安培力-洛伦兹力重点分析

知识点：1.安培力：磁场对电流的作用力。2.安培力的方向判断：左手定则，安培力与电流方向、磁场有效方向相互垂直。3.安培力的大小：BLIF。4.磁感应强度：通电导线与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力F与跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值。B=F/IL单位：特（特斯拉）T。是描述磁场强弱的物理量5.匀强磁场：磁场强弱、方向处处相等的磁场。磁通量：在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直面积为S的平面，则磁感应强度B与面积S的乘积叫做磁通量，简称磁通。Φ=BS单位：韦（伯）Wb。标量，但有正负一、应用安培力应注意的问题1、分析受到的安培力时,要善于把立体图,改画成易于分析受力的平面图形2、注意磁场和电流的方向是否垂直二、判断通电导线在安培力作用下的运动方向问题1.画出导线所在处的磁场方向2.确定电流方向3.根据左手定则确定受安培力的方向4.根据受力情况判断运动情况三、处理导线受到安培力的一般思路先对导线进行受力分析,画出导线的受力平面图,然后依照F合=0,F合=ma，列出相应的方程17．（13分）如图所示，两平行光滑的导轨相距l=0.5m，两导轨的上端通过一阻值为R=0.4Ω的定值电阻连接，导轨平面与水平面夹角为θ=30º，导轨处于磁感应强度为B=1T、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，一长度恰等于导轨间距、质量为m=0.5kg的金属棒，由图示位置静止释放，已知金属棒的电阻为r=0.1Ω，导轨电阻不计，g=10m/s2。求：（1）求金属棒释放后，所能达到的最大速度vm；（2）当金属棒速度达v=2m/s时，其加速度的大小；（3）若已知金属棒达最大速度时，下滑的距离为s=10m，求金属棒下滑过程中，棒中产生的焦耳热。BB×BFθθRB1.磁场对电流有力的作用，而通电导体中的电流是由电荷的定向移动形成的。洛伦兹力是作用在运动电荷上的即磁场对运动电荷的力。2.安培力与洛伦兹力的关系：安培力是洛伦兹力的宏观体现，洛伦兹力是安培力的微观表现。3.研究磁场对运动电荷的作用实验结论（阴极射线管）：i、在没有外磁场时,电子沿直线前进,表明运动的电荷没有受到力的作用。ii、当有外磁场时,电子束运动的轨迹发生弯曲,表明运动电荷受到磁场的作用力。4.洛伦兹力的方向判断：左手定则，注意区分正负电荷。洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电荷运动方向。5.关于洛仑兹力的说明：i、洛仑兹力的方向垂直于v和B组成的平面。洛仑兹力永远与速度方向垂直。Ii、洛仑兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小。Iii、洛仑兹力对电荷一定不做功。6.洛仑兹力的大小：qvBF当v，B不垂直时：sinqvBFv，B的夹角。洛仑兹力和电场力的区别：1、电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其运动状态无关；而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用。2、大小：F电＝EqF洛=Bqvsinθ。3、电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向；而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向。4、电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运动除外）；而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功。带电粒子在匀强磁场中的运动：1、带电粒子（重力不计）平行射入匀强磁场，做匀速直线运动。2、带电粒子（重力不计）垂直射入匀强磁场，做匀速圆周运动。3、半径和周期公式rmBq2vvqBmrvqBmrTπ2π2v带电粒子在匀强磁场中做不完整圆周运动圆心的确定：两种基本方法：1、已知入射方向和出射方向：分别做它们的垂线，交点就是圆心。（如图1、2）2、已知入射方向和出射点的位置，做入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作中垂线，这两条垂线的交点就是圆心（如图3）质谱仪的应用：研究物质的同位素工作原理：S1、S2为加速电场，P1、P2之间则为速度选择器,之后进入磁场运动EqqvB11BEvrmBq22vv2qBmvRRBBEmq21回旋加速器：美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器qBmrTπ2π2v1、周期与半径无关2、高频电源的频率应等于离子做圆周运动的频率带电粒子在复合场中运动问题的一般解题步骤：1、选带电粒子为研究对象2、对带电粒子进行受力分析3、依受力情况和初速度情况判定带电粒子的运动形式4、分析运动过程并结合力学规律列方程或画图象，然后求解35．（18分）如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行光滑金属导轨相距l=1m，导轨平面与水平面成θ＝30°角，下端连接“2.5V，0.5W”的小电珠，匀强磁场方向与导轨平面垂直。质量为m=0.02kg、电阻不计的光滑金属棒放在两导轨上，金属棒与两导轨垂直并保持良好接触．取g＝10m/s2．求：（1）金属棒沿导轨由静止刚开始下滑时的加速度大小；（2）当金属棒下滑速度达到稳定时，小电珠正常发光，求该速度的大小；（3）磁感应强度的大小．35.（18分）如图所示装置中，区域I和Ⅲ中分别有竖直向上和水平向右的匀强电场，电场θabθB强度分别为E和2E；Ⅱ区域内有垂直纸面向外的水平匀强磁场，磁感应强度为B。一质量为m、带电量为q的带负电粒子（不计重力）从左边界O点正上方的M点以速度V0水平射人电场，经水平分界线OP上的A点与OP成600角射入Ⅱ区域的磁场，并垂直竖直边界CD进入Ⅲ区域的匀强电场中。求：(1)粒子在Ⅱ区域匀强磁场中运动的轨道半径(2)O、M间的距离(3)粒子从M点出发到第二次通过CD边界所经历的时间35．（18分）解：（1）设金属棒刚开始下滑时的加速度为a,由于金属棒开始下滑的初速为零，根据牛顿第二定律有mamgsin①（3分）代入数据解得5am/s2②（2分）（2）设金属棒运动达到稳定时的速度为v、所受安培力为FA，棒在沿导轨方向受力平衡，则有mgsinθ－FA＝0③（3分）此时金属棒克服安培力做功的功率等于小电珠消耗的电功率，则有P＝FAv④（2分）联立③④式并入代数据解得v＝5m/s⑤（2分）（3）设磁感应强度的大小为B，金属棒切割磁感线产生的感应电动势为BlvE⑥（2分）小电珠正常发光，其两端电压等于E，必有EU灯⑦（2分）联立⑥⑦式并代入数据解得0.5BT⑧（2分）评分说明：其他解法正确的同样给满分。35．（18分）(1)粒子在匀强电场中做类平抛运动，设粒子过A点时速度为v，由类平抛规律知60cos0………（2分）粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得RmBq2………（2分）所以qBmR02.………（2分）(2)设粒子在电场中运动时间为1t，加速度为a。则有maqE……（1分）1060tanat………（1分）即qEmt013………（1分）O、M两点间的距离为qEmatL23212021………（2分）(3)设粒子在Ⅱ区域磁场中运动时间为2t则由几何关系知qBmTt3612………（2分）设粒子在Ⅲ区域电场中运行时间为3t，mqEmEqa22'……………（1分）则qEmaat0038'22'2…………（2分）粒子从M点出发到第二次通过CD边界所用时间为qEmtttt03213qBmqEmqEmqBm3)38(8300…（2分）一、单项选择题13．下列说法正确的是A．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大B．用气筒给自行车打气，越打越费劲，说明气体分子之间有斥力C．教室内看到透过窗子的“阳光柱”里粉尘颗粒杂乱无章的运动，这种运动是布朗运动D．露珠呈球形状是由于液体表面张力的作用14．如图所示是一定质量的理想气体的P—T图线（P为气体压强，T为气体温度），当气体状态发生沿图线A到B的变化,下列说法中正确的是A．气体体积增加第14题图B．外界对气体做功C．气体内能增加D．气体分子平均动能减少15．如图舰载机保持牵引力F大小不变在匀速航行的航母上降落时受到阻拦而静止，此时阻拦索夹角=120o，空气阻力和甲板阻力不计，则阻拦索承受的张力大小为A.F/2B.FC.3FD.2F16.如图中的变压器为理想变压器，原、副线圈的匝数之比为1:10.变压器的原线圈接的电压u=1002sin50πt（V），电压表为理想电表接在副线圈两端。则A．电压表的读数为10VB．电压表的读数1002VC．电压表的读数约为102VD．电压表的读数与电阻R有关二、双项选择题：（本大题共9个小题，每小题6分，共54分，每小题给出的四个选项中，有两个选项符合题目要求，全部选对者的得6分，只选1项且正确的得3分；有错选或不答的得0分）17.下列关于原子和原子核的说法正确的是A．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分B．α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构C．氢原子核外电子轨道半径越大，其能量越高D．氢原子核外电子轨道半径越小，其能量越高18.目前我国已发射北斗导航地球同步卫星十六颗，大大提高了导航服务质量，这些卫星A．环绕地球运行可以不在同一条轨道上B．运行角速度相同C．运行速度大小相等，且都大于7.9km/sD．向心加速度大于静止在赤道上物体的向心加速度的大小。19．瀑雨前，有一云层（相当于带电体）正慢慢靠近地面，某野外地面附近有一质量较小的带电体被吸上天空，以下说法正确的是A．带电体在上升中电势能越来越大B．带电体在上升中跟云层间的电势差越来越大C．带电体在上升中所处环境的电场强度是越来越大D．带电体的加速度越来越大20、如图所示平行的金属双轨与电路处在竖直向下的第16题图匀强磁场B中，一金属杆放在金属双轨上在恒定外力F作用下作匀速运动，则在开关SA.闭合瞬间通过金属杆的电流增大B闭合瞬间通过金属杆的电流减小C．闭合后金属杆先减速后匀速D．闭合后金属杆先加速后匀速21．对下列各图蕴含的信息理解正确的是A．图甲的重力—质量图像说明同一地点的重力加速度相同B．图乙的位移—时间图像表示该物体受力平衡C．图丙的重力势能—时间图像表示该物体克服重力做功D．图丁的速度—时间图像表示该物体的合力随时间增大题号131415161718192021答案DCBABCBDCDACAB