦兹力 fqvB；当 vB 时，f0；当 v 与 B 成角(090)时，应将 v(或 B)进行分解取它们垂直的分量计算【触类旁通】2关于电荷在磁场中的受力，下列说法中正确的是()A静止的电荷一定不受洛伦兹力的作用，运动电荷一定受到洛伦兹力的作用B洛伦兹力的大小始终满足 fqvBC若电荷穿过某一空间而未发生偏转(不计其他力)，则此空间一定不存在磁场D带电粒子运动方向与磁场平行时，一定不受洛伦兹力的作用解析：因当 Bv 时，f0 ，故 A、B 、C 错，D 对DA带正电粒子必须沿 ab 方向从左侧进入，才能沿直线通过B带负电粒子必须沿 ba 方向从右侧进入，才能沿直线通过C不论粒子电性如何，沿 ab 方向从左侧进入，都能沿直线通过D不论粒子电性如何，沿 ba 方向从右 图 354侧进入，都能沿直线通过如果粒子所具有的速率 v (不计重力)，则()速度选择器【例 3】(双选)如图 354 是粒子速度选择器的原理图，EB速率v 当正电粒子从左侧进入时，受到的电场力F向下，要粒子的速度v ，无论是带正电还是负电，沿ab方向从左解析：根据速度选择器的原理，要保证粒子直线通过，则要满足电场力与洛伦兹力大小相等、方向相反，即 qEqvB，EB洛伦兹力向上，两力大小相等、方向相反，故可直线通过场区；当负电粒子从左侧进入时，受到的电场力 F 向上，洛伦兹力向下，两力大小相等、方向相反，故仍可直线通过场区显然只EB侧进入场区都能沿直线通过当带电粒子从右侧进入时，无论是带正电还是负电，电场力与洛伦兹力都同向，将做曲线运动答案：AC 关只要粒子的速度v ，若从同一侧带正电粒子能沿直线题外拓展：(1)速度选择器是洛伦兹力与现代科技相联系的一个实际例子在速度选择器中，带电粒子进入选择区域后，只有当带电粒子所受的电场力与洛伦兹力平衡时，即 qvBqE，粒子才能直线穿过，否则就会偏转(2)由于洛伦兹力方向与速度方向垂直，电场力方向与场强在一直线上，要保证粒子沿直线运动不偏转，速度选择器中的匀强磁场与匀强电场必须垂直正交(3)速度选择器选择的是粒子的速度大小，与其他因素无EB通过，则带负电粒子也必定能沿直线通过，与粒子带电量多少、电性无关A ，方向竖直向上B ，方向水平向左【触类旁通】3如图 355 所示，空间有磁感应强度为 B，方向竖直向上的匀强磁场，一束电子流以初速度 v 从水平方向射入，为了使电子流经过磁场时不偏转(不计重力)，则在磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，这个电场的场强大小与方向应是() B v B vCBv，垂直纸面向里DBv，垂直纸面向外图 355解析：粒子直线通过，则要满足电场力与洛伦兹力大小相等、方向相反，即 qEqBv，EBv，A、B 错由左手定则得，洛伦兹力垂直纸面向里，电场力 F 垂直纸面向外；电子带负电，电场力与场强方向相反，故场强垂直纸面向里答案：C洛伦兹力电场力产生条件B0v0v 与 B 不平行E0大小计算FqvB(vB)FqE方向特点与 B、v 方向垂直(遵循左手定则)正电荷受力方向与电场方向一致，负电荷受力方向与电 场方向相反作用效果只改变电荷运动速度的方向，不改变速度的大小 洛伦兹力一定不做功可以改变电荷运动速度的方向，又可以改变速度大小电场力可能做正功，可能 做负功，也可能不做功洛伦兹力与电场力【例 4】一个电子穿过某一空间而未发生偏转，则()A此空间一定不存在磁场B此空间一定不存在电场C此空间可能只有匀强磁场，方向与电子速度垂直D此空间可能有相互正交的匀强磁场和匀强电场解析：电子穿过某一空间而未发生偏转，说明电子可能不受外力，或合外力为零，或外力的方向与速度方向在一直线上当 vB 或 B0 时，洛伦兹力为零，电子不偏转，A 错误；速度 vB 时，洛伦兹力不为零，且与 v 垂直，必偏转，C 错误；电子在电场中所受的静电力和运动方向在同一直线上时，电子不发生偏转，B 错误；当电子所受静电力和洛伦兹力平衡时也不发生偏转，故 D 正确答案：D【触类旁通】4(双选)有关电荷所受电场力和洛伦兹力的说法中，正确的是()A电荷在磁场中一定受洛伦兹力的作用B电荷在电场中一定受电场力的作用C电荷受电场力的方向与该处的电场方向一致D电荷若受洛伦兹力，则受力方向与该处的磁场方向垂直BD