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磁场对运动电荷的作用力

来源:101教育网整理 2018-09-26 字体大小: 分享到:
高三个性化提分


· 磁场对运动电荷的作用力知识点


一、黄金知识点:

1、洛伦兹力概念;

2、洛伦兹力的方向;

3、洛伦兹力的大小;

4、带电粒子的圆周运动;

5、轨道的半径和周期;

二、要点大揭密:

1、洛伦兹力的概念:运动电荷所受磁场的作用力。

注意:通电导线所受到的安培力实际上是作用在运动电荷的洛仑兹的宏观表现而已。

2、洛伦兹力的方向:用左手定则判定,注意四指指向正电荷运动方向(或负电荷运动的相

反方向),洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向垂直。

3、洛伦兹力的大小:当电荷运动的速度v方向与磁感应强度B的方向垂直时f = qvB,当B

与v平行时电荷不受洛伦兹力(f = 0 )。当电荷相对于磁场静止时,电荷不受洛伦兹力(f=0)。

4、洛伦兹力永远与速度v垂直,故洛伦兹力永远不做功。

例1、带电为+q的粒子在匀强磁场中运动,下面说法中正确的是:

A、只要速度大小相同,所受洛伦兹力就相同;

B、如果把+q改为-q,且速度反向大小不变,则洛伦兹力的大小,方向不变;

C、洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直,磁场方向一定与电荷运动方向垂直;

D、粒子只受到洛伦兹力作用下运动的动能、动量均不变。

分析与解答:

因为洛伦兹力的大小不但与粒子速度大小有关,而且与粒子速度方向的方向有关,如

当粒子速度与磁场垂直时f = qvB,当粒子速度与磁场平行时f = 0 ,再者由于洛伦兹力

的方向永远与粒子的速度方向垂直,因而速度方向不同时,洛伦兹力方向也不同,所以

A选项错。

因为+q改为-q,且速度反向时所形成的电流方向与原+q运动形成的电流方向相同,由

左手定则可知洛伦兹力方向不变,再由f = qvB知大小不变,所以B选项正确。

因为电荷进入磁场时的速度方向可以与磁场方向成任意角,所以C选项错。

因为洛伦兹力总与速度方向垂直,因此洛伦兹力不做功,粒子动能不变,但洛伦兹力可

改变粒子的运动方向,使动量的方向不断改变,所以D选项错

5、带电粒子以一定的初速度与磁场方向垂直进入匀强磁场时运动情况分析:由于洛伦兹力总是跟粒子运动方向垂直,对粒子不做功,它只改变粒子运动的方向,而不改变粒子的速率,所以粒子受到的洛伦兹力f = qvB 的大小是恒定的且f 的方向始终与v垂直。故这个力f充当向心力,因此,粒子的运动一定是匀速圆周运动。

6、、轨道的半径与周期:

由f洛 = F向 ,得:qvB = m = m( ) r ;

所以,轨道半径为r = ; 运动周期为T =

注意:带电粒子的运动周期与轨道半径和粒子的速率无关,只跟粒子的质荷比 成正比,跟磁感强度成反比。

7、在磁场中作匀速圆周运动的带电粒子,其轨迹半径变化有两种情况:

(1)由于动能变化,也即是速率v变化,由r = 得知r 也随之发生变化,动能增大半径r增大,动能减小半径r减小。

(2)由于B变化,由r = 知r也变化。

8、带电粒子在匀强磁场中做圆周运动问题的分析方法和注意问题:

(1)牢记f洛 = F向心 ,进而导出周期和轨道半径。

(2)由运动轨迹找出圆心,进而确定轨道半径的方法:粒子在任意两处的洛伦兹力延长线

一定交于圆心,由圆心和轨迹几何知识可确定轨迹的半径。

(3)用周期来分析粒子在磁场中运动时间:先判定运动路程相当于多少个周长,再由t = n T 。



· 磁场对运动电荷的作用力典型例题


题目

(多选题)一个运动电荷在某个空间里没有受到洛伦兹力的作用,那么 ( )

A. 这个空间一定没有磁场

B. 这个空间不一定没有磁场

C. 这个空间可能有方向与电荷运动方向平行的磁场

D. 这个空间可能有方向与电荷运动方向垂直的磁场

答案

BC

解析:

试题分析:由题意知,运动电荷在某个空间里没有受到洛伦兹力,可能空间没有磁场,也可能存在磁场,但磁场方向与电荷运动方向平行,故A错误、BC正确.若磁场方向与电荷运动方向垂直,电荷一定受到洛伦兹力,不符合题意.故D错误.故选BC

考点:本题考查对洛伦兹力的理解能力.

点评:电荷在磁场中有两种情况不受洛伦兹力:一种电荷静止,一种电荷的运动方向与磁场方向平行。


题目

有关洛仑兹力和安培力的描述,正确的是( )

A. 通电直导线处于匀强磁场中一定受到安培力的作用

B. 安培力是大量运动电荷所受洛仑兹力的宏观表现

C. 带电粒子在匀强磁场中运动受到洛仑兹力做正功

D. 通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行

答案

B

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