新課標(biāo)教科版3-1選修三35《洛倫茲力的應(yīng)用》2-文庫(kù)吧
2024-11-19 06:50 本頁(yè)面
【正文】 與速度有什么關(guān)系呢？ 第一、洛侖茲力和速度都與磁場(chǎng)垂直，洛侖茲力和速度均在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)，沒(méi)有任何作用使粒子離開(kāi)這個(gè)平面，因此，粒子只能在洛侖茲力與速度組成的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，即垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)． 第二、洛侖茲力始終與速度垂直，不可能使粒子 做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，那做什么運(yùn)動(dòng)？—— 勻速 圓周運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槁鍋銎澚κ冀K與速度方向垂直，對(duì)粒子不做功，根據(jù)動(dòng)能定理可知，合外力不做功，動(dòng)能不變，即粒子的速度大小不變 ，但速度方向改變；反過(guò)來(lái)，由于粒子速度大小不變，則洛侖茲力的大小也不變，但洛侖茲力的方向要隨速度方向的改變而改變，因此，帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所需要的向心力由洛侖茲力提供． 分析推理得出 的結(jié)果是否正確呢？最好的方法就是用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證．教師介紹洛侖茲力演示儀的 構(gòu)造、原理，然后操作演示不加磁場(chǎng)和加磁場(chǎng)兩種情況下，電子射線(xiàn)的徑跡． [來(lái)源 :學(xué)科網(wǎng) ] 從演示 中，同學(xué)們觀(guān)察到的現(xiàn)象是什么？ —— 在不加磁場(chǎng)的情況下，電子射線(xiàn)的徑跡是直線(xiàn)；在加垂直于速度的勻強(qiáng)磁場(chǎng)情況下，電子射線(xiàn)的徑跡是圓． 這就證明了上述的分析、推理是正確的，到此，我們就可下結(jié)論了：帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在只受洛侖茲力作用的情況下，粒子在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 。 既然粒子是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么它的圓心在哪里？半徑有多大？周期是多少呢？這就是我們要進(jìn)一步討論的問(wèn)題，從 前面的分析中 ，你 知道該如何確定 粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心 嗎？ —— 在洛侖茲力作用線(xiàn)的交點(diǎn)上．板書(shū)：圓心：洛侖茲力作用線(xiàn)的交點(diǎn)． 半徑、周期應(yīng)怎樣確定？根據(jù)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的基本條件，洛侖茲力可提供所需的向心力，由此可確 定半徑、周期． 由 f=qvB=mv2/r 可以推出 r=mv/qB，即半徑與速度大小 正比，與 B成反比，這一規(guī)律可用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證． 演示實(shí)驗(yàn) —— 改變洛侖茲力演示儀的加速電壓 （即改變速度大?。?和磁場(chǎng)電流 （即改變磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。?，定性驗(yàn)證 r與 v、 B的關(guān)系． 由圓周運(yùn)動(dòng)的周期表達(dá)式可以知道： T=2πr/v=2πm/qB。 因此周期與速度和半徑無(wú)關(guān)。這是一個(gè)非常 重 要的規(guī)律，遺憾的是我們無(wú)法用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證它，因?yàn)榱Ｗ犹?，且運(yùn)動(dòng)的時(shí) 間實(shí)在是太快了，我們的實(shí)驗(yàn)精度無(wú)法測(cè)量。但對(duì)這個(gè)規(guī)律必須有一個(gè)正確的理解． 憑經(jīng)驗(yàn)我們知道，跑步比賽時(shí)，跑得越快經(jīng)歷的時(shí)間就越 短．為什么帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與 v、 r無(wú)關(guān)呢？它與跑步比賽有何不同呢？ —— 跑步比賽時(shí)，跑的是大小相等的圈，速率越大，時(shí)間就越短．而粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的圓大小是隨速率的增大而增大的．從半徑公式可知：速率增大一倍，半徑也增大一倍，圓周長(zhǎng)也 增大一倍，所以周期不變，因此帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期與 v、 r無(wú)關(guān)． 2. 粒子不是垂直射入磁場(chǎng)和粒子進(jìn)入非勻強(qiáng)磁場(chǎng)的問(wèn)題． ① 如果粒子是平行于磁場(chǎng)入 射，將做什么運(yùn)動(dòng)？ —— 勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。 例： 一帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 .沿著磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)將該磁場(chǎng)的磁感 應(yīng)強(qiáng)度增大 1 倍，則
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