第四時：洛侖茲力
考點(diǎn)要求與解讀：
1.洛侖茲力 洛侖茲力的方向Ⅰ
2.洛侖茲力公式II
3.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動Ⅱ
4.質(zhì)譜儀 回旋加速器Ⅰ
基礎(chǔ)知識梳理：
1、洛侖茲力 叫洛侖茲力。通電導(dǎo)線所受到的安培力實(shí)際上是作用在運(yùn)動電荷上的洛侖茲力的 。
2、洛侖茲力的方向：用左手定則判定。應(yīng)用左手定則要注意：
（1）判定負(fù)電荷運(yùn)動所受洛侖茲力的方向，應(yīng)使四指指向電荷運(yùn)動的 方向。
（2）洛侖茲力的方向總是既垂直于 又垂直于 ，即總是垂直于 所決定的平面。但在這個平面內(nèi)電荷運(yùn)動方向和磁場方向卻不一定垂直，當(dāng)電荷運(yùn)動方向與磁場方向不垂直時，應(yīng)用左手定則不可能使四指指向電荷運(yùn)動方向的同時讓磁感線垂直穿入手心，這時只要磁感線從手心穿入即可。
3、洛侖茲力的大小
f= ，其中 是帶電粒子的運(yùn)動方向與磁場方向的夾角。
（1）當(dāng) =90°，即v的方向與B的方向垂直時，f= ，這種情況下洛侖茲力 。
（2）當(dāng) =0°，即v的方向與B的方向平行時，f= 最小。
（3）當(dāng)v=0，即電荷與磁場無相對運(yùn)動時，f= ，表明了一個重要結(jié)論：磁場只對相對于磁場運(yùn)動的電荷有作用力，而對相對磁場靜止的電荷沒有作用力。
4、洛侖茲力作用效果特點(diǎn)
由于洛侖茲力總是垂直于電荷運(yùn)動方向，因此洛侖茲力總是 功。它只能改變運(yùn)動電荷的速度 （即動量的方向），不能改變運(yùn)動電荷的速度 （或動能）。
5、帶電粒子在磁場中運(yùn)動（不計(jì)其它作用）
（1）若v//B，帶電粒子以速度v做 運(yùn)動（此情況下洛倫茲力F=0）
（2）若v⊥B，帶電粒子在垂直于磁感線的平面內(nèi)以入射速度v做 運(yùn)動。
①向心力由洛倫茲力提供： =m ②軌道半徑公式：R= = 。
③周期：T= = ，頻率：f= = 。 角頻率： 。
說明：T、F和 的兩個特點(diǎn)：①T、f和 的大小與軌道半徑（R）和運(yùn)動速率（v）無關(guān)，只與 和 有關(guān)；
②比荷（ ）相同的帶電粒子，在同樣的勻強(qiáng)磁場中，T、f和 相同。
6．質(zhì)譜儀是一種十分精密的儀器，是測量帶電粒子的　　和分析　　　的重要工具。
7．回旋加速器：(1)使帶電粒子加速的方法有：經(jīng)過多次　　直線加速；利用電場　　和磁場的　　作用，回旋　速。
(2) 回旋加速器是利用電場對電荷的加速作用和磁場對運(yùn)動電荷的偏轉(zhuǎn)作用，在　　的范圍內(nèi)獲得　　　　的裝置。
(3)為了保證每次帶電粒子經(jīng)過狹縫時均被加速，使之能量不斷提高，要在狹縫處加一個　　電壓，產(chǎn)生交變電場的頻率跟粒子運(yùn)動的頻率　　。
⑷帶電粒子獲得的最大能量與D形盒　　有關(guān)。
[典型例題]：
1、洛侖茲力的作用特點(diǎn)：
例1．有關(guān)電荷所受電場力和洛倫茲力的說法中，正確的是（　 　）
A．電荷在磁場中一定受磁場力的作用B．電荷在電場中一定受電場力的作用
C．電荷受電場力的方向與該處的電場方向一致
D．電荷若受磁場力，則受力方向與該處的磁場方向垂直
例2：如圖3所示，一個帶正電q的小帶電體處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，若小帶電體的質(zhì)量為m，為了使它對水平絕緣面正好無壓力，應(yīng)該（ ）
A．使B的數(shù)值增大B．使磁場以速率 v＝mgqB，向上移動
C．使磁場以速率v＝mgqB，向右移動D．使磁場以速率v＝mgqB，向左移動
2、帶電粒子在磁場中的運(yùn)動
例3、一個長螺線管通有交流電.把一個帶電粒子沿管軸射入管中,粒子將在管中：（ ）
A、作圓周運(yùn)動 B、作勻加速直線運(yùn)動 C、沿軸線回運(yùn)動 D、作勻速直線運(yùn)動
例4、質(zhì)子和粒子由靜止出發(fā)經(jīng)同一電場加速后，沿垂直于磁感線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場則它們在磁場中各運(yùn)動參量之間關(guān)系是：（ ）
A、速率之比為 B、周期之比為 C、半徑之比為 D、向心加速度之比為
3、帶電粒子在有界磁場中的運(yùn)動分析
例5 質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子，以初速度v0垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、寬度為L的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，如圖8所示。求
(1)帶電粒子的運(yùn)動軌跡及運(yùn)動性質(zhì) (2)帶電粒子運(yùn)動的軌道半徑
(3)帶電粒子離開磁場電的速率 (4)帶電粒子離開磁場時的偏轉(zhuǎn)角θ
(5)帶電粒子在磁場中的運(yùn)動時間t (6)帶電粒子離開磁場時偏轉(zhuǎn)的側(cè)位移

例6、如圖所示一足夠長的矩形區(qū)域abcd內(nèi)充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，現(xiàn)從矩形區(qū)域ad邊的中點(diǎn)O處，垂直磁場射入一速度方向與ad邊夾角30°，大小為v¬0¬的帶正電粒子，已知粒子質(zhì)量為m，電量為q，ad邊長為l，重力影響不計(jì)。
（1）試求粒子能從ab邊上射出磁場的v0的大小范圍。
（2）粒子在磁場中運(yùn)動的最長時間是多少？

例7、一個負(fù)離子，質(zhì)量為m，電量大小為q，以速率v垂直于屏S經(jīng)過小孔O射入存在著勻強(qiáng)磁場的真空室中(如圖)。磁感應(yīng)強(qiáng)度 B的方向與離子的運(yùn)動方向垂直，并垂直于右圖紙面向里。
(1)求離子進(jìn)入磁場后到達(dá)屏S上時的位置與O點(diǎn)的距離。
(2)如果離子進(jìn)入磁場后經(jīng)過時間t到達(dá)位置P，求：直線OP與離子入射方向之間的夾角θ跟t的關(guān)系。

4．質(zhì)譜儀：
例8、 如圖3所示，一質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S1飄入電勢差為U的加速電場。然后讓粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中做勻速圓周運(yùn)動，最后打到照相底片D上，如圖3所示。求
①粒子進(jìn)入磁場時的速率；
②粒子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑。

例9、已知回旋加速器中D形盒內(nèi)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1.5T，D形盒的半徑為R＝60 cm，兩盒間電壓U＝2×104 V，今將α粒子從間隙中心某處向D形盒內(nèi)近似等于零的初速度，垂直于半徑的方向射入，求粒子在加速器內(nèi)運(yùn)行的時間的最大可能值。

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