高中物理選修3-1第1部分 第三章《磁場》第4節(jié) 磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用——洛倫茲力 教科

《高中物理選修3-1第1部分 第三章《磁場》第4節(jié) 磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用——洛倫茲力 教科》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理選修3-1第1部分 第三章《磁場》第4節(jié) 磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用——洛倫茲力 教科（47頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進(jìn)入物理課堂 第三章 第4節(jié) 理解教材新知 把握熱點(diǎn)考向 應(yīng)用創(chuàng)新演練 知識點(diǎn)一 知識點(diǎn)二 考向一 考向三 隨堂基礎(chǔ)鞏固 課時(shí)跟蹤訓(xùn)練 考向二 自學(xué)教材 1 定義運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的 2 與安培力的關(guān)系靜止的通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力 在數(shù)值上等于大量定向運(yùn)動(dòng)電荷受到的洛倫茲力的 即安培力是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) 磁場力 總和 3 洛倫茲力的方向判斷 左手定則 1 正電荷所受洛倫茲力的方向伸開左手 使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直 且處于同一平面內(nèi) 把手放入磁場中 讓磁感線穿入手心 四指指向?yàn)檎姾蛇\(yùn)動(dòng)的方向 那么 拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向 2 負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向同樣應(yīng)用左手定則判斷 只是四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的方向 拇指所指的方向的方向?yàn)樨?fù)電荷所受洛倫茲力的方向 垂直 相反 4 洛倫茲力的大小 1 當(dāng)電荷垂直磁場方向射入時(shí) F洛 2 當(dāng)電荷的速度方向和磁場方向平行時(shí) F洛 3 當(dāng)電荷的速度方向與磁場方向的夾角為 時(shí) F洛 qvB 0 qvBsin 重點(diǎn)詮釋 1 對洛倫茲力方向的理解 1 決定洛倫茲力方向的因素有三個(gè) 電荷的電性 正 負(fù) 速度方向 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 當(dāng)電荷電性一定時(shí) 其他兩個(gè)因素中 如果只讓一個(gè)因素相反 則洛倫茲力方向必定相反 如果同時(shí)讓兩個(gè)因素相反 則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔?2 在研究電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向垂直的情況時(shí) 由左手定則可知 洛倫茲力的方向既與磁場方向垂直 又與電荷的運(yùn)動(dòng)方向垂直 即洛倫茲力垂直于v和B兩者所決定的平面 3 由于洛倫茲力的方向總是跟運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向垂直 所以洛倫茲力對運(yùn)動(dòng)電荷不做功 洛倫茲力只能改變電荷速度的方向 不能改變速度的大小 2 洛倫茲力公式的推導(dǎo)如圖3 4 1所示 有一段靜止導(dǎo)線長為L 橫截面積為S 單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n 自由電荷所帶電荷量為q 自由電荷定向移動(dòng)的速率為v 設(shè)長度為L的導(dǎo)線中的自由電荷在t秒內(nèi)全部通過截面A 導(dǎo)線垂直于磁場放置 圖3 4 1 3 洛倫茲力與電場力的比較 1 某處地磁場的方向水平且由南向北 大小為1 2 10 4T 一速度為5 105m s 帶電量為 2e的粒子豎直向下飛入磁場 磁場作用于粒子的力的大小是多少 粒子將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn) 解析 由洛倫茲力公式得F qvB 2 1 6 10 19 5 105 1 2 10 4N 1 92 10 17N由左手定則可判斷洛倫茲力向東 故粒子將向東偏轉(zhuǎn) 答案 1 92 10 17N向東偏轉(zhuǎn) 自學(xué)教材 1 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)由于帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中所受洛倫茲力方向總是與速度方向垂直且大小不變 因此帶電粒子將做運(yùn)動(dòng) 圓周運(yùn)動(dòng)的軌道平面與磁場方向 其向心力來自洛倫茲力 勻速圓周 垂直 重點(diǎn)詮釋 在研究帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí) 著重把握 一找圓心 二找半徑 三找周期或時(shí)間 的規(guī)律 1 圓心和半徑的確定 1 圓心的確定帶電粒子進(jìn)入一個(gè)有界磁場后的軌跡是一段圓弧 如何確定圓心是解決此類問題的前提 也是解題的關(guān)鍵 一個(gè)最基本的思路是 圓心一定在與速度方向垂直的直線上 舉例如下 已知入射方向和出射方向時(shí) 可通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)作垂直于入射方向和出射方向的直線 兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心 如圖3 4 2所示 圖中P為入射點(diǎn) M為出射點(diǎn) 圖3 4 2 圖3 4 3 圖3 4 4 2 如圖3 4 5所示 a和b帶電荷量相同 以相同動(dòng)能從A點(diǎn)射入磁場 在勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑ra 2rb 則可知 重力不計(jì) A 兩粒子都帶正電 質(zhì)量比ma mb 4B 兩粒子都帶負(fù)電 質(zhì)量比ma mb 4C 兩粒子都帶正電 質(zhì)量比ma mb 1 4D 兩粒子都帶負(fù)電 質(zhì)量比ma mb 1 4 圖3 4 5 答案 B 例1 如圖3 4 6所示 在真空中 水平導(dǎo)線中有恒定電流I通過 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)子可能的運(yùn)動(dòng)情況是 A 沿路徑a運(yùn)動(dòng)B 沿路徑b運(yùn)動(dòng)C 沿路徑c運(yùn)動(dòng)D 沿路徑d運(yùn)動(dòng) 圖3 4 6 審題指導(dǎo) 解答本題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn) 1 明確電流周圍磁場的特點(diǎn) 2 由左手定則判定質(zhì)子所受洛倫茲力的方向 3 確定質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)軌跡 解析 由安培定則 電流在下方產(chǎn)生的磁場方向指向紙外 由左手定則 質(zhì)子剛進(jìn)入磁場時(shí)所受洛倫茲力方向向上 則質(zhì)子的軌跡必定向上彎曲 因此C D必錯(cuò) 由于洛倫茲力方向始終與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直 故其運(yùn)動(dòng)軌跡必定是曲線 則B正確 A錯(cuò)誤 答案 B 判斷洛倫茲力方向的步驟 1 先確定磁場的方向 2 確定電荷的正 負(fù)以及運(yùn)動(dòng)方向 3 利用左手定則確定洛倫茲力的方向 1 來自宇宙的質(zhì)子流 以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點(diǎn) 則這些質(zhì)子在進(jìn)入地球周圍的空間時(shí) 將 A 豎直向下沿直線射向地面B 相對于預(yù)定地點(diǎn) 稍向東偏轉(zhuǎn)C 相對于預(yù)定地點(diǎn) 稍向西偏轉(zhuǎn)D 相對于預(yù)定地點(diǎn) 稍向北偏轉(zhuǎn) 解析 地球表面地磁場方向由南向北 質(zhì)子是氫原子核 帶正電 根據(jù)左手定則可判定 質(zhì)子自赤道上空豎直下落過程中受洛倫茲力方向向東 答案 B 圖3 4 7 解決帶電粒子在有界磁場中的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) 可按以下三步進(jìn)行 1 畫軌跡 確定圓心 半徑 注意可能情況 臨界問題的出現(xiàn) 2 找聯(lián)系 軌道半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度 運(yùn)動(dòng)速度相聯(lián)系 偏轉(zhuǎn)角度與圓心角 運(yùn)動(dòng)時(shí)間相聯(lián)系 在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與周期相聯(lián)系 3 用規(guī)律 即牛頓第二定律和圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 特別是周期公式 半徑公式 圖3 4 8 答案 C 例3 一個(gè)質(zhì)量為m 0 1g的小滑塊 帶有q 5 10 4C的電荷量 放置在傾角 30 的光滑斜面上 絕緣 斜面置于B 0 5T的勻強(qiáng)磁場中 磁場方向垂直紙面向里 如圖3 4 9所示 小滑塊由靜止開始沿斜面下滑 其斜面足夠長 小滑塊滑至某一位置時(shí)要離開斜面 求 取g 10m s2 1 小滑塊帶何種電荷 2 小滑塊離開斜面時(shí)的瞬時(shí)速度多大 3 該斜面的長度至少多長 圖3 4 9 審題指導(dǎo) 解答本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn) 1 由受力分析判定洛倫茲力方向 再結(jié)合左手定則判定小滑塊帶電電性 2 由分離的條件N 0求得F的大小 進(jìn)一步求v大小 答案 1 帶負(fù)電 2 3 46m s 3 1 2m 1 正確進(jìn)行受力分析 除彈力 重力 摩擦力外 要特別注意電場力和磁場力的分析 2 正確進(jìn)行物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析 找出物體的速度 位置及其變化 分清運(yùn)動(dòng)過程 如果出現(xiàn)臨界狀態(tài) 要分析臨界條件 3 恰當(dāng)選用解決力學(xué)問題的方法 牛頓運(yùn)動(dòng)定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 只適用于勻變速運(yùn)動(dòng) 用能量觀點(diǎn)分析 包括動(dòng)能定理和機(jī)械能 或能量 守恒定律 應(yīng)注意 不論帶電體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何 洛倫茲力永不做功 點(diǎn)擊下圖片進(jìn)入 隨堂基礎(chǔ)鞏固 點(diǎn)擊下圖片進(jìn)入 課時(shí)跟蹤訓(xùn)練 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全