第五節(jié) 研究洛倫茲力
[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.知道陰極射線是從陰極發(fā)射出來的電子束. 2.知道洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向及磁感應(yīng)強(qiáng)度方向間的關(guān)系,會(huì)用左手定則判斷洛倫茲力的方向.(重點(diǎn)) 3.理解洛倫茲力和安培力的關(guān)系,能會(huì)推導(dǎo)洛倫茲力的計(jì)算公式并會(huì)計(jì)算洛倫茲力.(重點(diǎn)、難點(diǎn)) 4.知道速度選擇器原理.
一、洛倫茲力的方向
1.洛倫茲力
荷蘭物理學(xué)家洛倫茲于1895年發(fā)表了磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力公式,人們稱這種力為洛倫茲力.
2.陰極射線
在陰極射線管中,從陰極發(fā)射出來的電子束稱為陰極射線.
3.洛倫茲力的方向判定——左手定則
伸開左手,使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直,且處于同一平面內(nèi),把手放入磁場(chǎng)中,讓磁感線垂直穿入手心,四指指向?yàn)?u>正電荷運(yùn)動(dòng)的方向,那么,拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向.
二、洛倫茲力的大小
1.公式推導(dǎo)
如圖,有一段長(zhǎng)為L的通電導(dǎo)線,橫截面積為S,單位體積內(nèi)含有的自由電荷數(shù)為n,每個(gè)自由電荷的電荷量為q,定向移動(dòng)的平均速度為v,垂直放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.
導(dǎo)體所受安培力:F=BIL.
導(dǎo)體中的電流:I=nqSv.
導(dǎo)體中的自由電荷總數(shù):N=nSL.
由以上各式可推得,每個(gè)電荷所受洛倫茲力的大小為f==qvB.
2.洛倫茲力的計(jì)算公式:f=qvB.
1.正誤判斷
(1)電荷在磁場(chǎng)中一定會(huì)受到洛倫茲力的作用. (×)
(2)僅在洛倫茲力作用下,電荷的動(dòng)能一定不會(huì)變化. (√)
(3)應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力的方向時(shí),四指一定指向電荷運(yùn)動(dòng)方向. (×)
(4)公式f=qvB,用于任何情況. (×)
(5)洛倫茲力和安培力是性質(zhì)不同的兩種力. (×)
2.(多選)如圖是表示磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B、負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)速度v和磁場(chǎng)對(duì)負(fù)電荷洛倫茲力F的相互關(guān)系圖,這四個(gè)圖中正確的是(B、v、F兩兩垂直)( )
ABC [根據(jù)左手定則,使磁感線垂直穿入手心,四指指向v的反方向,從大拇指所指方向可以判斷,A、B、C圖中所標(biāo)洛倫茲力方向正確,D圖中所標(biāo)洛倫茲力方向錯(cuò)誤.]
3.兩個(gè)帶電粒子以相同的速度垂直磁感線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng),兩粒子質(zhì)量之比為1∶4,電量之比為1∶2,則兩帶電粒子受洛倫茲力之比為( )
A.2∶1 B.1∶1
C.1∶2 D.1∶4
C [帶電粒子的速度方向與磁感線方向垂直時(shí),洛倫茲力F=qvB,與電荷量成正比,與質(zhì)量無關(guān),C項(xiàng)正確.]