高考物理 第1部分 第三章 第4節(jié) 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 洛倫茲力.ppt

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(shí)點(diǎn)一 知識(shí)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(chǎng)中受到的 2 與安培力的關(guān)系靜止的通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)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(chǎng)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(kāi)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(chǎng)方向射入時(shí) f洛 2 當(dāng)電荷的速度方向和磁場(chǎng)方向平行時(shí) f洛 3 當(dāng)電荷的速度方向與磁場(chǎng)方向的夾角為 時(shí) f洛 qvb 0 qvbsin 重點(diǎn)詮釋 1 對(duì)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(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)度為l的導(dǎo)線中的自由電荷在t秒內(nèi)全部通過(guò)截面a 導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)放置 圖3 4 1 3 洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較 1 某處地磁場(chǎng)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(chǎng) 磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)方向 其向心力來(lái)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(chǎng)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(chǎng)后的軌跡是一段圓弧 如何確定圓心是解決此類問(wèn)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(guò)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(chǎng) 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(guò) 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?chē)艌?chǎng)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(chǎng)方向指向紙外 由左手定則 質(zhì)子剛進(jìn)入磁場(chǎng)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(chǎng)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(lái)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?chē)目臻g時(shí) 將 a 豎直向下沿直線射向地面b 相對(duì)于預(yù)定地點(diǎn) 稍向東偏轉(zhuǎn)c 相對(duì)于預(yù)定地點(diǎn) 稍向西偏轉(zhuǎn)d 相對(duì)于預(yù)定地點(diǎn) 稍向北偏轉(zhuǎn) 解析 地球表面地磁場(chǎng)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(guò)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(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) 可按以下三步進(jìn)行 1 畫(huà)軌跡 確定圓心 半徑 注意可能情況 臨界問(wèn)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(chǎng)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(chǎng)中 磁場(chǎng)方向垂直紙面向里 如圖3 4 9所示 小滑塊由靜止開(kāi)始沿斜面下滑 其斜面足夠長(zhǎng) 小滑塊滑至某一位置時(shí)要離開(kāi)斜面 求 取g 10m s2 1 小滑塊帶何種電荷 2 小滑塊離開(kāi)斜面時(shí)的瞬時(shí)速度多大 3 該斜面的長(zhǎng)度至少多長(zhǎng) 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(chǎng)力和磁場(chǎng)力的分析 2 正確進(jìn)行物體的運(yùn)