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【金版新学案】2013-2014学年高中物理同步配套辅导与检测（粤教版，选修3-1）：第三章 第五节 研究洛伦兹力 第六节 洛伦兹力与现代技术（32张ppt）
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上传时间: 2014-08-17
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第五节 研究洛伦兹力
第六节 洛伦兹力与现代技术
磁场
1．会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题．
2．理解带电粒子的速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子的运动特点与规律．
1．洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛伦兹力
(1)大小：当v⊥B时，________(最大)，当v∥B时，________(最小)．
(2)方向：由左手定则确定——伸出左手，拇指和四指垂直且在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指示________电荷运动的方向(或________电荷运动的反方向)，则大拇指指示的就是运动电荷受力的方向．
答案：(1)f＝Bqv f＝0 (2)正 负
2．带电粒子在磁场中若只受到洛伦兹力作用时的运动规律
(1)当v＝0或v∥B时，洛伦兹力____________，粒子保持原状态，即静止或匀速直线运动．
(2)当v⊥B，f⊥B，f⊥v时，洛伦兹力f__________________，对匀强磁场，粒子在磁场中只受到洛伦兹力时，将做________运动．
答案：(1)f＝0 (2)不做功 匀速圆周
（4）
考点一 判断粒子在磁场中洛伦兹力的方向
——左手定则
左手定则——伸出左手，拇指和四指垂直且在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指示正电荷运动的方向(或负电荷运动的反方向)，则大拇指指示的就是运动电荷受力的方向．
试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向．
解析：根据左手定则得：甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上，乙中正电荷所受的洛伦兹力方向向下，丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向读者，丁中正电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸里．
答案：见解析
1．（双选）运动电荷进入磁场后(无其它场)，可能做( )
A．匀速圆周运动
B．匀速直线运动
C．匀加速直线运动
D．平抛运动
练习
解析：电荷在磁场中受到的洛伦兹力方向时刻与速度方向垂直，则运动电荷做匀速圆周运动或螺旋圆周运动．则A正确；当电荷的速度方向与磁场方向平行时，电荷不受力的作用，保持原来的运动状态做匀速直线运动，B正确。
答案：AB
2．（双选）如图所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线的径迹往下偏，则________
A．导线中的电流从A流向B
B．导线中的电流从B流向A
C．若要使电子束的径迹向上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现
D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关
解析：由于AB中通有电流，在阴极射线管中产生磁场，电子受到洛伦兹力的作用而发生偏转，由左手定则可知，阴极射线管中的磁场方向垂直纸面向内，所以根据安培定则，AB中的电流方向应为从B流向A，当AB中的电流方向变为从A流向B，则AB上方的磁场方向变为垂直纸面向外，电子所受的洛伦兹力变为向上，电子束的径迹变为向上偏转，所以本题的正确答案应为B、C.
答案：BC
3．（双选）带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，从而显示其运动轨迹．右图是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹，a和b是轨迹上的两点，匀强磁场B垂直纸面向里．该粒子在运动时，其质量和电量不变，而动能逐渐减少．下列说法正确的是( )
A．粒子先经过a点，再经过b点
B．粒子先经过b点，再经过a点
C．粒子带负电
D．粒子带正电
解析：由粒子运动半径 可知，粒子的动能越小，圆周运动的半径越小，结合粒子运动轨迹可知，粒子先经过a点，再经过b点，选项A正确．根据左手定则可以判断粒子带负电，选项C正确．
答案：AC
考点二 带电粒子在磁场中仅受洛伦兹力做匀 速圆周运动相关物理量的计算
垂直进入匀强磁场的带电粒子在洛伦兹力作用下的运动是匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，带电粒子有确定的半径r和运转周期T
（双选）在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又垂直进入另一磁感应强度是原来2倍的匀强磁场，则( )
A．粒子的速率加倍，周期减半
B．粒子的速率不变，轨道半径减半
C．粒子的速率减半，轨道半径为原来的四分之一
D．粒子的速率不变，周期减半
练习
4．一电子和一质子，以相同的速度垂直于磁感线方向进入匀强磁场，在磁场中做匀速圆周运动，那么这两个粒子( )
A．偏转方向相同，半径相同
B．偏转方向不同，半径相同
C．偏转方向相同，半径不相同
D．偏转方向不同，半径不相同
解析：电子带负电，质子带正电，电荷量大小都是1.6×10－19 C，根据左手定则，两者受洛伦兹力方向不同，所以偏转方向不同，根据 可知，两者速率相等，质量不相等．
答案：D
考点三 带点粒子在电场中偏转与在磁场 中偏转的比较
一、磁场对运动电荷的作用
1．圆心的确定
如何确定圆心是解决问题的前提，也是解题的关键．首先，应有一个最基本的思路：即圆心一定在与速度方向垂直的直线上．圆心位置的确定通常有两种方法：
①已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图(1)所示，图中P为入射点，M为出射点)．
②已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图(2)所示，P为入射点，M为出射点)．
2．半径的确定和计算
利用平面几何关系，求出该圆的可能半径(或圆心角)．并注意以下两个重要的几何特点：
①粒子速度的偏向角(φ)等于回旋角 (α)，并等于AB弦与切线的夹角(弦切角θ)的2倍(如右图), 即 ＝α＝2θ＝ωt.
②相对的弦切角(θ)相等，与相邻的弦切角(θ′)互补，即θ＋θ′＝180°.
3．运动时间的确定
①直接根据公式t＝s/v或t＝α/ω求出运动时间t.
②粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为α时，其运动时间可由下式表示：
4．带电粒子在匀强磁场中的偏转
①穿过矩形磁场区，如右图．要先画好辅助线(半径、速度及延长线)．偏转角由sinθ＝L/R求出．侧移由R2＝L2－(R－y)2解出．经历时间由 得出．
注意：这里射出速度的反向延长线与初速度延长线的交点不再是宽度线段的中点，这点与带电粒子在匀强电场中的偏转结论不同．
②穿过圆形磁场区如右图．画好辅助线(半径、速度、轨迹圆的圆心、连心线)．偏角可由 求出．经历时间由 得出．
注意：由对称性，射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心．
医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度.电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的.使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示.由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差，在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零.在某次监测中，两触点的距离为3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 μV，磁感应强度的大小为0.040 T.则血流速度的近似值和电极a、b的正负为 （ ）
A.1.3 m/s，a正、b负
B.2.7 m/s，a正、b负
C.1.3 m/s，a负、b正
D.2.7 m/s， a负、b正
解析：根据Bqv=Eq= q 得：v=U/dB≈1.3 m/s，根据左手定则得a为正极，b为负极.
答案：A
练习
5．如下图所示，长为L、间距为d的平行金属板间，有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，两板不带电，现有质量为m、电荷量为q的带正电粒子(重力不计)，从左侧两极板的中心处以不同速率v水平射入，欲使粒子不打在板上，求粒子速率v应满足什么条件？
祝
您
学业有成
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