粵教版物理選修3-1三維設(shè)計(jì) 35研究洛倫茲力(可自主編輯)

1、結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)1洛倫茲力洛倫茲力荷蘭物理學(xué)家洛倫茲于荷蘭物理學(xué)家洛倫茲于1895年發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)對(duì)年發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)對(duì)_的的作用力公式，人們稱這種力為洛倫茲力。作用力公式，人們稱這種力為洛倫茲力。自讀教材自讀教材抓基礎(chǔ)抓基礎(chǔ) 第五節(jié)第五節(jié) 研究洛倫茲力研究洛倫茲力 洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)2陰極射線陰極射線在陰極射線管中，從陰極發(fā)射出來(lái)的在陰極射線管中，從陰極發(fā)射出來(lái)的_稱為陰極稱為陰極射線。射線。3實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷受到的洛倫茲力為受

2、到的洛倫茲力為_。(2)當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷受到的洛倫茲力的方向既與磁場(chǎng)方向受到的洛倫茲力的方向既與磁場(chǎng)方向_，又與速度方向，又與速度方向_。電子束電子束零零垂直垂直垂直垂直結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)4左手定則左手定則伸開左手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直，且處于同一平伸開左手，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(chǎng)中讓磁感線垂直穿入手心，四指指向?yàn)槊鎯?nèi)，把手放入磁場(chǎng)中讓磁感線垂直穿入手心，四指指向?yàn)開運(yùn)動(dòng)的方向，那么運(yùn)動(dòng)的方向，那么_所指的方向就是正電所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向。荷所

3、受洛倫茲力的方向。運(yùn)動(dòng)的負(fù)電荷在磁場(chǎng)中所受的洛倫茲力的方向跟沿相同方運(yùn)動(dòng)的負(fù)電荷在磁場(chǎng)中所受的洛倫茲力的方向跟沿相同方向運(yùn)動(dòng)的正電荷所受的力的方向向運(yùn)動(dòng)的正電荷所受的力的方向_。正電荷正電荷拇指拇指相反相反結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)洛倫茲力的方向與帶電粒子運(yùn)動(dòng)的方向存在什么關(guān)系？它洛倫茲力的方向與帶電粒子運(yùn)動(dòng)的方向存在什么關(guān)系？它對(duì)帶電粒子做功嗎？對(duì)帶電粒子做功嗎？提示：提示：二者方向垂直，洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功。二者方向垂直，洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功。學(xué)后自檢學(xué)后自檢(想一想想一想) 結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)1三個(gè)決定洛倫茲力方向的因素三個(gè)決定洛倫茲力方向的因素電荷的電性

4、電荷的電性(正、負(fù)正、負(fù))、速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是決、速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是決定洛倫茲力方向的三個(gè)要素。當(dāng)電性一定時(shí)，其他兩個(gè)因素決定洛倫茲力方向的三個(gè)要素。當(dāng)電性一定時(shí)，其他兩個(gè)因素決定洛倫茲力的方向，如果只讓一個(gè)因素相反，則洛倫茲力方向定洛倫茲力的方向，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槐囟ㄏ喾?；如果同時(shí)讓兩個(gè)因素相反，則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔?。變。跟隨名師跟隨名師 解疑難解疑難 結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)2F、B、v三者方向間的關(guān)系三者方向間的關(guān)系電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向間沒(méi)有因果關(guān)系，兩者關(guān)系是不電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向

5、間沒(méi)有因果關(guān)系，兩者關(guān)系是不確定的。電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向確定洛倫茲力方向，確定的。電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向確定洛倫茲力方向，F(xiàn)B，F(xiàn)v，即，即F垂直于垂直于B和和v所決定的平面。所決定的平面。3洛倫茲力的特點(diǎn)洛倫茲力的特點(diǎn)洛倫茲力的方向隨電荷運(yùn)動(dòng)方向的變化而變化。但無(wú)論怎洛倫茲力的方向隨電荷運(yùn)動(dòng)方向的變化而變化。但無(wú)論怎樣變化，洛倫茲力都與運(yùn)動(dòng)方向垂直，故洛倫茲力永不做功，樣變化，洛倫茲力都與運(yùn)動(dòng)方向垂直，故洛倫茲力永不做功，它只改變電荷的運(yùn)動(dòng)方向，不改變電荷的速度大小。它只改變電荷的運(yùn)動(dòng)方向，不改變電荷的速度大小。結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)特別提醒特別提醒(1)洛倫茲力的方向由左手定

6、則判斷，必須注意運(yùn)動(dòng)電荷洛倫茲力的方向由左手定則判斷，必須注意運(yùn)動(dòng)電荷是正電荷，是正電荷，v的方向就是電荷運(yùn)動(dòng)方向，如果是負(fù)電荷，的方向就是電荷運(yùn)動(dòng)方向，如果是負(fù)電荷，v的的方向跟電荷運(yùn)動(dòng)方向相反。方向跟電荷運(yùn)動(dòng)方向相反。(2)應(yīng)用左手定則時(shí)，當(dāng)應(yīng)用左手定則時(shí)，當(dāng)v與與B不垂直時(shí)，洛倫茲力仍垂直不垂直時(shí)，洛倫茲力仍垂直于于v、B決定的平面，但磁感線不一定要垂直穿過(guò)掌心，磁感決定的平面，但磁感線不一定要垂直穿過(guò)掌心，磁感線方向一定與大拇指垂直，不一定與四指垂直。線方向一定與大拇指垂直，不一定與四指垂直。結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)如圖所示，是表示磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度如圖所示，是表示磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度

7、B、正電荷運(yùn)動(dòng)方向、正電荷運(yùn)動(dòng)方向v和磁場(chǎng)對(duì)電荷洛倫茲力和磁場(chǎng)對(duì)電荷洛倫茲力F的相互關(guān)系圖，其中正確的是的相互關(guān)系圖，其中正確的是(B、v、F兩兩垂直兩兩垂直)()解析：解析：選選D根據(jù)左手定則可判斷：根據(jù)左手定則可判斷：A中電荷受力應(yīng)為向中電荷受力應(yīng)為向下；下；B中電荷受力應(yīng)為向右；中電荷受力應(yīng)為向右；C中電荷受力應(yīng)為向右；中電荷受力應(yīng)為向右；D中電中電荷受力正確。荷受力正確。學(xué)后自檢學(xué)后自檢(小試身手小試身手) 結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)1實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明安 培 力 可 以 看 做 是 大 量 運(yùn) 動(dòng) 電 荷 所 受 洛 倫 茲 力 的安 培 力 可 以 看 做 是 大 量 運(yùn) 動(dòng)

8、 電 荷 所 受 洛 倫 茲 力 的_。自讀教材自讀教材抓基礎(chǔ)抓基礎(chǔ) 洛倫茲力的大小洛倫茲力的大小宏觀表現(xiàn)宏觀表現(xiàn)結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)nqvSBnqvSLqvBqvB結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)電荷在某一區(qū)域不受洛倫茲力，能否說(shuō)明該區(qū)域的磁感應(yīng)電荷在某一區(qū)域不受洛倫茲力，能否說(shuō)明該區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零？強(qiáng)度為零？提示：提示：不能。因?yàn)殪o止的電荷在磁場(chǎng)中不受洛倫茲力，電不能。因?yàn)殪o止的電荷在磁場(chǎng)中不受洛倫茲力，電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)也不受洛倫茲力。荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)也不受洛倫茲力。學(xué)后自檢學(xué)后自檢(想一想想一想) 結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)(1)洛倫

9、茲力是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力，洛倫茲力的大洛倫茲力是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力，洛倫茲力的大小不僅跟運(yùn)動(dòng)電荷的速度大小有關(guān)，還跟速度的方向有關(guān)。小不僅跟運(yùn)動(dòng)電荷的速度大小有關(guān)，還跟速度的方向有關(guān)。1)當(dāng)當(dāng)v和和B平行時(shí)，洛倫茲力平行時(shí)，洛倫茲力f0；2)當(dāng)當(dāng)v和和B垂直時(shí)，洛倫茲力最大為垂直時(shí)，洛倫茲力最大為fBqv；3)當(dāng)當(dāng)v和和B的夾角為的夾角為時(shí)，把速度時(shí)，把速度v分解為沿與分解為沿與B平行的分量平行的分量v和與和與B垂直的分量垂直的分量v，fBqvBqvsin 。(2)洛倫茲力實(shí)際上是磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體作用的微觀表現(xiàn)，洛倫茲力實(shí)際上是磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體作用的微觀表現(xiàn)，即即F安安nf(n為通電導(dǎo)體中

10、自由電荷的總數(shù)為通電導(dǎo)體中自由電荷的總數(shù))。跟隨名師跟隨名師 解疑難解疑難 結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)特別提醒特別提醒盡管安培力是自由電荷定向移動(dòng)時(shí)受到的洛盡管安培力是自由電荷定向移動(dòng)時(shí)受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，但不能認(rèn)為安培力就簡(jiǎn)單地等于所有定向倫茲力的宏觀表現(xiàn)，但不能認(rèn)為安培力就簡(jiǎn)單地等于所有定向移動(dòng)電荷所受洛倫茲力的和，一般只有當(dāng)導(dǎo)體靜止時(shí)才能這樣移動(dòng)電荷所受洛倫茲力的和，一般只有當(dāng)導(dǎo)體靜止時(shí)才能這樣認(rèn)為。認(rèn)為。結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)在圖在圖351所示的各圖中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為所示的各圖中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，帶電粒子的速率均為，帶電粒子的速率均為v，

11、帶電荷量均為，帶電荷量均為q。試求出圖中帶電。試求出圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小，并標(biāo)出洛倫茲力的方向。粒子所受洛倫茲力的大小，并標(biāo)出洛倫茲力的方向。學(xué)后自檢學(xué)后自檢(小試身手小試身手) 圖圖351 結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)解析：解析：甲：因甲：因v與與B垂直，所以垂直，所以fqvB，方向與，方向與v垂直斜向垂直斜向上。上。乙：乙：v與與B的夾角為的夾角為30，fqvBsin30qvB/2，方向垂，方向垂直紙面向里。直紙面向里。丙：由于丙：由于v與與B平行，所以不受洛倫茲力。平行，所以不受洛倫茲力。?。阂蚨。阂騰與與B垂直，垂直，fqvB，洛倫茲力方向與，洛倫茲力方向與v垂直斜向垂

12、直斜向上。上。答案：答案：見(jiàn)解析見(jiàn)解析結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)1如圖如圖352所示，在陰極射線管正下方平行放置一根所示，在陰極射線管正下方平行放置一根通有足夠強(qiáng)直流電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線，且導(dǎo)線中電流方向水平向通有足夠強(qiáng)直流電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線，且導(dǎo)線中電流方向水平向右，則陰極射線將會(huì)右，則陰極射線將會(huì)()A向上偏轉(zhuǎn)向上偏轉(zhuǎn)B向下偏轉(zhuǎn)向下偏轉(zhuǎn)C向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn) D向紙外偏轉(zhuǎn)向紙外偏轉(zhuǎn)典題例析典題例析 洛倫茲力方向的判定洛倫茲力方向的判定圖圖352 結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)解析解析本題首先需要判斷通電直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)情況，再本題首先需要判斷通電直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)情況，再由左手定則判斷電子受力

13、方向。題目設(shè)置巧妙，靈活考查了左由左手定則判斷電子受力方向。題目設(shè)置巧妙，靈活考查了左手定則對(duì)電子所受力方向的判斷。在陰極射線管所在位置處，手定則對(duì)電子所受力方向的判斷。在陰極射線管所在位置處，直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，由左手定則可以判斷陰直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，由左手定則可以判斷陰極射線中的電子受力方向向上，故選極射線中的電子受力方向向上，故選A。答案答案A結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)陰極射線是電子流，電子帶負(fù)電。判斷運(yùn)動(dòng)的負(fù)電荷在磁陰極射線是電子流，電子帶負(fù)電。判斷運(yùn)動(dòng)的負(fù)電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力可用以下兩種思路分析：場(chǎng)中所受洛倫茲力可用以下兩種思路分析：根據(jù)左手定

14、則判根據(jù)左手定則判斷出假設(shè)為正電荷的受力方向，而負(fù)電荷與正電荷受力方向相斷出假設(shè)為正電荷的受力方向，而負(fù)電荷與正電荷受力方向相反；反；應(yīng)用左手定則將四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)相反的方向，則拇應(yīng)用左手定則將四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)相反的方向，則拇指的指向即為負(fù)電荷的受力方向。指的指向即為負(fù)電荷的受力方向。探規(guī)尋律探規(guī)尋律 結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)2試判斷圖試判斷圖353中各帶電粒子所受洛倫茲力的方向或中各帶電粒子所受洛倫茲力的方向或帶電粒子的帶電情況。帶電粒子的帶電情況。解析：解析：根據(jù)左手定則可判斷。根據(jù)左手定則可判斷。答案：答案：甲：豎直向上，乙：垂直紙面向外；丙：粒子帶負(fù)甲：豎直向上，乙：垂直

15、紙面向外；丙：粒子帶負(fù)電荷；?。捍怪奔埫嫦蚶铩ｋ姾?；丁：垂直紙面向里。跟蹤演練跟蹤演練 圖圖353 結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)1一初速度為零的質(zhì)子一初速度為零的質(zhì)子(質(zhì)量質(zhì)量m1.671027 kg，電荷量，電荷量q1.61019 C)，經(jīng)過(guò)電壓為，經(jīng)過(guò)電壓為1 880 V的電場(chǎng)加速后，垂直進(jìn)的電場(chǎng)加速后，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為入磁感應(yīng)強(qiáng)度為5.0104 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，質(zhì)子所受的洛倫的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，質(zhì)子所受的洛倫茲力是多大？茲力是多大？典題例析典題例析 洛倫茲力大小的計(jì)算洛倫茲力大小的計(jì)算結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)答案答案4.81017 N結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)解析：

16、解析：選選D由公式由公式fqBv可知，當(dāng)可知，當(dāng)B變?yōu)樵瓉?lái)的變?yōu)樵瓉?lái)的2倍時(shí)，倍時(shí)，洛倫茲力增大為原來(lái)的洛倫茲力增大為原來(lái)的2倍，選項(xiàng)倍，選項(xiàng)D正確。正確。跟蹤演練跟蹤演練 結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)洛倫茲力考查角度多，因而涉及洛倫茲力的題目往往較為洛倫茲力考查角度多，因而涉及洛倫茲力的題目往往較為綜合，解題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：綜合，解題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)首先確定研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析，注意帶電粒子在首先確定研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析，注意帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，若速度方向與磁場(chǎng)方向不平行，則受洛倫茲力。勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，若速度方向與磁場(chǎng)方向不平行，則受洛倫茲力。(2)根據(jù)已知條件，結(jié)合牛頓運(yùn)

17、動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，列根據(jù)已知條件，結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，列方程求解。方程求解。(3)若涉及能量，可根據(jù)動(dòng)能定理或能量守恒定律，列方若涉及能量，可根據(jù)動(dòng)能定理或能量守恒定律，列方程求解，同時(shí)注意洛倫茲力始終與帶電粒子速度方向垂直，因程求解，同時(shí)注意洛倫茲力始終與帶電粒子速度方向垂直，因而對(duì)帶電粒子不做功。而對(duì)帶電粒子不做功。帶電粒子在洛倫茲力作用下的運(yùn)動(dòng)分析帶電粒子在洛倫茲力作用下的運(yùn)動(dòng)分析結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)1如圖如圖354所示，表面粗糙的斜面所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并處于方向垂直紙面向外、固定于地面上，并處于方向垂直紙面向外、強(qiáng)度為強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。質(zhì)量

18、為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。質(zhì)量為m、帶電量為、帶電量為Q的小滑塊從斜面頂端由靜止下滑，在滑的小滑塊從斜面頂端由靜止下滑，在滑塊下滑的過(guò)程中，下列判斷正確的是塊下滑的過(guò)程中，下列判斷正確的是()典題例析典題例析圖圖354 結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)答案答案C結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)帶電粒子在洛倫茲力作用下運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法和思路帶電粒子在洛倫茲力作用下運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析方法和思路(1)正確進(jìn)行受力分析，受力分析時(shí)應(yīng)注意重力是否考正確進(jìn)行受力分析，受力分析時(shí)應(yīng)注意重力是否考慮，電子、質(zhì)子等一般不計(jì)重力，帶電小球、塵埃、液滴等帶慮，電子、質(zhì)子等一般不計(jì)重力，帶電小球、塵埃、液滴等帶電物體一般要考慮重力。電物體一般要考慮重力。(2)由受力情況分析帶電物體的運(yùn)動(dòng)情況。由受力情況分析帶電物體的運(yùn)動(dòng)情況。(3)靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，粒子受力必當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，粒子受力必然平衡，由平衡條件列方程求解。然平衡，由平衡條件列方程求解。對(duì)于臨界問(wèn)題，注意挖掘隱含條件。對(duì)于臨界問(wèn)題，注意挖掘隱含條件。探規(guī)尋律探規(guī)尋律 結(jié)結(jié) 束束首 頁(yè)末 頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)2(多選多選)如圖如圖355所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向豎直向下，