高三物理第一輪復(fù)習(xí) 第九章 第二單元 第3課時 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對運動電荷的作用第二單元磁場對運動電荷的作用第第3課時課時洛倫茲力洛倫茲力 選修3-1 第九章磁場高考總復(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)回顧考點一 洛倫茲力1洛倫茲力的定義：_在磁場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，f_(最大)(2)當(dāng)vB時，f_(最小)高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理答案：1運動電荷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，使拇指與其余四個手指_，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向_運動的方向(或_運動的反方向)這時_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)物理物理要點深化要點深化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，電荷定向移動速度為v，每個電荷帶電荷量為q.電流微觀表達(dá)式：InqvS由通電導(dǎo)線在磁場中受安培力的實驗公式：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)物理物理每個電荷受力即洛倫茲力 即洛倫茲力大小的計算公式：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，洛倫茲力對運動電荷永遠(yuǎn)不做功，而安培力對通電導(dǎo)線可做正功，可做負(fù)功，也可不做功3洛倫茲力與電場力的比較高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理項目內(nèi)容力洛倫茲力f電場力F大小fqvB(vB)FqE與速度關(guān)系v0或vB，f0與速度無關(guān)力方向與場方向的關(guān)系一定是fB，fv正電荷受電場力與場強(qiáng)方向相同，負(fù)電荷受電場力與場強(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場的情況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動的速度方向，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力方向時，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)回顧考點二 帶電粒子在磁場中運動1當(dāng)v0或vB時，洛倫茲力f0，粒子保持原狀態(tài)，即靜止或勻速直線運動2當(dāng)vB時，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_運動，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)物理物理要點深化要點深化1關(guān)于軌道半徑 ，運動周期T 的說明軌道半徑R ，運動周期T 是運用牛頓定律和洛倫茲力公式導(dǎo)出的，考試時要先寫原始式：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T的大小與軌道半徑R和運行速率v無關(guān)，只與磁場的磁感應(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3一點說明高考要求研究帶電粒子在磁場中作勻速圓周運動的情況，不要求研究帶電粒子速度方向與磁場有不是90角的問題，即帶電粒子不是垂直磁場方向(Bv)飛入磁場中4帶電粒子在有界磁場中運動的分析方法(1)圓心的確定因為洛倫茲力F指向圓心，根據(jù)Fv，畫出粒子運動軌跡中任意兩點(一般是射入和射出磁場兩點)，先作出切線找出v的方向再確定F的方向，沿兩個洛倫茲力F的方向畫其延長線，兩延長線的交點即為圓心，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：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)粒子在磁場中運動時間的確定若要計算轉(zhuǎn)過任一段圓弧所用的時間，則必須確定粒子轉(zhuǎn)過的圓弧所對的圓心角，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間，其中T即為該粒子做圓周運動的周期，轉(zhuǎn)過的圓心角越大，所用時間t越長，注意t與運動軌跡的長短無關(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中運動情況的分析穿過矩形磁場區(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時的偏向角由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帶電粒子在磁場中經(jīng)歷的時間由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時的偏向角可由 求出(、r和R見圖標(biāo))；b帶電粒子在磁場中經(jīng)歷的時間由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 一個質(zhì)量為m、電量為q的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場中僅在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動下列論述正確的是()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)收縮的曲線運動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動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動的向心力，而這個力時刻在改變方向，故它不是恒定不變的，A項錯誤在做勻速圓周運動時突然增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，由于慣性，速度保持不變，這時洛倫茲力大于向心力，帶電粒子將做向內(nèi)收縮的曲線運動，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動，還是突然改做向內(nèi)收縮的曲線運動，洛倫茲力都不做功，B項正確D項錯誤答案：BC 點評：通過本題的指導(dǎo)，要使同學(xué)們明白兩點：一是在圓周運動中洛倫茲力是變力，二是洛倫茲力無論如何都不會做功高考總復(fù)習(xí)高考總復(fù)習(xí)物理物理1如圖所示，勻強(qiáng)磁場的方向豎直向下，磁場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，試管向右勻速運動，帶電小球能從試管口處飛出，則()A小球帶負(fù)電B小球運動的軌跡是一條拋物線C維持試管勻速運動的拉力F應(yīng)逐漸增大D洛倫茲力對小球做正功題型訓(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錯誤；因小球隨試管向右做勻速運動，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動，小球向右勻速的同時沿試管勻加速，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，即對試管向左的壓力增大，故維持試管勻速運動的拉力F應(yīng)逐漸增大，C正確；洛倫茲力與速度方向總垂直，洛倫茲力對小球不做正功，D錯誤答案：BC點評：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)該對它做正功其實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，磁場方向垂直于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點與x軸正向成角射入磁場，不計重力的影響，求該粒子射出磁場時的位置與O點的距離 解析：帶正電粒子射入磁場后，由于受到洛倫茲力的作用，粒子將沿右圖所示的軌跡運動，從A點射出磁場，射出時速度的大小仍為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： 點評：已知速度的大小，一定要通過計算明確半徑的大小，這對正確作圖，幫助理解軌跡的走向，應(yīng)用幾何知識計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垂直磁場方向在O點沿與邊界成30角的方向射入只有下邊界的勻強(qiáng)磁場中，則正、負(fù)電子射出點到射入點的距離之比為()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)磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向外，粒子飛出磁場區(qū)域后，從點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，求圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域的最小面積 解析：先找圓心，過b點逆著速度v的方向作直線bd，交y軸于d，由于粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)的半徑一定，且圓心位于Ob連線上，距O點距離為圓的半徑，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，粒子在磁場中運動的軌跡如圖所示：要使磁場的區(qū)域有最小面積，則Oa應(yīng)為磁場區(qū)域的直徑，由幾何關(guān)系知：所以圓形勻強(qiáng)磁場的最小面積為：答案： 點評：求最小磁場的圓面積，就是求最小的直徑，它是帶電粒子經(jīng)過該磁場時的弦長解題關(guān)鍵還是要先畫好粒子運動的軌跡圖，再利用以上的幾何關(guān)系確定對應(yīng)的磁場區(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，磁場局限在一個矩形區(qū)域內(nèi)，在x軸上距坐標(biāo)原點長L的P處以v2.0104 m/s射入比荷5.0107 C/kg的不計重力的正離子，正離子做勻速圓周運動后在y軸上距坐標(biāo)原點也為L的M處射出，運動軌跡半徑恰好最小，求： (1)L的長度 (2)此矩形磁場區(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)粒子在磁場中的運動半徑為r.由洛倫茲力提供粒子在磁場中作勻速圓周運動的向心力，可得： 要使粒子從P射入后又從M點射出，且半徑最小，則PM的長度應(yīng)為離子做勻速圓周運動的直徑，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的半徑當(dāng)作粒子運動的半徑 如右圖所示，帶負(fù)電的粒子垂直磁場方向進(jìn)入圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，出磁場時速度偏離原方向60角，已知帶電粒子質(zhì)量m31020 kg，電荷量q1013 C，速度v0105 m/s，磁場區(qū)域的半徑R3101 m，不計重力，求磁場的磁感應(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：沒有依據(jù)題意畫出帶電粒子的運動軌跡圖，誤將圓形磁場的半徑當(dāng)作粒子運動的半徑，說明對公式中有關(guān)物理量的物理意義不明白畫進(jìn)、出磁場速度的垂線得交點O，O點即為粒子作圓周運動的圓心，據(jù)此作出運動軌跡的弦AB，如右圖所示此圓半徑記為r.錯解：帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動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 得帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動解得： 答案： 點評：在圓磁場中要正確理解粒子的軌跡半徑與圓磁場半徑的區(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