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关于洛伦兹力特点的灵活应用

关于洛伦兹力特点的灵活应用

探究洛伦兹力的表达式

探究洛伦兹力的表达式 开发区一中胡志凌 新课改最推崇的二字便是“探究”,在教材中也有着很多体现,“探究求合力的方法”“探究加速度与力和质量的关系”……当然由于或限于学生的理解能力、或限于高中学校的实验条件、或限于编写者的顾虑等原因,教材也没有拘泥于一味的要求探究,而是采用了陈述和探究相结合的方式。全国各地的高中教师在自己对相关物理知识的理解基础之上,结合教材演绎出了各具特色的不同知识点的探究方案,所以我也凑凑热闹,谈谈我对探究洛伦兹力的表达式的一点思考。 教材本节的题目是《磁场对运动电荷的作用力》,教材中的处理方法是:用生活实例引入新课,演示阴极射线在磁场中的偏转实验观察结果,比照安培力分析总结洛伦兹力的左手定则,利用电流的微观解释结合安培力的知识推导洛伦兹力的表达式,最后研究显像管的工作原理。基本思路吻合教材经常使用的“提出问题----解决问题----实际应用”的思维方式,文字简明扼要,给教师留下了足够自由发挥的空间。本着锻炼学生思维的目的,我在这儿采用了和教材不一样的处理方法。 【教学过程】 一、引课设计 课前小测:如图所示,当一个带正电的粒子沿虚线水平向右飞过时,不考虑地磁场带来的影响,小磁针会如何运动?为什么? 学生很容易答出小磁针的北极会转向纸外,原因是带电粒子的定向移动形成等效电流,从而产生磁场使得小磁针在磁场作用下转动。 顺接学生回答的余韵提出质疑1:既然运动电荷对磁体(磁场)有力的作用,那么磁场对运动电荷有没有力的作用呢? 二、设计并动手实验,观察现象 提出本节课的目标:本节课我们来研究这个力,需要设计实验来验证这个力是否存在,它的大小和方向如何确定,在日常生活中的应用。 探究活动1:首先我们需要设计一个实验来验证这个力是否存在,请同学们分小组讨论设计自己的实验方案。设计的时候要注意:本实验中使用到的实验仪器大家可能没有见过,同学们可以想出你想要达到的功能,然后向全班同学和老师寻求帮助看有没有相应的仪器。 学生通过讨论很容易发现困难所在: 1、需要有能够产生运动电荷的仪器 2、需要想办法让我们看到运动电荷的轨迹 结果老师介绍了阴极射线管,学生很容易就设计了实验方案,并预测了实验可能看到的现象。 三、探究判断洛伦兹力的方向 实验结果表明运动电荷在磁场中受到力的作用,这个力叫做洛伦兹力。 质疑2:为什么运动电荷在磁场中会受到力的作用,和我们已经学过的知识有什么可以联系的地方? 学生轻松回答出:运动电荷形成等效电流会受到安培力的作用,所以运动电荷受到磁场的作用力。 追问质疑3:究竟是因为电流受到安培力而使运动电荷受到洛伦兹力还是运动电荷受到到洛伦兹力而是电流受到安培力?这两个力在本质上有什么关系? 安培力是洛伦兹力的宏观表现 探究活动2:洛伦兹力的方向如何判断?结合三个问题思考 1、洛伦兹力和安培力的关系 2、不同电荷的运动方向和电流方向的关系 3、安培力方向的判断方法。 由学生总结出正负电荷的左手定则,并用前面观察到的实验结果进行验证。

高中物理《磁场》典型题(经典推荐含答案)

高中物理《磁场》典型题(经典推荐) 一、单项选择题 1.下列说法中正确的是( ) A .在静电场中电场强度为零的位置,电势也一定为零 B .放在静电场中某点的检验电荷所带的电荷量q 发生变化时,该检验电荷所受电场力F 与其电荷量q 的比值保持不变 C .在空间某位置放入一小段检验电流元,若这一小段检验电流元不受磁场力作用,则该位置的磁感应强度大小一定为零 D .磁场中某点磁感应强度的方向,由放在该点的一小段检验电流元所受磁场力方向决定 2.物理关系式不仅反映了物理量之间的关系,也确定了单位间的关系。如关系式U=IR ,既反映了电压、电流和电阻之间的关系,也确定了V (伏)与A (安)和Ω(欧)的乘积等效。现有物理量单位:m (米)、s (秒)、N (牛)、J (焦)、W (瓦)、C (库)、F (法)、A (安)、Ω(欧)和T (特) ,由他们组合成的单位都与电压单位V (伏)等效的是( ) A .J/C 和N/C B .C/F 和/s m T 2? C .W/A 和m/s T C ?? D .ΩW ?和m A T ?? 3.如图所示,重力均为G 的两条形磁铁分别用细线A 和B 悬挂在水平的天 花板上,静止时,A 线的张力为F 1,B 线的张力为F 2,则( ) A .F 1 =2G ,F 2=G B .F 1 =2G ,F 2>G C .F 1<2G ,F 2 >G D .F 1 >2G ,F 2 >G 4.一矩形线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场方向垂直,先保持线框的面积不变,将磁感应强度在1s 时间内均匀地增大到原来的两倍,接着保持增大后的磁感应强度不变,在1s 时间内,再将线框的面积均匀地减小到原来的一半,先后两个过程中,线框中感应电动势的比值为( ) A .1/2 B .1 C .2 D .4 5.如图所示,矩形MNPQ 区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场,有5个带电粒子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁场,在纸面内做匀速圆周运动,运动轨迹为相应的圆弧,这些粒子的质量,电荷量以及速度大小如下表所示,由以上信息可知,从图中a 、b 、c 处进入

高中物理第3章磁场第5节研究洛伦兹力学案粤教版选修3_1

第五节研究洛伦兹力 [学习目标]1.知道阴极射线是从阴极发射出来的电子束. 2.知道洛伦兹力的方向与 电荷运动方向及磁感应强度方向间的关系,会用左手定则判断洛伦兹力的方向. (重点)3. 理解洛伦兹力和安培力的关系,能会推导洛伦兹力的计算公式并会计算洛伦兹力. (重点、难 点)4.知道速度选择器原理. 自主预习?探新别 ----------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 一、洛伦兹力的方向 1 .洛伦兹力 荷兰物理学家洛伦兹于1895年发表了磁场对运动电荷的作用力公式, 人们称这种力为洛 伦兹力. 2 .阴极射线 在阴极射线管中,从阴极发射出来的电子束称为阴极射线. 3 .洛伦兹力的方向判定-- 左手定则 伸开左手,使大拇指跟其余四个手指垂直,且处于同一平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,四指指向为正电荷运动的方向,那么,拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向. 二、洛伦兹力的大小 1?公式推导 如图,有一段长为L的通电导线,横截面积为s,单位体积内含有的自由电荷数为n,每 个自由电荷的电荷量为q,定向移动的平均速度为v,垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中. 导体所受安培力:F= BIL . 导体中的电流:I = nqSv. 导体中的自由电荷总数:N= nSL 由以上各式可推得,每个电荷所受洛伦兹力的大小为 f = N= qvB. 2 .洛伦兹力的计算公式:f = qv B. 1. 正误判断

(完整版)洛伦兹力经典例题

洛仑兹力典型例题 〔例1〕一个带电粒子,沿垂直于磁场的 方向射入一匀强磁场.粒子的一段径迹如图 所示,径迹上的每一小段都可近似看成圆 弧.由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子 的能量逐渐减小(带电量不变).从图中情 况可以确定[ ] A.粒子从a到b,带正电 B.粒子从b到a,带正电 C.粒子从a到b,带负电 D.粒子从b到a,带负电 R=mv /qB,由于q不变,粒子的轨道半径逐渐减小,由此断定粒子从b到a运动.再利用左手定则确定粒子带正电. 〔答〕B. 〔例2〕在图中虚线所围的区域内,存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强 度为B的匀强磁场.已知从左方水平射入的电子,穿过这区域时未发生偏转,设重力可忽略不计,则在这区域中的E和B的方向可能是[ ] A.E和B都沿水平方向,并与电子运动的方向相同 B.E和B都沿水平方向,并与电子运动的方向相反 C.E竖直向上,B垂直纸面向外 D.E竖直向上,B垂直纸面向里

〔分析〕不计重力时,电子进入该区域后仅受电场力F E和洛仑兹力F B作用.要求电子穿过该区域时不发生偏转电场力和洛仑兹力的合力应等于零或合力方向与电子速度方向在同一条直线上. 当E和B都沿水平方向,并与电子运动的方向相同时,洛仑兹力F B等于零,电子仅受与其运动方向相反的电场力F E作用,将作匀减速直线运动通过该区域. 当E和B都沿水平方向,并与电子运动的方向相反时,F B=0,电子仅受与其运动方向相同的电场力作用,将作匀加速直线运动通过该区域. 当E竖直向上,B垂直纸面向外时,电场力F E竖直向下,洛仑兹力F B 动通过该区域. 当E竖直向上,B垂直纸面向里时,F E和F B都竖直向下,电子不可能在该区域中作直线运动. 〔答〕A、B、C. 〔例3〕如图1所示,被U=1000V的电压加速的电子从电子枪中发射出来, 沿直线a方向运动,要求击中在α=π/3方向,距枪口d=5cm的目标M,已知磁场垂直于由直线a和M所决定的平面,求磁感强度. 〔分析〕电子离开枪口后受洛仑兹力作用做匀速圆周运动,要求击中目标M,必须加上垂直纸面向内的磁场,如图2所示.通过几何方法确定圆心后就可迎刃而解了.

专题洛伦兹力的应用含答案(终审稿)

专题洛伦兹力的应用含 答案 TPMK standardization office【 TPMK5AB- TPMK08- TPMK2C- TPMK18】

专题:洛伦兹力的应用班别:学号:姓名:一、应用 类型图示原理、规律 速度选择器 由qE qvB=,得= v。 故当= v时粒子沿直线运动。注意:选择器对速度的选择与q的正负及大小__关;如把电场和磁场同时改为反方向,仍可用.若只改变其中一个方向,则不能使用. 质谱仪粒子经电场U加速后先进入速度选择器(B1、E)再垂直进入匀强磁场B2,只有 1 B E v=的粒子才能进入磁场B2, 由 1 B E v=, r v m qvB 2 2 =,得 r B B E m q 2 1 = 回旋加速器电场的作用:重复多次对粒子. 磁场的作用:使粒子在D形盒内做运动,交变电压频率粒子回旋频率,即= f。 带电粒子获得的最大动能E km= q2B2r2 2m,决定于 和。 磁流体发电机等离子体按图示方向喷射入磁场,由左手定则可知,正、负离子受的洛伦兹力分别向下、向上,所以B极板为___极板。A、B两极板间会产生电场,两板间会有电压。 二、典型例题 1、速度选择器 例(双)如图6所示,匀强磁场的方向垂直纸面向里,匀强电场的方向竖直向下,有一正离子恰能以速率v沿直线从左向右水平飞越此区域.下列说法正确的是( ) A.若一电子以速率v从右向左飞入,则该电子也沿直线运动B.若一电子以速率v从右向左飞入,则该电子将向上偏转

C.若一电子以速率v从右向左飞入,则该电子将向下偏转 D.若一电子以速率v从左向右飞入,则该电子也沿直线运动 2、质谱仪 (1)工作 原理 (2)习 题: 例1:一 个质量为 m、电荷量为q的粒子,从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场,然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后打到照相底片D上,求:(1)求粒子进入磁场时的速率 (2)求粒子在磁场中运动的轨道半径 例2(双):质谱仪是一种测定带电粒子质量和分 析同位素的重要工具,它的构造原理如图,离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零),经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场,到达记录它的照相底片P上,设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x,可以判断( ) A、若离子束是同位素,则x越大,离子质量越大 B、若离子束是同位素,则x越大,离子质量越小 C、只要x相同,则离子质量一定相同 ··· · ···· · ···· · · U q S S 1 x P B

洛伦兹力习题及答案

1word 版本可编辑.欢迎下载支持. 磁场、洛伦兹力 1.制药厂的污水处理站的管道中安装了如图所示的流量计,该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为a 、b 、c ,左右两端开口,在垂直于上下底面方向加磁感应强度为B 的匀强磁场,在前后两个面的内侧固定有金属板作为电极,当含有大量正负离子(其重力不计)的污水充满管口从左向右流经该装置时,利用电压表所显示的两个电极间的电压U ,就可测出污水流量Q (单位时间内流出的污水体积).则下列说法正确的是 ( ) A .后表面的电势一定高于前表面的电势,与正负哪种离子多少无关 B .若污水中正负离子数相同,则前后表面的电势差为零 C .流量Q 越大,两个电极间的电压U 越大 D .污水中离子数越多,两个电极间的电压U 越大 2.长为L 的水平板间,有垂直纸面向内的匀强磁场,如图所示,磁感应强度为B ,板间距离也为L ,板不带电,现有质量为m ,电量为q 的带正电粒子(不计重力),从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v 水平射入磁场,欲使粒子不打在极板上, 可采用的办法是( ) A.使粒子的速度v < m BqL 4 B.使粒子的速度v >m BqL 45 C.使粒子的速度v >m BqL D.使粒子的速度m BqL 4

洛伦兹力的应用教案

洛伦兹力的应用 教学目标: 1.知识与技能 (1)理解运动电荷垂直进入匀强磁场时,电荷在洛仑兹力的作用下做匀速圆周运动。(2)能通过实验观察粒子的圆周运动的条件以及圆周半径受哪些因素的影响。推导带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径周期公式,并会应用它们分析实验结果,并用于解决实际问题。 2.过程与方法 多媒体和演示实验相结合 3.情感态度及价值观 培养科学的探究精神 教学重点:掌握运动电荷在磁场中圆周运动的半径和周期的计算公式以及运用公式分析各种实际问题。 教学难点:理解粒子在匀强磁场中的圆周运动周期大小与速度大小无关。 教具:洛伦兹力演示仪 复习导入: 提问学生带电粒子在磁场中的受力情况: (1)平行进入磁场中:F=0;粒子将做匀速直线运动。 (2)垂直进入磁场中:F=Bqv。 猜想:粒子将做什么运动? 教学过程: 一、理论探究: 匀速圆周运动的特点:速度大小不变;速度方向不断发生变化;向心力 大小不变;向心力方向始终与速度方向垂直。 洛伦兹力总与速度方向垂直,不改变带电粒子的速度大小,所以洛伦兹 力对带电粒子不做功且洛仑兹力大小不变。 洛伦兹力对电荷提供向心力,故只在洛伦兹力的作用下,电荷将作匀速 圆周运动。 二、实验演示: 用Flash演示正电荷和负电荷垂直进入匀强磁场中得运动。 介绍洛伦兹力演示仪: (1)加速电场:作用是改变电子束出射的速度 (2)励磁线圈:作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心匀强磁 场。 实验过程:a、未加入磁场时,观察电子束的轨迹; b、加入磁场时,观察电子束的轨迹;

c 、改变线圈电流方向时,观察电子束的轨迹。 结论:带电粒子垂直进入匀强磁场时,做匀速圆周运动。 提问:若带电粒子是以某个角度进入磁场时,运动轨迹是什么呢? 用Flash 演示带电粒子以某个角度进入磁场时的运动轨迹。 提问:为什么轨迹是螺旋形? 小结:带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的条件: (1)、匀强磁场 (2)、B ⊥V (3)、仅受洛伦兹力或除洛伦兹力外,其它力合力为零. 三、半径与周期 推导过程: 得: 提问: 磁场强度不变,粒子射入的速度增加,轨道半径将 增大 。 粒子射入速度不变,磁场强度增大,轨道半径将 减小 。 .......(1) .. (2) 由(1)(2)可得: 提问:周期与速度、半径有什么关系? 四、应用 例1、匀强磁场中,有两个电子分别以速率v 和2v 沿垂直于磁 场方向运动,哪个电子先回到原来的出发点? 例2、已知两板间距为d ,板间为垂直纸面向内的匀强磁场,带 电粒子以水平速度V 垂直进入磁场中,穿过磁场后偏转角 为30o 。求: (1) 圆心在哪里? (2) 圆心角为多大? (3) 轨道半径是多少? (4) 穿透磁场的时间? 五、作业:P123 1,2,3,4题 r mv Bqv 2=Bq mv r =v r T ?=π2Bq mv r =Bq m T π2=

洛伦兹力测试题及答案

洛伦兹力测试 出题人范志刚 1、一个电子以一定初速度进入一匀强场区(只有电场或只有磁场不计其他作用)并 保持匀速率运动,下列说法正确的是() A.电子速率不变,说明不受场力作用 B.电子速率不变,不可能是进入电场 C.电子可能是进入电场,且在等势面上运动 D.电子一定是进入磁场,且做的圆周运动 2、如图—10所示,正交的电磁场区域中,有 两个质量相同、带同种电荷的带电粒子,电量分别为 q a、q b.它们沿水平方向以相同的速率相对着匀速直线 穿过电磁场区,则() A.它们带负电,且q a>q b. B.它们带负带电,q a<q b C.它们带正电,且q a>q b. D.它们带正电,且q a<q b. . 图-10 3、如图—9所示,带正电的小球穿在绝缘粗糙直杆上, 杆倾角为θ,整个空间存在着竖直向上的匀强电场和垂直于杆斜向上的匀强磁场, 小球沿杆向下运动,在a点时动能 为100J,到C点动能为零,而b点恰为a、c的中点, 在此运动过程中() A.小球经b点时动能为50J 图—9 B.小球电势能增加量可能大于其重力势能减少量 C.小球在ab段克服摩擦所做的功与在bc段克服摩擦所做的功相等 D.小球到C点后可能沿杆向上运动。 4、如图所示,竖直向下的匀强磁场穿过光滑的绝缘水平面,平面上一个钉子O固定一根 细线,细线的另一端系一带电小球,小球在光滑水平面内绕O做匀速圆周运动.在某时刻细

线断开,小球仍然在匀强磁场中做匀速圆周运动,下列说法一定错误的是() A.速率变小,半径变小,周期不变 B.速率不变,半径不变,周期不变 C.速率不变,半径变大,周期变大 D.速率不变,半径变小,周期变小 5、如图所示,x轴上方有垂直纸面向里的匀强磁场.有两个质量相同,电荷量也相同的带正、负电的离子(不计重力),以相同速度从O点射入磁场中,射入方向与x轴均夹θ角.则正、负离子在磁场中() A.运动时间相同 B.运动轨道半径相同 C.重新回到x轴时速度大小和方向均相同 D.重新回到x轴时距O点的距离相同 6、质量为0.1kg、带电量为×10—8C的质点,置于水平的匀强磁场中,磁感强度的方向为南指向北,大小为.为保持此质量不下落,必须使它沿水平面运动,它的速度方向为_____________,大小为______________。 7、如图—20所示,水平放置的平行金属板A带正电,B带负电,A、B间距离为d.匀强磁场的磁感强度为B,方向垂直纸面向里.今有一带电粒子在A、B间竖直平面内做半径为R的匀速圆周运动.则带电粒子转动方向为_________时针方向,速率υ=_________.

洛伦兹力基础练习题

< 1、一个带电粒子在磁场力的作用下做匀速圆周运动,要想确定带电粒子的电荷量与质量之比,则只需要知道( B ) A.运动速度v和磁感应强度B B.磁感应强度B和运动周期T C.轨道半径R和运动速度v D.轨道半径R和磁感应强度B 2、“月球勘探号”空间探测器运用高科技手段对月球近距离勘探,在月球重力分布、磁场分布及元素测定方面取得了新成果.月球上的磁场极其微弱,通过探测器拍摄电子在月球磁场中的运动轨迹,可分析月球磁场强弱的分布情况.如图所示,是探测器通过月球表面的A、B、C、D、四个位置时拍摄到的电子的运动轨迹的照片.设电子的速率相同,且与磁场的方向垂直,则可知磁场最强的位置应在( A ) 由r=mv qB 可知B较大的地方,r较小. 3、如图5所示,用绝缘细线悬吊着的带正电小球在匀匀强磁场中做简谐运 动,则下列说法正确的是( A ) A、当小球每次通过平衡位置时,动能相同 B、¥ C、当小球每次通过平衡位置时,速度相同 D、当小球每次通过平衡位置时,丝线拉力相同 E、撤消磁场后,小球摆动周期变化 4、如图所示,在加有匀强磁场的区域中,一垂直于磁场方向射入的带电 粒子轨迹如图所示,由于带电粒子与沿途的气体分子发生碰撞,带电粒子 的能量逐渐减小,从图中可以看出:( B ) A、带电粒子带正电,是从B点射入的 B、带电粒子带负电,是从B点射入的 C、带电粒子带负电,是从A点射入的 D、@ E、带电粒子带正电,是从A点射入的 5、质子(p)和α粒子以相同的速率在同一匀强磁场中作匀速圆周运动,轨道半径分别为 Rp 和 R ,周期分别为 Tp和 T ,则下列选项正确的是( A ) A.R :Rp=2 :1 ;T :Tp=2 :1 B.R :Rp=1:1 ;T :Tp=1 :1 C.R :Rp=1 :1 ;T :Tp=2 :1 D.R :Rp=2:1 ;T :Tp=1 :1

研究洛伦兹力1

图2 第五节研究洛伦兹力 一、洛伦兹力的大小和方向 1.洛伦兹力的定义:磁场对____________的作用力. 2.洛伦兹力的方向 (1)左手定则 ?? ? ?? 磁感线垂直穿过 四指指向的方向 拇指指向的方向 3.洛伦兹力的大小F=____________,θ为v与B的夹角.如图2 所示. (1)当v∥B时,θ=0°或180°,洛伦兹力F=______. (2)当v⊥B时,θ=90°,洛伦兹力F=________. (3)静止电荷不受洛伦兹力作用. 4、洛仑兹力作用效果特点 由于洛仑兹力总是垂直于电荷运动方向,因此洛仑兹力总是功。它只能改变运动电荷的速度(即动量的方向),不能改变运动电荷的速度(或动能)。考点一、带电粒子在磁场中收到的力的大小与方向 1、在图所示的各图中,匀强磁场的磁感应强度均为B,带电粒子的速率均为v,带电荷 量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小,并指出洛伦兹力的方向. 2、如图所示,带电粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面向外的是() 3、电子束以一定的初速度沿轴线进入螺线管内,螺线管中通以方向随时间而周期性变化的电流,如图所示,则电子束在螺线管中做() A.匀速直线运动B.匀速圆周运动 C.加速减速交替的运动D.来回振动 第4题 第3题

4、每时每刻都有大量带电的宇宙射线向地球射来,地球磁场可以有效地改变这些宇宙射线中大多数带电粒子的运动方向,使它们不能到达地面,这对地球上的生命有十分重要的意义。假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来,(如图,地球由西向东转,虚线表示地球自转轴,上方为地理北极),在地球磁场的作用下,它将( ) A 、向东偏转 B 、向南偏转 C 、向西偏转 D 、向北偏转 5、如图所示,带电小球在匀强磁场中沿光滑绝缘的圆弧形轨道的内侧来回往复运动,它向左或向右运动通过最低点时( ) A .速度相同 B .加速度相同 C .所受洛伦兹力相同 D .轨道给它的弹力相同 6、如图3所示,一个带正电q 的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中,磁感应强度为B ,若小带电体的质量为m ,为了使它对水平绝缘面正好无压力,应该( ) A .使 B 的数值增大 B .使磁场以速率 v =mg qB ,向上移动 C .使磁场以速率v =mg qB ,向右移动 D .使磁场以速率v =mg qB ,向左移动 7、如图所示,直导线中通有方向向右的电流,在该导线正下方有一个电子正以速度v 向右运动。重力忽略不计,则电子的运动情况将是( ) A.电子向上偏转,速率不变 B.电子向下偏转,速率改变 C.电子向下偏转,速率不变 D.电子向上偏转,速率改变 二、带电粒子在匀强磁场中的运动 例题:试画出图3中几种情况下带电粒子的运动轨迹. 图3 图3 I v

洛伦兹力的基础应用题(含答案)

洛伦兹力的基础应用试题 一. 洛伦兹力在平面上的应用 例1.如图所示,是磁流体发电机的示意图,两极板间的匀强磁场的磁感应强度B =0.5 T ,极板间距d =20 cm ,如果要求该发电机的输出电压U =20 V ,则离子的速率为多大? 解析: q U d =q v B ,得v =U Bd ,代入数据得v =200 m/s 。 例2.如图甲所示为一个质量为m 、带电荷量为+q 的圆环,可在水平放置的足够长的 粗糙细杆上滑动,细杆处于磁感应强度为B 的匀强磁场中.现给圆环向右的初速度v 0,在 以后的运动过程中,圆环运动的速度—时间图象可能是图乙中的( ) [解析] 由左手定则可判断洛伦兹力方向向上,圆环受到竖直向下的重力、垂直细杆 的弹力及向左的摩擦力,当洛伦兹力初始时刻小于重力时,弹力方向竖直向上,圆环向右 减速运动,随着速度减小,洛伦兹力减小,弹力越来越大,摩擦力越来越大,故做加速度 增大的减速运动,直到速度为零而处于静止状态,选项中没有对应图象;当洛伦兹力初始 时刻等于重力时,弹力为零,摩擦力为零,故圆环做匀速直线运动,A 正确;当洛伦兹力初 始时刻大于重力时,弹力方向竖直向下,圆环做减速运动,速度减小,洛伦兹力减小,弹 力减小,当弹力减小到零的过程中,摩擦力逐渐减小到零,做加速度逐渐减小的减速运动, 摩擦力为零时,开始做匀速直线运动,D 正确.[答案] AD 二. 洛伦兹力在竖直面上的应用 例 3.如图所示,空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场的方向竖直向下,磁 场方向水平(图中垂直纸面向里),一带电油滴P 恰好处于静止状态,则下列说法正确的是 ( ) A .若仅撤去电场,P 可能做匀加速直线运动 B .若仅撤去磁场,P 可能做匀加速直线运动 C .若给P 一初速度,P 不可能做匀速直线运动 D .若给P 一初速度,P 可能做匀速圆周运动 [解析] 因为带电油滴原来处于静止状态,故应考虑带电油滴所受的重力.当仅撤去电 场时,带电油滴在重力作用下开始加速,但由于受变化的磁场力作用,带电油滴不可能做 匀加速直线运动,A 错;若仅撤去磁场,带电油滴仍处于静止,B 错;若给P 的初速度方 向平行于磁感线,因所受的磁场力为零,所以P 可以做匀速直线运动,C 错;当P 的初速 度方向平行于纸面时,带电油滴在磁场力作用下可能做顺时针方向的匀速圆周运动.[答案] D

高二物理洛伦兹力应用实例

洛伦兹力应用实例—速度选择器、质谱仪、回旋加速器 1.一质子以速度V 穿过互相垂直的电场和 磁场区域而没有发生偏转,则 ( ) A 、若电子以相同速度V 射入该区域,将会发生偏转 B 、无论何种带电粒子,只要以相同速度射入都不会发生偏转 C 、若质子的速度V'V ,它将向上偏转,其运动轨迹既不是 圆弧也不是抛物线 2.如图,氕、氘、氚核以相同的动能射入速度选择器,结果氘核沿直线运动,则( ) A .偏向正极板的是氕核 B .偏向正极板的是氚核 C .射出时动能最大的是氕核 D .射出时动能最大的是氚核 3.(单)如图带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B 和E 。平板S 上有可让粒子 通过的狭缝P 和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S 下方有强度 为B0的匀强磁场。下列表述不正确的是( ) A .质谱仪是分析同位素的重要工具 B .速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C .能通过狭缝P 的带电粒子的速率等于E/B D .粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P ,粒子的荷质比越小 4.(单)如图,一束质量、速度和电量不同的正离子垂直地射入匀强磁场和匀强电场正交的区域里,结果发现有些离子保持原来的运动方向,未发生任何偏转.如果让这些不偏转离子进入另一匀强磁场中,发现这些离子又分裂成几束,对这些进入后一磁场的离子,可得出结论 ( ) A .它们的动能一定各不相同 B .它们的电量一定各不相同 C .它们的质量一定各不相同 D .它们的电量与质量之比一定各不相同 5.(单)如图所示,有a 、b 、c 、d 四种离子,它们带等量同种电荷,质量不等,d c b a m m m m =<=,以不等的速率 d c b a v v v v <=< 进入速度选择器后,有两种V + --

高中物理第3章磁场第5节研究洛伦兹力教案粤教版选修3_1.doc

第五节 研究洛伦兹力 [学习目标] 1.[物理观念]知道阴极射线是从阴极发射出来的电子束. 2.[科学思维]知道洛伦兹力的方向与电荷运动方向及磁感应强度方向间的关系,会用左手定则判断洛伦兹力的方向.(重点) 3.[科学思维]理解洛伦兹力和安培力的关系,能会推导洛伦兹力的计算公式并会计算洛伦兹力.(重点、难点) 4.[科学思维]知道速度选择器原理. 一、洛伦兹力的方向 1.洛伦兹力 荷兰物理学家洛伦兹于1895年发表了磁场对运动电荷的作用力公式,人们称这种力为洛伦兹力. 2.阴极射线 在阴极射线管中,从阴极发射出来的电子束称为阴极射线. 3.洛伦兹力的方向判定——左手定则 伸开左手,使大拇指跟其余四个手指垂直,且处于同一平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,四指指向为正电荷运动的方向,那么,拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向. 二、洛伦兹力的大小 1.公式推导 如图,有一段长为L 的通电导线,横截面积为S ,单位体积内含有的自由电荷数为n ,每个自由电荷的电荷量为q ,定向移动的平均速度为v ,垂直放入磁感应强度为B 的匀强磁场中. 导体所受安培力:F =BIL . 导体中的电流:I =nqSv . 导体中的自由电荷总数:N =nSL . 由以上各式可推得,每个电荷所受洛伦兹力的大小为f =F N =qvB . 2.洛伦兹力的计算公式:f =qvB . 1.正误判断

(1)电荷在磁场中一定会受到洛伦兹力的作用.(×) (2)仅在洛伦兹力作用下,电荷的动能一定不会变化.(√) (3)应用左手定则判断洛伦兹力的方向时,四指一定指向电荷运动方向. (×) (4)公式f=qvB,用于任何情况.(×) (5)洛伦兹力和安培力是性质不同的两种力.(×) 2.(多选)如图是表示磁场磁感应强度B、负电荷运动速度v和磁场对负电荷洛伦兹力F 的相互关系图,这四个图中正确的是(B、v、F两两垂直)( ) ABC [根据左手定则,使磁感线垂直穿入手心,四指指向v的反方向,从大拇指所指方向可以判断,A、B、C图中所标洛伦兹力方向正确,D图中所标洛伦兹力方向错误.] 3.两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场,两粒子质量之比为1∶4,电量之比为1∶2,则两带电粒子受洛伦兹力之比为( ) A.2∶1 B.1∶1 C.1∶2 D.1∶4 C [带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时,洛伦兹力F=qvB,与电荷量成正比,与质量无关,C项正确.] 洛伦兹力的方向特点 1.判断方法——左手定则 (1)当电荷运动方向跟磁场方向垂直时:伸开左手,使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,四指指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向,大拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向. (2)当电荷运动方向跟磁场方向不垂直时:四指仍指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向,磁感线仍然从掌心进入,但磁感线与手掌不垂直,洛伦兹力的方向仍垂直于电荷运动的方向,也垂直于磁场方向. 2.决定因素 (1)电荷的电性(正、负). (2)速度方向.

洛伦兹力练习题

洛伦兹力练习题1 1.下列说法正确的是 A .运动电荷在磁感应强度不为零的地方,一定受到洛伦兹力的作用 B .运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用,则该处的磁感应强度一定为零 C .洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能,也不能改变带电粒子的速度 D .洛伦兹力对带电粒子不做功 2.关于安培力和洛伦兹力,下列说法中正确的是 A.带电粒子一定会受到洛伦兹力作用 B.洛伦兹力F 方向一定既垂直与磁场B 的方向,又垂直与带电粒子的运动速度V 方向 C.通电导线一定会受到安培力作用 D.洛伦兹力对运动电荷一定不做功,安培力对通电导线也一定不做功 3.如图所示,表面粗糙的斜面固定于地面上,并处于方向垂直纸面向外、磁感应强度为B 的匀强磁场中,质量为m 、带电量为+Q 的小滑块从斜面顶端由静止下滑。在滑块下滑的过程中,下列判断正确的是 A .滑块受到的摩擦力不变 B .滑块到地面时的动能与B 的大小无关 C .滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面指向斜面 D .不管B 多大,滑块可能静止于斜面上 4.如图所示,质量为m ,带电荷量为-q 的微粒 以速度v 与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里。如果微粒做匀速直线运动,则下列说法正确的是 A .微粒受电场力、洛伦兹力、重力三个力作用 B .微粒受电场力、洛伦兹力两个力作用 C .匀强电场的电场强度E = D .匀强磁场的磁感应强度B = 5.如图3-12所示,质量m=1.0×10-4 kg 的小球放在绝 缘的水平面上,小球带电荷量q=2.0×10-4 C ,小球与 水平面间的动摩擦因数μ=0.2,外加水平向右的匀强电 场E=5 V /m ,垂直纸面向外的匀强磁场B=2 T ,小 球从静止开始运动.问: (1)小球具有最大加速度的值为多少? (2)小球的最大速度为多少?(g 取10 m /s2)

洛伦兹力练习题

洛伦兹力巩固练习 1、阴极射线管中电子流有左向右,其上方放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( B ) A.向上偏转 B.向下偏转 C.向纸里偏转 D.向纸外偏转 2、如图,带负电的粒子以速度v 从粒子源P 处射出,图中匀强磁场 的范围无限大,方向垂直纸面,则带电粒子的可能轨迹是( BD ) A.a B.b C.c D.d 3、如图,质量为m 电荷量为q 的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,磁场的磁感应强度为B ,粒子经过a 点时,速度与直线ab 成60°角,ab 与磁场垂直,ab 间的距离为d ,若粒子能从b 点经过,则粒子从a 到b 所用的最短时间为( C ) A. Bq m π2 B. Bq m π C. Bq m 32π D.Bq m 3π 4、如图所示,在x 轴上方存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场,一个不计重力的带电粒子从坐标原点O 处以速度v 进入磁场,粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与x 轴正方向成120°角,若粒子穿过y 轴 正半轴后在磁场中到x 轴的最大距离为a ,则该粒子 的比荷和所带电荷的正负是( C ) A. ,23aB v ,正电荷 B. aB v 2,正电荷 C.aB v 23 ,负电荷 D. aB v 2,负电荷 5、一带电粒子,沿垂直于磁场方向射入一匀强磁场,粒子的一段径迹如图,径迹上的每小段都可以看成圆弧,由于带电粒子使沿途空气电离,粒子的能量逐渐减小(带电荷量不变), 从图中情况可以确定( C ) A. 粒子从a 到b ,带正电 B. 粒子从a 到b ,带负电 C. 粒子从b 到a ,带正电 D. 粒子从b 到a ,带负电

探究洛伦兹力(说课稿)

《探究洛仑兹力》说课稿 府谷中学物理组刘雄 一:教材分析: (一)本节课在教材中所处的地位: 本节课是普通高中课程标准实验教科书,上海科技教育出版社,选修3-1中第五章磁场与回旋加速器中的第五节内容。本章是高中物理的重点内容,也是历年高考常考的部分,再者在高科技及探索未知世界方面也有着极其广泛的应用。本节内容又是安培力的延续,也是后面学习带电粒子在磁场中运动的基础,还是力学分析中重要的一部分。学好本节,对以后力学综合中涉及洛伦兹力的分析,对利用功能关系解力学问题,有很大的帮助。 在高中物理课标中对本节内容的要求是:通过实验认识洛伦兹力,知道影响洛伦兹力大小的因素。会用f=qvB进行计算。严格的说,洛伦兹力的大小等于电荷量q、电荷速率V磁感应强度B以及v与B间夹角的正弦的乘积。因教材只要求掌握B与v平行和B与v垂直两种情况的判断和计算,所以对公式的推导只推导垂直的情况。高考考纲对本节的要求是:洛伦兹力、洛伦兹力的方向是I要求,对洛伦兹力的计算是II级要求。在沪科版的教材中,该节编排了两个内容,一是磁场对运动电荷的作用。二是带电粒子在磁场中的运动。考虑这节课在高考中的重要地位,把这节内容分为两课时,这里只说磁场对运动电荷的作用。(二)教学目标 知识目标 1、通过本课时的学习使学生知道磁场对电流的作用(安培力)实质是磁场对运动电荷作用(洛仑兹力)的宏观表现。 2、理解洛仑兹力的方向由左手定则判定,能根据安培力的表达式F=BIL推导洛仑兹力的表达式f=qvB。 3、培养学生的思维能力、分析能力以及逻辑推理能力,使学生体会由宏观量描绘微观量的科学思想。 能力目标 1、由通电导体所受安培力推导出带电粒子受磁场作用的洛伦兹力的过程,培养学生的迁移

洛伦兹力综合练习 经典(含答案详解)

洛伦兹力的方向 1.在阴极射线管中电子流方向由左向右,其上方放置一根通有如图366所示电流的直导线,导线与阴极射线管平行,则电子将( ) 图366 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 由题图可知,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于纸面向里,而电子运动方向由左向右,由左手定则知(电子带负电荷,四指要指向电子运动方向的反方向),电子将向下偏转,故B 选项正确. 洛伦兹力的大小 图367 2.如图367所示,带负电荷的摆球在一匀强磁场中摆动.匀强磁场的方向垂直纸面向里.摆球在A 、B 间摆动过程中,由A 摆到最低点C 时,摆线拉力大小为F 1,摆球加速度大小为a 1;由B 摆到最低点C 时,摆线拉力大小为F 2,摆球加速度大小为a 2,则( ) A .F 1>F 2,a 1=a 2 B .F 1<F 2,a 1=a 2 C .F 1>F 2,a 1>a 2 D .F 1<F 2,a 1<a 2 答案 B 解析 由于洛伦兹力不做功,所以从B 和A 到达C 点的速度大小相等.由a =v 2r 可得a 1=a 2.当由A 运动到C 时,以小球为研究对象,受力分析如图甲所示,F 1+q v B -mg =ma 1.当由B 运动到C 时,受力分析如图乙所示,F 2-q v B -mg =ma 2.由以上两式可得:F 2>F 1,故B 正确. 洛伦兹力的综合应用

图368 3.在两平行金属板间,有如图368所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场.α粒子以速度v 0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时,恰好能沿直线匀速通过.供下列各小题选择的答案有: A .不偏转 B .向上偏转 C .向下偏转 D .向纸内或纸外偏转 (1)若质子以速度v 0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时,质子将________. (2)若电子以速度v 0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时,电子将________. (3)若质子以大于v 0的速度,沿垂直于电场方向和磁场方向从两板正中央射入,质子将________. (4)若增大匀强磁场的磁感应强度,其他条件不变,电子以速度v 0沿垂直于电场和磁场的方向,从两极正中央射入时,电子将________. 答案 (1)A (2)A (3)B (4)C 解析 设带电粒子的质量为m ,带电荷量为q ,匀强电场的电场强度为E 、匀强磁场的磁感应强度为B .带电粒子以速度v 0垂直射入互相正交的匀强电场和匀强磁场中时,若粒子带正电荷,则所受电场力方向向下,大小为qE ;所受磁场力方向向上,大小为Bq v 0.沿直线匀速 通过时,显然有Bq v 0=qE ,v 0=E B ,即沿直线匀速通过时,带电粒子的速度与其质量、电荷量无关.如果粒子带负电荷,电场力方向向上,磁场力方向向下,上述结论仍然成立.所以, (1)(2)两小题应选A.若质子以大于v 0的速度射入两板之间,由于磁场力f =Bq v ,磁场力将大于电场力,质子带正电荷,将向上偏转,第(3)小题应选B.磁场的磁感应强度B 增大时,电子射入的其他条件不变,所受磁场力f =Bq v 0也增大,电子带负电荷,所受磁场力方向向下,将向下偏转,所以第(4)小题应选择C. (时间:60分钟) 题组一 对洛伦兹力方向的判定 1.在以下几幅图中,对洛伦兹力的方向判断不正确的是( )

第3节 洛伦兹力的应用

第3节洛伦兹力的应用 1.初步了解显像管的主要构造和真空显像管的工作原理,并对最新的显像技术有所了解. 2.了解带电粒子的磁偏转在磁流体发电机中的作用,并对其他发电形式中的能量转化有所了解. 3.知道回旋加速器的工作原理,并了解加速器的基本用途.(重点+难点) 一、磁偏转与显像管 显像管主要由电子枪和荧光屏两部分构成,黑白显像管只有一支电子枪,而彩色显像管中有三支电子枪.电子枪是用来发射电子束的,荧光屏在电子束的冲击下会发光. 显像管包括水平和竖直两个磁偏转线圈,磁偏转线圈通入电流时会产生磁场,当电子束通过时将受到洛伦兹力作用,实现水平偏转和竖直偏转. 甲 二、磁偏转与磁流体发电机 磁流体发电机由等离子源、磁极和两个极板三部分构成,当离子源中产生的高温等离子导电气体穿过强磁场的发电通道时,受到洛伦兹力作用,正、负离子分别向两个极板偏转,两个极板接收到带电离子后形成电势差,当两个极板与外电路相连形成闭合电路时,电路中就产生了电流. 乙 1.图乙中的磁流体发电机的A、B两极板,哪一个是发电机的正极? 提示:根据左手定则可知,B板带正电. 三、磁偏转与回旋加速器 1.回旋加速器构造:如图所示,D1,D2是半圆金属扁盒, 丙 D形盒的缝隙处接交流电源.D形盒处于匀强磁场中.

2.回旋加速器原理:交流电周期和粒子做圆周运动的周期相同,粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D 形盒缝隙,两盒间的电势差一次一次地反向,粒子就会被一次一次地加速. 3.美国物理学家劳伦斯制造了第一台回旋加速器,获得了1939年的诺贝尔物理学奖. 2.回旋加速器所加速的粒子的最大速度由电场决定吗? 提示:不是,粒子是在洛伦兹力作用下做圆周运动,半径越大,说明速度越大,因此最大速度由D 形盒半径决定. 磁流体发电机的工作原理 如图所示,A 、B 为两个极板,极板间有匀强磁场,磁场方向向外,与课本图对应,等离子束穿过磁场,根据左手定则可以判断,正电荷偏向B 极板,负电荷偏向A 极板. 正、负离子被极板吸收后,接收正离子的极板B 带正电,接收负离子的极板A 带负电,两极板间产生了电场,电场的出现阻碍了离子的进 一步偏转,此后的离子受到两个力的作用:电场力和洛伦兹力,当这两个力平衡时,离子不再偏转,极板间的电压达到稳定.若磁感应强度为B ,板间距为d ,离子的电荷量为q ,速度为v ,根据平衡条件有:qvB =q U d ,板间电压为:U =Bvd . A 、 B 两极板相当于电源内部,电流在两板间是从负极流向正极的. 如图所示为磁流体发电机的示意图,将气体加热到很高的温度,使它成为等离子体(含有大量正、负离子),让它们以速度v 通过磁感应强度为B 的匀强磁场区,这里有间距为d 的电极a 和b . (1)哪个电极为正极? (2)计算电极间的电势差. (3)计算发电通道两端的压强差. [思路点拨] 本题以磁流体发电机为载体,考查的知识却是物体的受力平衡,能量守恒等知识. [解析] (1)b 板为电源正极. (2)根据平衡时电场力等于洛伦兹力,即 qE =qvB ,E =U d 因此得U =Bvd (即电动势). (3)设负载电阻为R ,电源内阻不计,通道横截面为边长等于d 的正方形,入口处压强为p 1,出口处压强为p 2,当开关闭合后,发电机的电功率为P 电=U 2R =(Bvd )2 R 根据能的转化与守恒定律有: P 电=F 1v -F 2v ,而F 1=p 1S ,F 2=p 2S

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