高中物理第5章磁場與回旋加速器探究洛倫茲力學(xué)案滬科版選修3-1(更新版)
【正文】 方向、電子運動方向的關(guān)系滿足怎樣的規(guī)律？ 圖 1 答案 左手定則． [要點提煉 ] 1．洛倫茲力的方向可以根據(jù)左手定則來判斷，四指所指的方向為正電荷的運動方向 (或為負(fù)電荷運動的反方向 )，拇指所指的方向就是運動的正電荷 (負(fù)電荷 )在磁場中所受洛倫茲力的 方向．負(fù)電荷受力的方向與同方向運動的正電荷受力的方向相反． 2．洛倫茲力的方向與電荷運動方向和磁場方向都垂直，即洛倫茲力的方向總是垂直于 v 和 B 所決定的平面 (但 v 和 B 的方向不一定垂直 )． 由于洛倫茲力方向始終與電荷運動方向垂直，因此洛倫茲力對電荷不做功 (填 “做功 ”或 “不做功 ”)，洛倫茲力只改變電荷速度的方向而不改變其速度的大?。? 二、洛倫茲力的大小 [問題設(shè)計 ] 如圖 2 所示，將直導(dǎo)線垂直放入磁場中，直導(dǎo)線中自由電荷的電荷量為 q，定向移動的速度為 v，單位體積的自由電荷數(shù)為 n，導(dǎo)線長度為 L，橫截面積為 S，磁場的磁 感應(yīng)強度為 B. 圖 2 (1)導(dǎo)線中的電流是多少？導(dǎo)線在磁場中所受安培力多大？ (2)長為 L 的導(dǎo)線中含有的自由電荷數(shù)為多少？如果把安培力看成是每個自由電荷所受洛倫茲力的合力，則每個自由電荷所受洛倫茲力是多少？ 答案 (1)I＝ nqvS F＝ BIL＝ BnqvSL (2)N＝ nSL f＝ FN＝ qvB [要點提煉 ] 1．洛倫茲力與安培力的關(guān)系 (1)安培力是導(dǎo)體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)．而洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)． (2)洛倫茲力對電荷不做功，但安培力卻可以對導(dǎo)體做功． 2．洛倫茲力的大小： f＝ qvBsin θ， θ 為電荷運動的方向與磁感應(yīng)強度方向的夾角． (1)當(dāng)電荷運動方向與磁場方向垂直時： f＝ qvB； (2)當(dāng)電荷運動方向與磁場方向平行時： f＝ 0； (3)當(dāng)電荷在磁場中靜止時： f＝ 0. 電荷在磁場中是否受洛倫茲力及洛倫茲力的大小與電荷的運動情況有關(guān)． 三、研究帶電粒子在磁場中的運動 [問題設(shè)計 ] 如圖 3 所示的裝置是用來演示電子在勻強磁場中運動軌跡的裝置． 圖 3 (1)當(dāng)不加磁場時，電子的運動軌跡如何？當(dāng)加上磁場時，電子的運動軌跡如何？ (2)如果保持電子的速度不變，加大磁場的磁感應(yīng)強度，圓半徑如何變化？如果保持磁場的強弱不變，增大電子的速度，圓半徑如何變化？ 答案 (1)是一條直線 是一個圓周 (2)半徑減小 半徑增大 [要點提煉 ] 1．帶電粒子所受洛倫茲力與速度方向垂直，只改變速度方向，不改變速度大小，對運動電荷不做功． 2．沿著與磁場垂直的方向射入磁場中的帶電粒子，在勻強磁場中做勻速圓周運動．向心力為洛倫茲力 f＝ qvB，由 qvB＝ mv2r 可知半徑 r＝ mvBq，又 T＝ 2πrv ，所以 T＝ 2πmBq . [延伸思考 ] 由 r＝ mvBq知同一帶電粒子，在同一勻強磁場中，半徑 r 會隨著速度的增大而增大，它的周期也會隨著速度的增大而增大嗎？ 答案 不會．由 T＝ 2πrv ，得出 T＝ 2πmBq 與速度無關(guān)． 一、對洛倫茲力方向的判定 例 1 下列關(guān)于圖中各帶電粒子所受洛倫茲力的方向或帶電粒子的帶電性的判斷錯誤的是( ) A．洛倫茲力方向豎直向上 B．洛倫茲力方向垂直紙面向里 C．粒子帶負(fù)電 D．洛倫茲力方向垂直紙面向外 解析 根據(jù)左手定則可知 A 圖中洛倫茲力方向應(yīng)該豎直向上， B 圖中洛倫茲力方向垂直紙面向里， C 圖中粒子帶正電， D 圖中洛倫茲力方向垂直紙面向外，故 A、 B、 D 正確， C 錯誤． 答案 C 二、對洛倫茲力公式的理解 例 2 如圖 4 所示，各圖中的勻強磁場的磁感應(yīng)強度均為 B，帶電粒子的速率均為 v，帶電荷量均為 ，并指出洛倫茲力的方向． 圖 4 解析 (1)因 v⊥ B，所以 F＝ qvB，方向垂直 v 指向左上方． (2)v 與 B 的夾角為 30176。 F＝ qvBsin 301
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1