高三物理第一輪復(fù)習(xí) 第九章 第二單元 第3課時(shí) 洛倫茲力課件 選修31

高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理第二單元磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用第二單元磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用第第3課時(shí)課時(shí)洛倫茲力洛倫茲力 選修3-1 第九章磁場(chǎng)高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理基礎(chǔ)回顧基礎(chǔ)回顧考點(diǎn)一 洛倫茲力1洛倫茲力的定義：_在磁場(chǎng)中受到的作用力稱為洛倫茲力2洛倫茲力的大?。篺_，為v與B的夾角(1)當(dāng)vB時(shí)，f_(最大)(2)當(dāng)vB時(shí)，f_(最小)高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理答案：1運(yùn)動(dòng)電荷2qvBsin (1)qvB(2)03垂直正電荷負(fù)電荷拇指3洛倫茲力的方向：由左手定則確定伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指_，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向_運(yùn)動(dòng)的方向(或_運(yùn)動(dòng)的反方向)這時(shí)_所指的方向就是電荷所受的洛倫茲力的方向高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理要點(diǎn)深化要點(diǎn)深化1由安培力公式推導(dǎo)洛倫茲力公式如圖所示，設(shè)導(dǎo)線長度為L，通電電流I，導(dǎo)線單位體積內(nèi)的分子數(shù)為n，橫截面積為S，電荷定向移動(dòng)速度為v，每個(gè)電荷帶電荷量為q.電流微觀表達(dá)式：InqvS由通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受安培力的實(shí)驗(yàn)公式：F安BIL.安培力公式變?yōu)镕安BnqvSL.長為L導(dǎo)線內(nèi)的電荷總數(shù)N總LSn，高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理每個(gè)電荷受力即洛倫茲力 即洛倫茲力大小的計(jì)算公式：fBqv.2洛倫茲力與安培力相比較安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，但各自的表現(xiàn)形式不同，洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷永遠(yuǎn)不做功，而安培力對(duì)通電導(dǎo)線可做正功，可做負(fù)功，也可不做功3洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理項(xiàng)目內(nèi)容力洛倫茲力f電場(chǎng)力F大小fqvB(vB)FqE與速度關(guān)系v0或vB，f0與速度無關(guān)力方向與場(chǎng)方向的關(guān)系一定是fB，fv正電荷受電場(chǎng)力與場(chǎng)強(qiáng)方向相同，負(fù)電荷受電場(chǎng)力與場(chǎng)強(qiáng)方向相反做功情況任何情況下都不做功可能做正功、負(fù)功、也可能不做功力為零時(shí)場(chǎng)的情況f為零，B不一定為零F為零，E一定為零作用效果只改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度方向，不改變速度大小既可以改變電荷的速度大小，也可以改變電荷的速度方向高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理注意：注意：在判斷電荷所受洛倫茲力或電場(chǎng)力方向時(shí)，首先認(rèn)清判斷帶電粒子是正電荷還是負(fù)電荷，其次看清場(chǎng)的方向，然后作出正確判斷高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理基礎(chǔ)回顧基礎(chǔ)回顧考點(diǎn)二 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)1當(dāng)v0或vB時(shí)，洛倫茲力f0，粒子保持原狀態(tài)，即靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)2當(dāng)vB時(shí)，fB、fv，帶電粒子在垂直于磁感線的平面內(nèi)以入射速度v做_運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力f_做功(1)洛倫茲力提供向心力，即qvB (2)軌道半徑公式：R_.(3)周期：T _.答案: 2勻速圓周不 高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理要點(diǎn)深化要點(diǎn)深化1關(guān)于軌道半徑 ，運(yùn)動(dòng)周期T 的說明軌道半徑R ，運(yùn)動(dòng)周期T 是運(yùn)用牛頓定律和洛倫茲力公式導(dǎo)出的，考試時(shí)要先寫原始式：qvB 和T ，才能寫出R和T的表達(dá)式，不能直接寫出2T的特點(diǎn)T的大小與軌道半徑R和運(yùn)行速率v無關(guān)，只與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和粒子的荷質(zhì)比q/m有關(guān)荷質(zhì)比q/m相同的帶電粒子在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的T相同高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理3一點(diǎn)說明高考要求研究帶電粒子在磁場(chǎng)中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的情況，不要求研究帶電粒子速度方向與磁場(chǎng)有不是90角的問題，即帶電粒子不是垂直磁場(chǎng)方向(Bv)飛入磁場(chǎng)中4帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分析方法(1)圓心的確定因?yàn)槁鍌惼澚指向圓心，根據(jù)Fv，畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡中任意兩點(diǎn)(一般是射入和射出磁場(chǎng)兩點(diǎn))，先作出切線找出v的方向再確定F的方向，沿兩個(gè)洛倫茲力F的方向畫其延長線，兩延長線的交點(diǎn)即為圓心，或利用圓心位置必定在圓中一根弦的中垂線上，作出圓心位置，高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理如下圖所示 (2)半徑的確定和計(jì)算利用平面幾何關(guān)系，求出該圓的可能半徑(或圓心角)，并注意以下幾何特點(diǎn)：高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理粒子速度的偏向角 等于轉(zhuǎn)過的圓心角，并等于AB弦與切線的夾角(弦切角)的2倍，如右圖所示，即 2.(3)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定若要計(jì)算轉(zhuǎn)過任一段圓弧所用的時(shí)間，則必須確定粒子轉(zhuǎn)過的圓弧所對(duì)的圓心角，利用圓心角與弦切角的關(guān)系，或者利用四邊形內(nèi)角和等于360計(jì)算出圓心角的大小，并由表達(dá)式t T，確定通過該段圓弧所用的時(shí)間，其中T即為該粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期，轉(zhuǎn)過的圓心角越大，所用時(shí)間t越長，注意t與運(yùn)動(dòng)軌跡的長短無關(guān)高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理(4)帶電粒子在兩種典型有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的分析穿過矩形磁場(chǎng)區(qū)：如右圖所示，一定要先畫好輔助線(半徑、速度及延長線)a帶電粒子在穿過磁場(chǎng)時(shí)的偏向角由sin 求出(、L和R見圖標(biāo))；b帶電粒子的側(cè)移由R2L2(Ry)2解出(y見圖標(biāo))；c帶電粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間由t 得出高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理穿過圓形磁場(chǎng)區(qū)：如右圖所示，畫好輔助線(半徑、速度、軌跡圓的圓心、連心線)a帶電粒子在穿過磁場(chǎng)時(shí)的偏向角可由 求出(、r和R見圖標(biāo))；b帶電粒子在磁場(chǎng)中經(jīng)歷的時(shí)間由t 得出高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理題型一 洛倫茲力的理解 一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中僅在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)下列論述正確的是()A洛倫茲力恒定不變B洛倫茲力不做功C若突然增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，則帶電粒子做向內(nèi)收縮的曲線運(yùn)動(dòng)D若突然增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，則洛倫茲力在帶電粒子以后的運(yùn)動(dòng)過程中將做正功高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理解析：洛倫茲力提供帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，而這個(gè)力時(shí)刻在改變方向，故它不是恒定不變的，A項(xiàng)錯(cuò)誤在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)突然增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，由于慣性，速度保持不變，這時(shí)洛倫茲力大于向心力，帶電粒子將做向內(nèi)收縮的曲線運(yùn)動(dòng)，曲率半徑變小，C正確而由于它與速度的方向總保持垂直，故無論帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，還是突然改做向內(nèi)收縮的曲線運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力都不做功，B項(xiàng)正確D項(xiàng)錯(cuò)誤答案：BC 點(diǎn)評(píng)：通過本題的指導(dǎo)，要使同學(xué)們明白兩點(diǎn)：一是在圓周運(yùn)動(dòng)中洛倫茲力是變力，二是洛倫茲力無論如何都不會(huì)做功高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理1如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向豎直向下，磁場(chǎng)中有光滑的水平桌面，在桌面上平放著內(nèi)壁光滑、底部有帶電小球的試管在水平拉力F作用下，試管向右勻速運(yùn)動(dòng)，帶電小球能從試管口處飛出，則()A小球帶負(fù)電B小球運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條拋物線C維持試管勻速運(yùn)動(dòng)的拉力F應(yīng)逐漸增大D洛倫茲力對(duì)小球做正功題型訓(xùn)練題型訓(xùn)練高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理解析：由左手定則可判斷小球帶正電，A錯(cuò)誤；因小球隨試管向右做勻速運(yùn)動(dòng)，故沿試管方向洛倫茲力的分量不變，小球沿試管做勻加速運(yùn)動(dòng)，小球向右勻速的同時(shí)沿試管勻加速，軌跡為拋物線，B正確；因小球沿試管向上的速度逐漸增大，故洛倫茲力在F反方向上的分量逐漸增大，即對(duì)試管向左的壓力增大，故維持試管勻速運(yùn)動(dòng)的拉力F應(yīng)逐漸增大，C正確；洛倫茲力與速度方向總垂直，洛倫茲力對(duì)小球不做正功，D錯(cuò)誤答案：BC點(diǎn)評(píng)：有同學(xué)認(rèn)為小球在豎直方向能加速，說明洛倫茲力應(yīng)該對(duì)它做正功其實(shí)是片面看待洛倫茲力，如果按分解力來看，剛才該同學(xué)認(rèn)為的洛倫茲力僅是一個(gè)分力，水平方向也有洛倫茲力的分力，而在水平方向上洛倫茲力必定在做負(fù)功，所做的負(fù)功與剛才該同學(xué)認(rèn)為的正功代數(shù)和為零，故洛倫茲力還是沒有做功高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理題型二 確定帶電粒子從有界磁場(chǎng)射出的位置 如右圖所示，在y0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于xy平面并指向紙面外，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一帶電荷量和質(zhì)量之比為q/m的正電粒子以速度v0從O點(diǎn)與x軸正向成角射入磁場(chǎng)，不計(jì)重力的影響，求該粒子射出磁場(chǎng)時(shí)的位置與O點(diǎn)的距離 解析：帶正電粒子射入磁場(chǎng)后，由于受到洛倫茲力的作用，粒子將沿右圖所示的軌跡運(yùn)動(dòng)，從A點(diǎn)射出磁場(chǎng)，射出時(shí)速度的大小仍為v0，射出方向與x軸的夾角仍為.設(shè)O、A間的距離為l，由洛倫茲力公式和牛頓定律可得：高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理解得：圓軌道的圓心位于OA的中垂線上，由幾何關(guān)系可得(式中R為圓軌道的半徑)聯(lián)立、兩式，解得 答案： 點(diǎn)評(píng)：已知速度的大小，一定要通過計(jì)算明確半徑的大小，這對(duì)正確作圖，幫助理解軌跡的走向，應(yīng)用幾何知識(shí)計(jì)算帶電粒子的出射位置有很大的幫助高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理題型訓(xùn)練題型訓(xùn)練 2如右圖所示，正、負(fù)電子以相同的速度v0垂直磁場(chǎng)方向在O點(diǎn)沿與邊界成30角的方向射入只有下邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則正、負(fù)電子射出點(diǎn)到射入點(diǎn)的距離之比為()A11B12C15 D16高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理解得圓軌道的半徑：Rmv0/eB，由于正負(fù)電子的荷質(zhì)比相同，故它們的半徑相同由幾何關(guān)系知，兩個(gè)圓的圓心角也相等，都為60，三角形COB與COA全等，故有 答案：A解析：由洛倫茲力公式和牛頓定律可得：ev0B高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 如圖所示，一質(zhì)量為m，帶電量為q的粒子以速度v0從O點(diǎn)沿y軸正方向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，粒子飛出磁場(chǎng)區(qū)域后，從點(diǎn)b處穿過x軸，速度方向與x軸正方向的夾角為30，粒子的重力不計(jì)，求圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的最小面積 解析：先找圓心，過b點(diǎn)逆著速度v的方向作直線bd，交y軸于d，由于粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的半徑一定，且圓心位于Ob連線上，距O點(diǎn)距離為圓的半徑，據(jù)牛頓第二定律有：題型三 確定有界磁場(chǎng)最小面積高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理過圓心作bd的垂線，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示：要使磁場(chǎng)的區(qū)域有最小面積，則Oa應(yīng)為磁場(chǎng)區(qū)域的直徑，由幾何關(guān)系知：所以圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)的最小面積為：答案： 點(diǎn)評(píng)：求最小磁場(chǎng)的圓面積，就是求最小的直徑，它是帶電粒子經(jīng)過該磁場(chǎng)時(shí)的弦長解題關(guān)鍵還是要先畫好粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡圖，再利用以上的幾何關(guān)系確定對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)區(qū)域高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 題型訓(xùn)練題型訓(xùn)練 3如圖所示，在第一象限內(nèi)有一垂直于紙面向里、磁感強(qiáng)度大小B2.0103 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)局限在一個(gè)矩形區(qū)域內(nèi)，在x軸上距坐標(biāo)原點(diǎn)長L的P處以v2.0104 m/s射入比荷5.0107 C/kg的不計(jì)重力的正離子，正離子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)后在y軸上距坐標(biāo)原點(diǎn)也為L的M處射出，運(yùn)動(dòng)軌跡半徑恰好最小，求： (1)L的長度 (2)此矩形磁場(chǎng)區(qū)域的最小面積，并在圖中畫出該矩形高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理 解析：(1)設(shè)粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑為r.由洛倫茲力提供粒子在磁場(chǎng)中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，可得： 要使粒子從P射入后又從M點(diǎn)射出，且半徑最小，則PM的長度應(yīng)為離子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的直徑，如右圖所示由幾何關(guān)系得：高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理(2)如圖所示，所求的最小矩形為MM1P1P(虛線)，該區(qū)域面積：S2r r2r20.16 m2答案：(1)0.2 m(2)0.16 m2高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理警示誤將圓形磁場(chǎng)的半徑當(dāng)作粒子運(yùn)動(dòng)的半徑 如右圖所示，帶負(fù)電的粒子垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，出磁場(chǎng)時(shí)速度偏離原方向60角，已知帶電粒子質(zhì)量m31020 kg，電荷量q1013 C，速度v0105 m/s，磁場(chǎng)區(qū)域的半徑R3101 m，不計(jì)重力，求磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理解得：101 T.分析糾錯(cuò)：沒有依據(jù)題意畫出帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡圖，誤將圓形磁場(chǎng)的半徑當(dāng)作粒子運(yùn)動(dòng)的半徑，說明對(duì)公式中有關(guān)物理量的物理意義不明白畫進(jìn)、出磁場(chǎng)速度的垂線得交點(diǎn)O，O點(diǎn)即為粒子作圓周運(yùn)動(dòng)的圓心，據(jù)此作出運(yùn)動(dòng)軌跡的弦AB，如右圖所示此圓半徑記為r.錯(cuò)解：帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)f洛f向，高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理連接OA 得帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)解得： 答案： 點(diǎn)評(píng)：在圓磁場(chǎng)中要正確理解粒子的軌跡半徑與圓磁場(chǎng)半徑的區(qū)別，不可張冠李戴高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理祝祝您您