2012高中物理 3.5 研究洛倫茲力學(xué)案 粵教版選修3-1

1、3.5 研究洛倫茲力 學(xué)案（粵教版選修3-1）一、洛倫茲力的方向1_稱為洛倫茲力2洛倫茲力的方向用_定則來判斷：伸開_手，使大拇指跟其余四個手指_，且處于同一_內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，四指指向?yàn)開的方向，那么拇指所指的方向就是_所受洛倫茲力的方向運(yùn)動的負(fù)電荷在磁場中所受的洛倫茲力，方向跟沿相同方向運(yùn)動的正電荷所受的力的方向_二、洛倫茲力的大小安培力可以看作是大量運(yùn)動電荷所受_的宏觀表現(xiàn)，當(dāng)電荷在_的方向上運(yùn)動時，磁場對運(yùn)動電荷的洛倫茲力f_.一、洛倫茲力的方向問題情境圖1太陽發(fā)射出的帶電粒子以3001 000 km/s的速度掃過太陽系，形成“太陽風(fēng)”(如圖1所示)這種巨大的輻

2、射經(jīng)過地球時，為什么不能直射地球？為什么會在地球兩極形成絢麗多彩如同夢幻般的極光？1什么是洛倫茲力？ 2通過課本中的演示實(shí)驗(yàn)，我們得出什么結(jié)論？ 3用左手定則判斷洛倫茲力方向和用左手定則判斷安培力方向時，左手的用法相同嗎？ 要點(diǎn)提煉1_電荷在磁場中所受的作用力稱為洛倫茲力2洛倫茲力的方向可用_定則來判斷：伸開_手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向_運(yùn)動的方向，這時拇指所指的方向就是運(yùn)動的_電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向3運(yùn)動的負(fù)電荷在磁場中所受的洛倫茲力方向?yàn)開.問題延伸由左手定則可知：洛倫茲力的方向與運(yùn)動電荷的速度方向_，所以洛倫茲力對帶

3、電粒子_二、洛倫茲力的大小問題情境1.洛倫茲力和安培力的關(guān)系是怎樣的？ 2洛倫茲力的大小如何確定？ 圖23根據(jù)圖2回答“速度選擇器”是如何選擇速度的？ 要點(diǎn)提煉1當(dāng)vB時洛倫茲力計算式為f_.2當(dāng)v與B成角時，洛倫茲力的計算式為fqvBsin .3當(dāng)vB時，洛倫茲力的大小為_.例1 圖3中各圖已標(biāo)出磁場方向、電荷運(yùn)動方向、電荷所受洛倫茲力方向三者中的兩個，試標(biāo)出另一個的方向圖3變式訓(xùn)練1 圖4如圖4所示，將水平導(dǎo)線置于真空中，并通以恒定電流I.導(dǎo)線的正下方有一質(zhì)子初速度方向與電流方向相同，則質(zhì)子的運(yùn)動情況可能是( )A沿路徑a運(yùn)動 B沿路徑b運(yùn)動C沿路徑c運(yùn)動 D沿路徑d運(yùn)動例2 圖5如圖5所

4、示，擺球帶負(fù)電荷的單擺，在一勻強(qiáng)磁場中擺動勻強(qiáng)磁場的方向垂直于紙面向里擺球在A、B間擺動過程中，由A擺到最低點(diǎn)C時，擺線拉力大小為F1，擺球加速度大小為a1；由B擺到最低點(diǎn)C時，擺線拉力大小為F2，擺球加速度大小為a2，則( )AF1F2，a1a2 BF1F2，a1a2CF1F2，a1a2 DF1F2，a1a2聽課記錄： 變式訓(xùn)練2 下列關(guān)于帶電荷量為q的粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動的說法，正確的是( )A只要速度的大小相同，所受洛倫茲力的大小就相同B如果把q改為q，且速度反向而大小不變，則洛倫茲力的大小、方向都不變C洛倫茲力方向一定與電荷運(yùn)動的速度方向垂直，磁場方向也一定與電荷的運(yùn)動方向垂直D當(dāng)粒子

5、只受洛倫茲力作用時，動能不變例3 圖6如圖6所示，套在很長的絕緣直棒上的小球其質(zhì)量為m，帶電荷量是q，小球可在棒上滑動將此棒豎直放在互相垂直、方向如圖所示的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，電場強(qiáng)度大小為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.小球與棒的動摩擦因數(shù)為，求小球由靜止沿棒下落的最大加速度和最大速度圖7變式訓(xùn)練3 質(zhì)量為0.1 g的小物塊，帶有5×104 C的電荷量，放在傾角為30°的絕緣光滑斜面上，整個斜面置于0.5 T的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向如圖7所示物塊由靜止開始下滑，滑到某一位置時，物塊開始離開斜面(設(shè)斜面足夠長，取g10 m/s2)，問：(1)物塊帶何種電荷？(2)物塊離開斜面時的速

6、度為多少？【即學(xué)即練】1關(guān)于帶電粒子所受洛倫茲力F、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和粒子速度v三者方向之間的關(guān)系，下列說法正確的是( )AF、B、v三者必定均保持垂直BF必定垂直于B、v，但B不一定垂直于vCB必定垂直于F，但F不一定垂直于vDv必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B2下列說法正確的是( )A運(yùn)動電荷在磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零的地方，一定受到洛倫茲力的作用B運(yùn)動電荷在某處不受洛倫茲力的作用，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零C洛倫茲力既不能改變帶電粒子的動能，也不能改變帶電粒子的速度D洛倫茲力對帶電粒子不做功圖83初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導(dǎo)線的方向射出，直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始運(yùn)動方向如圖8所示，

7、則( )A電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變B電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變C電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變D電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變4一初速度為零的質(zhì)子，經(jīng)過電壓為1 880 V的電場加速后，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為5.0×104 T的勻強(qiáng)磁場中，則質(zhì)子受到的洛倫茲力多大？(質(zhì)子質(zhì)量m1.67×1027 kg，g10 m/s2)參考答案課前自主學(xué)習(xí)一、1磁場對運(yùn)動電荷的作用力2左手 左 垂直 平面 正電荷運(yùn)動 正電荷 相反二、洛倫茲力 垂直于磁場 qvB核心知識探究一、問題情境1洛倫茲力是磁場對運(yùn)動電荷的作用力2運(yùn)動的電荷在磁場中要受到力的作用3左手用法相同要點(diǎn)提煉1運(yùn)動2左手 左 正電荷 正3跟

8、沿相同方向運(yùn)動的正電荷所受的力的方向相反問題延伸 始終垂直 不做功二、問題情境1安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)2由公式fqvB來確定3當(dāng)帶電粒子以某一速度進(jìn)入相互垂直的電場和磁場共存的區(qū)域時，只有滿足qvBqE的粒子才能做勻速直線運(yùn)動而離開該區(qū)域，即v，若速度不等于該值，則粒子不能離開該區(qū)域要點(diǎn)提煉1qvB 3.0解題方法探究例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)運(yùn)動方向平行于斜面向下；(4)磁場方向垂直于紙面向外解析 用左手定則判斷，對q，四指應(yīng)指向其運(yùn)動方向的反方向分別可得，圖(1)中q受洛倫茲力方向垂直于v斜向上；圖(2)中q受洛倫茲力方向垂直于v向左；圖(3

9、)中q運(yùn)動方向平行于斜面向下，圖(4)中勻強(qiáng)磁場方向垂直于紙面向外變式訓(xùn)練1 B 首先判斷出電流I在導(dǎo)線下方產(chǎn)生的磁場為垂直紙面向外，然后由左手定則即可判斷質(zhì)子的運(yùn)動軌跡應(yīng)為b.例2 B由于洛倫茲力不做功，所以從B和A到達(dá)C點(diǎn)的速度大小相等由a可得a1a2.當(dāng)由A運(yùn)動到C時，以小球?yàn)檠芯繉ο笫芰Ψ治鋈鐖D甲所示，F(xiàn)1f洛mgma1.當(dāng)由B運(yùn)動到C時，受力分析如圖乙所示，F(xiàn)2f洛mgma2.由以上兩式可得：F2F1，故B正確變式訓(xùn)練2 BD 洛倫茲力的大小不僅與速度的大小有關(guān)，還與其方向有關(guān)，故A項(xiàng)錯誤；用左手定則判定洛倫茲力方向時，負(fù)電荷運(yùn)動的方向跟正電荷運(yùn)動的方向相反，故把q換成q，且速度反向

10、而大小不變時，洛倫茲力的方向不變，又因速度方向與B的夾角也不變，故洛倫茲力的大小、方向均不發(fā)生變化，B項(xiàng)正確；洛倫茲力的方向一定跟電荷速度方向垂直，但電荷進(jìn)入磁場的速度方向可以是任意的，因而磁場方向與電荷的運(yùn)動方向的夾角也可以是任意的，故C項(xiàng)錯誤；洛倫茲力對運(yùn)動電荷不做功，不改變運(yùn)動電荷的動能，故D項(xiàng)正確例3 g 解析 此類問題屬于涉及加速度的力學(xué)問題，必定得用牛頓第二定律解決，小球受力分析如圖所示，根據(jù)牛頓第二定律列出方程有mgFNma，F(xiàn)NqEqvB0，所以a故知v0時，a最大，amg.同樣可知，a隨v的增大而減小，當(dāng)a減小到零時，v達(dá)最大，故mg(qvmBqE)得vm.變式訓(xùn)練3 (1)負(fù)電荷 (2)3.46 m/s解析 (1)由左手定則可知物塊帶負(fù)電荷(2)當(dāng)物塊離開斜面時，物塊對斜面的壓力FN0，對物塊受力分析如圖所示，則有fmgcos 30°，即qvBmgcos 30°.解得 v3.46 m/s.即學(xué)即練1B 根據(jù)左手定則，F(xiàn)一定垂直于B、v；但B與v不一定垂直2D 運(yùn)動電荷在磁場中所受的洛倫茲力FqvBsin ，所以F的大小不但與q、v、B有關(guān)系，還與v的方向與B的夾角有關(guān)系，當(dāng)0°或180°時，F(xiàn)0，此時B不一定等于零，所以A、B錯誤；又洛倫茲力與粒子的速度方向始終垂直，所以洛倫茲力對帶電粒子