高中物理洛倫茲力做功的特點及衝量的應用

2021-01-19 物理提分營

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洛倫茲力每時每刻都與速度方向垂直,所以洛倫茲力對帶電粒子不做功,它只起到改變帶粒子運動方向的作用,不改變粒子的速率,也不改變粒子的動能。



如圖1,一帶電粒子電量為q,在磁感應強度為B的勻強磁場中做勻速圓周運動,速度為v。某時刻v與x軸的夾角為,則它受到的洛倫茲力F與y軸的夾角也為。分別將v、F正交分解,可知:

在時間t內F沿x軸方向的衝量為:

同理,F在y軸方向的衝量為:


例1. 如圖2所示,在豎直絕緣的平臺上,一個帶正電的小球以水平速度拋出,方向與垂直紙面向裡的磁場方向垂直,小球飛離平臺後落在地板上,設著地速度的水平分量為,豎直分量為。若磁場減弱,其它條件不變,小球著地速度的水平分量為,豎直分量為。則:( )

A. 

B. 

C. 

D. 

分析:設平臺高為h,因為洛倫茲力在x方向分量向右,由洛倫茲力在x方向的衝量及動量定理得:

可知,h一定,而

,故C正確。

又由於洛倫茲力總不做功,兩種情況下小球都只有重力做功且做功均為mgh,由動能定理可知小球落地速率相等,即

再由,B正確。

故本題的正確答案為BC。


例2. 如圖3所示,是兩塊面積很大,互相平行又相距較近的帶電金屬板,相距為d,兩板間的電勢差為U。同時,在這兩板間還有垂直紙面向外的勻強磁場。一束電子通過左側帶負電的板上的小孔,沿垂直於金屬板的方向射入磁場,為使該電子束不碰到右側帶正電的板,問所加磁場的磁感應強度至少要多大?電子的重力以及從小孔射入時的初速度均可不計。

分析:電子在電場力作用下開始向右加速運動,同時受到洛倫茲力作用而向上偏轉。為使電子束不碰到右板,臨界條件是當電子到達板時,速度方向剛好與板平行。

電場力水平向右,電子在豎直方向上只受洛倫茲力作用,由洛倫茲力的衝量公式和動量定理有:

在電子的運動過程中,電場力做正功,洛倫茲力不做功,由動能定理有:

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