微型專題8 洛倫茲力作用下的實例分析
[學(xué)科素養(yǎng)與目標要求]
物理觀念:知道速度選擇器、磁流體發(fā)電機、電磁流量計和霍爾效應(yīng)的原理.
科學(xué)思維:進一步了解洛倫茲力在科技生活中的應(yīng)用,提高學(xué)生的綜合分析和計算能力.
科學(xué)態(tài)度與責任:體會洛倫茲力的應(yīng)用實例給現(xiàn)代科技生活帶來的變化.
一、速度選擇器
1.裝置及要求
如圖1,兩極板間存在勻強電場和勻強磁場,二者方向互相垂直,帶電粒子從左側(cè)射入,不計粒子重力.
圖1
2.帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qE=qvB,即v=.
3.速度選擇器的特點
(1)v的大小等于E與B的比值,即v=.速度選擇器只對選擇的粒子速度有要求,而對粒子的質(zhì)量、電荷量大小及帶電正、負無要求.
(2)當v>時,粒子向f方向偏轉(zhuǎn),F電做負功,粒子的動能減小,電勢能增大.
(3)當v<時,粒子向F電方向偏轉(zhuǎn),F電做正功,粒子的動能增大,電勢能減。
例1 在兩平行金屬板間,有如圖2所示的互相正交的勻強電場和勻強磁場.α粒子以速度v0從兩板左側(cè)正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時,恰好能沿直線勻速通過.供下列各小題選擇的選項有:
圖2
A.不偏轉(zhuǎn)
B.向上偏轉(zhuǎn)
C.向下偏轉(zhuǎn)
D.向紙內(nèi)或紙外偏轉(zhuǎn)
(1)若質(zhì)子以速度v0從兩板左側(cè)正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時,質(zhì)子將________.
(2)若電子以速度v0從兩板左側(cè)正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時,電子將________.
(3)若質(zhì)子以大于v0的速度從兩板左側(cè)正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時,質(zhì)子將________.
(4)若增大勻強磁場的磁感應(yīng)強度,其他條件不變,電子以速度v0沿垂直于電場和磁場的方向,從兩板左側(cè)正中央射入時,電子將________.
答案 (1)A (2)A (3)B (4)C
解析 設(shè)帶電粒子的帶電荷量為q,勻強電場的電場強度為E,勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B.帶電粒子以速度v0從左側(cè)垂直射入正交的勻強電場和勻強磁場中時,若粒子帶正電荷,則所受電場力方向向下,大小為qE;所受磁場力方向向上,大小為Bqv0.沿直線勻速通過時,顯然有Bqv0=qE,v0=,即沿直線勻速通過時,帶電粒子的速度與其帶電荷量無關(guān).如果粒子帶負電荷,所受電場力方向向上,磁場力方向向下,上述結(jié)論仍然成立.所以,第(1)(2)兩小題應(yīng)選A.若質(zhì)子以大于v0的速度從左側(cè)射向兩板之間,所受磁場力將大于電場力,質(zhì)子帶正電荷,將向上偏轉(zhuǎn),第(3)小題應(yīng)選B.磁場的磁感應(yīng)強度B增大,其他條件不變,電子所受磁場力大于電場力,電子帶負電荷,所受磁場力方向向下,將向下偏轉(zhuǎn),所以第(4)小題應(yīng)選C.