高中物理 第3章 第5節(jié)研究洛侖茲力課件 粵教版選修31

配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1第五節(jié)研究洛倫茲力配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-11(雙選)下列關(guān)于磁電式電流表的說法中正確的是()A電流表的工作原理是安培力對通電導(dǎo)線的加速作用B電流表的工作原理是安培力對通電導(dǎo)線的轉(zhuǎn)動作用C電流表指針的偏轉(zhuǎn)角度與所通電流大小成正比D電流表指針的偏轉(zhuǎn)角度與所通電流大小成反比【答案】BC精精 彩彩 回回 眸眸配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-12(雙選)如圖352所示，一個矩形線圈放在磁場中能繞OO軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)線圈中通有如圖所示方向的恒定電流時，在線圈轉(zhuǎn)動90的過程中()圖圖352 配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1Aab邊和cd邊所受到的安培力不變，磁場力矩逐漸減小Bab邊和cd邊所受的安培力逐漸減小，磁力矩也減小Cad邊和cd邊始終不受安培力Dad邊和cb邊所受的安培力逐漸變大，但磁力矩為零【答案】AD配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1一、洛倫茲力的方向1洛倫茲力：運動電荷在磁場中所受的力稱為洛倫茲力2用左手定則判斷洛倫茲力的方向：伸開左手，使拇指與其余四指垂直且都與手掌在同一個平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過掌心，并使四指指向正電荷運動的方向，則拇指所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向若電荷為負(fù)電荷，則四指指向負(fù)電荷運動的_知知 識識 梳梳 理理反方向反方向 配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1二、洛倫茲力的大小1計算大小(1)若已知運動電荷的速度v的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直時，則電荷所受的洛倫茲力大小為f_.(2)若已知運動電荷的速度v的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不垂直時，設(shè)夾角為，則電荷所受的洛倫茲力大小為f_.(3)若已知運動電荷的速度v的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向平行，則電荷所受的洛倫茲力大小為f_.qvB qvBsin 0 配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-12洛倫茲力與安培力的關(guān)系(1)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力的微觀解釋(2)方向關(guān)系：洛倫茲力f的方向與安培力F的方向_(3)大小關(guān)系：FNf，式中的N是導(dǎo)體中定向運動的電荷數(shù)相同相同 配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1【思考】 洛倫茲力與安培力有什么聯(lián)系和區(qū)別？【答案】洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，而安培力是導(dǎo)體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)盡管安培力是自由電荷定向移動受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，但也不能認(rèn)為安培力就是簡單的等于所有定向移動電荷所受洛倫茲力的和，一般只有當(dāng)導(dǎo)體靜止時才能這樣認(rèn)為洛倫茲力恒不做功，但安培力卻可以做功配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-11決定洛倫茲力方向的因素有三個：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，其他兩個因素中，如果只讓一個因素相反，則洛倫茲力方向必定相反；如果同時讓兩個因素相反，則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔兟鍌惼澚Ψ较虻挠懻撀鍌惼澚Ψ较虻挠懻撆浠浗贪媾浠浗贪?物理物理 選修選修3-13-12在研究電荷的運動方向與磁場方向垂直的情況時，由左手定則可知，洛倫茲力的方向既與磁場方向垂直，又與電荷的運動方向垂直，即洛倫茲力垂直于v和B兩者所決定的平面3(1)判斷負(fù)電荷在磁場中運動所受洛倫茲力的方向，四個手指要指向負(fù)電荷運動的反方向(2)電荷運動的速度v和B不一定垂直，但洛倫茲力一定垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度B和速度v.配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1【例1】 如圖353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)子可能的運動情況是()A沿路徑a運動B沿路徑b運動C沿路徑c運動D沿路徑d運動圖圖353 配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1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；由于洛倫茲力方向始終與電荷運動方向垂直，故其運動軌跡必定是曲線，則B正確，A錯誤答案：B配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1每時每刻都有大量帶電的宇宙射線向地球射來，地球磁場可以有效地改變這些射線中大多數(shù)帶電粒子的運動方向，使它們不能到達(dá)地面，這對地球上的生命有十分重要的意義假設(shè)有一個帶正電的宇宙射線粒子正垂直于地面向赤道射來(如圖354所示，地球由西向東轉(zhuǎn)，虛線表示地球自轉(zhuǎn)軸，上方為地球北極)，在地球磁場的作用下，它將()圖圖354 配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1A向東偏轉(zhuǎn)B向南偏轉(zhuǎn)C向西偏轉(zhuǎn)D向北偏轉(zhuǎn)【答案】A地球表面地磁場方向由南向北，帶正電的粒子自赤道上空下落過程所受洛倫茲力可由左手定則判知向東，故A正確配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-11公式導(dǎo)出如圖355所示，直導(dǎo)線長L，電流為I，導(dǎo)線中運動電荷數(shù)為n，截面積為S，電荷的電荷量為q，運動速度為v，則安培力FBILnf洛倫茲力的大小洛倫茲力的大小圖圖355 配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-12大小特點(1)只有運動電荷受洛倫茲力，靜止電荷不受洛倫茲力(2)電荷垂直磁場運動時，洛倫茲力最大，平行磁場運動時不受洛倫茲力可見：電荷在磁場中是否受洛倫茲力與電荷的運動情況有關(guān)配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1(3)洛倫茲力可以是恒力(大小、方向均不變)，也可以是變力，有三種變化方式：只有大小變化只有方向變化大小、方向同時變化出現(xiàn)以上各種情況均與運動電荷的速度變化情況相對應(yīng)帶電粒子垂直勻強(qiáng)磁場方向做勻速直線運動時，洛倫茲力就是恒力配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-13洛倫茲力和電場力的比較項目項目對應(yīng)力對應(yīng)力洛倫茲力洛倫茲力F電場力電場力F大小大小FqvB(vB)FqE與速度關(guān)系與速度關(guān)系v0或或vB，F(xiàn)0與速度的有無、方向均無關(guān)與速度的有無、方向均無關(guān)力方向與場力方向與場方向的關(guān)系方向的關(guān)系一定是一定是FB，F(xiàn)v，與，與電荷電性有關(guān)電荷電性有關(guān)正電荷與電場方向相同，負(fù)正電荷與電場方向相同，負(fù)電荷與電場方向相反電荷與電場方向相反做功情況做功情況任何情況下都不做功任何情況下都不做功可能做正功、負(fù)功，也可能可能做正功、負(fù)功，也可能不做功不做功力力F為零時為零時場的情況場的情況F為零，為零，B不一定為零不一定為零F為零，為零，E一定為零一定為零作用效果作用效果只改變電荷運動的速度只改變電荷運動的速度方向，不改變速度大小方向，不改變速度大小既可以改變電荷運動的速度既可以改變電荷運動的速度大小，也可以改變電荷運動大小，也可以改變電荷運動的方向的方向配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-14.洛倫茲力與安培力的區(qū)別與聯(lián)系(1)區(qū)別洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，而安培力是導(dǎo)體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)盡管安培力是自由電荷定向移動時受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，但也不能認(rèn)為安培力就簡單地等于所有定向移動電荷所受洛倫茲力的和，一般只有當(dāng)導(dǎo)體靜止時才能這樣認(rèn)為配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1洛倫茲力不論是恒力還是變力，始終與電荷運動方向垂直，一定不做功，但安培力卻可以做功，此時，通電導(dǎo)體一定是運動的(2)聯(lián)系：洛倫茲力和安培力在本質(zhì)上都是運動電荷在磁場中所受的磁場力配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1【例2】 一個速度為零的質(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5.0104 T的勻強(qiáng)磁場中，質(zhì)子受到的洛倫茲力是多大？洛倫茲力與質(zhì)子的重力的比值是多大？(質(zhì)子質(zhì)量m1.671027 kg，g取10 N/kg)配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1 題后反思(1)由此題可以看出，質(zhì)子(或者電子、粒子和正、負(fù)離子等)受到的洛倫茲力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其所受重力，所以這類粒子在磁場中運動時，重力的影響可以忽略不計配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1(2)重力考慮與否分三種情況：對于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等一般不作特殊說明就可以不計其重力，因為其重力一般情況下與電場力或磁場力相比太小，可以忽略；對于一些實際物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等不作特殊說明就應(yīng)當(dāng)考慮其重力，這種情況比較正規(guī)，也比較簡單；直接看不出是否要考慮重力，但在進(jìn)行受力分析與運動分析時，要有分析結(jié)果，先進(jìn)行定性確定，再看是否要考慮其重力大小配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1 在如圖356所示的各圖中，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，帶電粒子的速率均為v，帶電荷量均為q，試求出圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小，并標(biāo)出洛倫茲力的方向圖圖356 配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1答案：見解析配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1 題后反思公式FqvBsin 中的是v與B間的夾角，計算時要注意題目中所給的角度是不是這個夾角配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1【例3】 如圖357所示，在真空中勻強(qiáng)電場的方向豎直向下，勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里，三個油滴a、b、c帶有等量同種電荷，其中a靜止，b向右做勻速運動，c向左做勻速運動比較它們的重力Ga、Gb、Gc的關(guān)系，正確的是()AGa最大BGb最大CGc最大DGc最小綜綜 合合拓拓 展展提提 高高圖圖357 配粵教版配粵教版 物理物理 選修選修3-13-1解析：因帶電油滴a靜止，故a不受洛倫茲力作用，只受重力和靜電力作用；根據(jù)平衡條件可知油滴一定帶負(fù)電，設(shè)油滴帶電荷量為q，則GaqE 帶電油滴b除受重力和豎直向上的靜電力作用外，還受到豎直向下的洛倫茲力F洛，因做勻速運動 ，故根據(jù)平衡條件可得GbqEF洛 帶電油滴c除受重力和豎直向上的靜電力作用外，還受到豎直向上的洛倫茲力F洛，因做勻速運動，故根據(jù)平衡條件可得GcqEF洛 比較式可以看出GcGaGb，選項C正確答案：C