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1、触类旁通合作探究自主预习 第五节第五节 研究洛伦兹力研究洛伦兹力 触类旁通合作探究自主预习 目标导航预习导引 触类旁通合作探究自主预习 目标导航预习导引一二三 一、洛伦兹力一、洛伦兹力 运动电荷所受磁场的作用力叫洛伦兹力,通电导线所受的安培力 实质上是作用在运动电荷上的洛伦兹力的宏观表现. 触类旁通合作探究自主预习 目标导航预习导引一二三 二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向 用左手定则判定. 1.判定负电荷运动所受洛伦兹力的方向,应使四指指向负电荷运 动的相反方向. 2.洛伦兹力的方向总是既垂直于电荷运动方向又垂直于磁场方 向,即总是垂直于速度和磁场所决定的平面.但在这个平面内电荷 运动方向
2、和磁场方向却不一定垂直,当电荷运动方向与磁场方向不 垂直时,应用左手定则不可能使四指指向电荷运动方向的同时让磁 感线垂直穿入手心,这时只要磁感线从手心穿入即可. 洛伦兹力的方向与带电粒子运动的方向存在什么关系?它对带电 粒子做功吗? 答案：二者方向始终垂直.洛伦兹力对带电粒子不做功. 触类旁通合作探究自主预习 目标导航预习导引一二三 三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小 当电荷在垂直于磁场方向上运动时,洛伦兹力f=qvB . 电荷在某一区域不受洛伦兹力,能否说明该区域的磁感应强度为 零? 答案：不能.因为静止的电荷在磁场中不受洛伦兹力,电荷的运 动方向与磁场方向平行时也不受洛伦兹力. 触类旁通
3、合作探究自主预习 知识精要思考探究典题例解一二迁移应用 一、洛伦兹力的方向一、洛伦兹力的方向 1.洛伦兹力的方向由左手定则判断,必须注意运动电荷是正电荷, 四指所指的方向就是电荷运动方向,如果是负电荷,四指所指的方 向跟电荷运动方向相反. 2.洛伦兹力的方向与电荷运动方向垂直,因此洛伦兹力不对电荷 做功.它只改变速度的方向,不改变速度的大小. 3.在实际问题中,由于原子核、离子和电子等微观粒子的重力远 小于洛伦兹力,所以往往忽略它们的重力. 触类旁通合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 在利用左手定则判断带电粒子在磁场中所受到的洛伦兹力的方 向时,四指所指的方向是否一定为电荷
4、运动的方向? 答案：不一定.根据左手定则,四指所指的方向为正电荷运动的 方向或负电荷运动的反方向. 触类旁通合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 【例1】 如图所示,表示磁场磁感应强度B、正电荷运动方向v和 磁场对电荷洛伦兹力F的相互关系图,这四个图中正确的是(B、v、 F两两垂直)( ) 思路分析：用左手定则判断负电荷所受洛伦兹力的方向时四指 指向负电荷运动方向的反方向,这里容易弄混.洛伦兹力垂直于磁 场和运动速度所决定的平面. 解析：由左手定则可判断D正确. 答案：D 触类旁通合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 触类旁通合作探究自主预习 一二知识精要思
5、考探究典题例解迁移应用 1.在阴极射线管中电子流方向由左向右,其上方置一根通有如图 所示电流的直导线,导线与阴极射线管平行,则阴极射线将( ) A.向上偏转 B.向下偏转 C.向纸里偏转 D.向纸外偏转 答案：B 解析：由题意可知,直线电流的方向由左向右,根据安培定则,可 判定直导线下方的磁场方向为垂直纸面向里,而阴极射线电子运动 方向由左向右,由左手定则知(电子带负电,四指要指向运动方向的 反方向),阴极射线将向下偏转,故B选项正确. 触类旁通合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 2.下列各图中匀强磁场的磁感应强度均为B,带电粒子的速率均 为v,电荷量均为q.试求出图中带电
6、粒子所受洛伦兹力的大小,并指 出洛伦兹力的方向. 触类旁通合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 答案:(1)qvB 垂直v向左上方 (2) qvB 垂直纸面向里 (3)不 受洛伦兹力 (4)qvB 垂直v向左上方 解析:(1)因vB,所以f=qvB,方向与v垂直向左上方. (2)v与B的夹角为30,将v分解成垂直磁场的分量和平行磁场的 分量,v=vsin 30,f=qvBsin 30= qvB.方向垂直纸面向里. (3)由于v与B平行,所以不受洛伦兹力. (4)v与B垂直,f=qvB,方向与v垂直向左上方. 触类旁通合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 二、
7、洛伦兹力的大小二、洛伦兹力的大小 1.洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力,洛伦兹力的大小不仅跟 运动电荷的速度大小有关,还跟速度的方向有关,当v和B平行时,洛 伦兹力f=0;当v和B垂直时,洛伦兹力最大为f=Bqv;当v和B的夹角为 时,把速度v分解为沿与B平行的分量v和与B垂直的分量 v,f=Bqv=Bqvsin . 2.洛伦兹力实际上是磁场对通电导体作用的微观表现,即F安 =nf(n为通电导体中自由电荷的总数). 触类旁通合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 3.洛伦兹力和电场力的比较 触类旁通合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 触类旁通合作探究自主预习
8、 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 如何推导洛伦兹力的表达式f=qvB呢? 答案：设导体内单位长度上自由电荷数为n,自由电荷的电荷量 为q,定向移动的速度为v,设长度为L的导线中的自由电荷在t秒内全 部通过截面A,如图所示,设通过的电荷量为Q,有 触类旁通合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 【例2】 (多选)如图所示,甲是一个带正电的小物块,乙是一个不 带电的绝缘体,甲、乙叠放在一起静置于粗糙的水平地板上,地板 上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场,现用水平恒力拉乙物块,使 甲、乙无相对滑动地一起水平向左加速运动,在加速运动阶段( ) A.乙物块与地之间的摩擦力不断增大 B
9、.甲、乙两物块间的摩擦力不断增大 C.甲、乙两物块间的摩擦力大小不变 D.甲、乙两物块间的摩擦力不断减小 触类旁通合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 解析：整体受力分析,竖直方向受向下的重力、洛伦兹力、向上 的支持力,且三力平衡,水平方向受向左的拉力F和向右的地面摩擦 力.随着速度的增加,洛伦兹力逐渐增加,乙物块与地面间的弹力增 大,与地面的摩擦力不断增大,甲、乙运动的加速度逐渐减小,物块 甲所受的静摩擦力逐渐减小.所以A、D正确. 答案：AD 触类旁通合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 (多选)如图所示,匀强电场的方向竖直向下,匀强磁场的方向垂直 纸面
10、向里,三个油滴a、b、c带有等量同种电荷,其中a静止,b向右做 匀速运动,c向左做匀速运动,比较它们的重力Ga、Gb、Gc间的关系, 正确的是( ) A.Ga最大B.Gb最大 C.Gc最大D.Gb最小 触类旁通合作探究自主预习 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用 答案：CD 解析：据F合=0可知a带负电.显然,b、c也带负电,所以b所受洛伦 兹力方向竖直向下,c所受洛伦兹力方向竖直向上. 设三个油滴的电荷量为q,电场的电场强度为E,磁场的磁感应强 度为B,运动电荷的速度为v. 据F合=0得对a有:Ga-Eq=0,Ga=Eq; 对b有Gb+Bqv-Eq=0,Gb=Eq-Bqv; 对c有Gc-B
11、qv-Eq=0,Gc=Eq+Bqv, 所以有GcGaGb. 触类旁通合作探究自主预习 知识链接案例探究类题试解 洛伦兹力的实际应用 1.磁流体发电机 发电原理:如图所示,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有 大量带正电和带负电的微粒,而从整体上来说是呈电中性)喷射入 磁场,磁场中有两块金属板A、B,则高速射入的离子在洛伦兹力的 作用下向A、B两板聚集,使两板间产生电势差. 触类旁通合作探究自主预习 知识链接案例探究类题试解 如图所示,运动电荷在磁场中受洛伦兹力作用发生偏转,正、负 离子分别到达B、A极板(B为电源正极,故电流方向从B经R到A),使 A、B板间产生匀强电场,在电场力的作用下偏
12、转逐渐减弱,当等离 子体不发生偏转即匀速穿过时,有qvB=qE,所以此时两极板间电势 差U=Ed=Bdv,据闭合电路欧姆定律可得电流大小 触类旁通合作探究自主预习 知识链接案例探究类题试解 2.霍尔效应 如图所示,厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强 度为B的匀强磁场中.当电流按如图方向通过导体板时,在导体板的 上侧面A和下侧面A之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应.实 验表明,当磁场不太强时,电势差U、电流I和B的关系为 ,式中 的比例系数k称为霍尔系数. 触类旁通合作探究自主预习 知识链接案例探究类题试解 霍尔效应解释:外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板 的一侧,在导
13、体板的另一侧会出现多余的正电荷,从而形成横向电 场.横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电场力.当静电 场力与洛伦兹力达到平衡时,导体板上下两侧面之间就会形成稳定 的电势差.需要十分注意的是A侧面会聚集正电荷,从而造成A板电 势比A板的电势高,由 ,这也是一种测量磁感应强 度B的方法. 触类旁通合作探究自主预习 知识链接案例探究类题试解 3.速度选择器 如图所示,如果电场强度E和磁感应强度B为定值,当qE=qvB时,粒 子将沿图中的虚线匀速通过速度选择器,这样选择出的速度 . 如果粒子速度大于v向上偏出;速度小于v将向下偏出.改变速度的大 小可通过改变B和E的大小来实现. 需要注意的是,负
14、电荷以速度v也可匀速通过这个选择器.但是,若 粒子从右边进入,就不能匀速沿虚线通过了. 触类旁通合作探究自主预习 知识链接案例探究类题试解 4.电磁流量计 (1)如图所示,一圆形导管直径为d,用非磁性材料制成,其中有可以 导电的液体流过导管. 触类旁通合作探究自主预习 知识链接案例探究类题试解 下图为磁流体发电机示意图.其中两极板间距d=20 cm,磁场的磁 感应强度B=5 T,若接入额定功率P=100 W 的灯泡,灯泡正好正常发 光,灯泡正常发光时的电阻R=400 .不计发电机内阻,求等离子体 的流速. 思路分析：等离子体进入磁场,稳定时受洛伦兹力等于电场力. 触类旁通合作探究自主预习 知识
15、链接案例探究类题试解 解析:等离子体进入磁场后,在洛伦兹力的作用下发生偏转,正、 负离子分别向下、上极板聚集,形成一个下极板为正极、上极板为 负极的电源.不计发电机内阻,电源电动势E等于灯泡两端电压,可求 得U灯= =200 V,即E=200 V. 答案:200 m/s 触类旁通合作探究自主预习 知识链接案例探究类题试解 (多选)右图所示为一“滤速器”装置的示意图,a、b为水平放置的 平行金属板,一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进 入a、b两板之间.为了选取具有某种特定速率的电子,可在a、b间 加上电压,并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场,使所选电子仍能 够沿水平直线OO运动,由O射出.不计重力作用,可能达到上述目的 的办法是( ) A.使a板电势高于b板,磁场方向垂直纸面向里 B.使a板电势低于b板,磁场方向垂直纸面向里 C.使a板电势高于b板,磁场方向垂直纸面向外 D.使a板电势低于b板,磁场方向垂直纸面向外 触类旁通合作探究自主预习 知识链接案例探究类题试解 答案：AD 解析：要使电子沿直线OO射出,则电子必做匀速直线运动,电子 受力平衡.在该场区,电子受到电场力和洛伦兹力,要使电子所受二 力平衡,则二力方向为竖直向上和竖直向下.选项A电子所受电场力 竖直向上,由左手定则判断洛伦兹力竖直向下,满足受力平衡.同理, 选项D也满足受力平衡.所以选项A、D正确.