第20講 磁場對電荷的作用-洛倫茲力 高中物理選修3-1

2021-01-15 高中學習幫

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知識點總結

基礎知識 一、洛侖茲力

磁場對運動電荷的作用力

1.洛倫茲力的公式: f=qvB sinθ,θ是V、B之間的夾角.

2.當帶電粒子的運動方向與磁場方向互相平行時,F=0

3.當帶電粒子的運動方向與磁場方向互相垂直時,f=qvB

4.只有運動電荷在磁場中才有可能受到洛倫茲力作用,靜止電荷在磁場中受到的磁場對電荷的作用力一定為0.

 

二、洛倫茲力的方向

1.洛倫茲力F的方向既垂直於磁場B的方向,又垂直於運動電荷的速度v的方向,即F總是垂直於B和v所在的平面.

2.使用左手定則判定洛倫茲力方向時,伸出左手,讓姆指跟四指垂直,且處於同一平面內,讓磁感線穿過手心,四指指向正電荷運動方向(當是負電荷時,四指指向與電荷運動方向相反)則姆指所指方向就是該電荷所受洛倫茲力的方向.


三、洛倫茲力與安培力的關係

1.洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力,而安培力是導體中所有定向稱動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現.

2.洛倫茲力一定不做功,它不改變運動電荷的速度大小;但安培力卻可以做功.


四、帶電粒子在勻強磁場中的運動

1.不計重力的帶電粒子在勻強磁場中的運動可分三種情況:

一是勻速直線運動;

二是勻速圓周運動;

三是螺旋運動.

2.不計重力的帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的軌跡半徑r=mv/qB;

其運動周期T=2πm/qB(與速度大小無關).

3.不計重力的帶電粒子垂直進入勻強電場和垂直進入勻強磁場時都做曲線運動,但有區別:

帶電粒子垂直進入勻強電場,在電場中做勻變速曲線運動(類平拋運動);

垂直進入勻強磁場,則做變加速曲線運動(勻速圓周運動).

 

規律方法

1、帶電粒子在磁場中運動的圓心、半徑及時間的確定

(1)用幾何知識確定圓心並求半徑.

 因為F方向指向圓心,根據F一定垂直v,畫出粒子運動軌跡中任意兩點(大多是射入點和出射點)的F或半徑方向,其延長線的交點即為圓心,再用幾何知識求其半徑與弦長的關係.

 (2)確定軌跡所對應的圓心角,求運動時間.

 先利用圓心角與弦切角的關係,或者是四邊形內角和等於3600(或2π)計算出圓心角θ的大小,再由公式t=θT/3600(或θT/2π)可求出運動時間.

(3)注意圓周運動中有關對稱的規律.

  如從同一邊界射入的粒子,從同一邊界射出時,速度與邊界的夾角相等;在圓形磁場區域內,沿徑向射入的粒子,必沿徑向射出.

 

2、洛侖茲力的多解問題

(1)帶電粒子電性不確定形成多解.

帶電粒子可能帶正電荷,也可能帶負電荷,在相同的初速度下,正負粒子在磁場中運動軌跡不同,導致雙解.

(2)磁場方向不確定形成多解.

若只告知磁感應強度大小,而未說明磁感應強度方向,則應考慮因磁場方向不確定而導致的多解.

(3)臨界狀態不惟一形成多解.

帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場時,它可能穿過去,也可能偏轉1800從入射界面這邊反向飛出.另在光滑水平桌面上,一絕緣輕繩拉著一帶電小球在勻強磁場中做勻速圓周運動,若繩突然斷後,小球可能運動狀態也因小球帶電電性,繩中有無拉力造成多解.

(4)運動的重複性形成多解.

如帶電粒子在部分是電場,部分是磁場空間運動時,往往具有往復性,因而形成多解.

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