洛倫茲力例題(有解析)復(fù)習(xí)課程

1、精品文檔精品文檔洛侖茲力典型例題例 1一個帶電粒子，沿垂直于磁場的方向射入一勻強(qiáng)磁場 粒子的一段徑跡如圖所示，徑跡上的每一小段都可近似看成圓弧由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減小（帶電量不變）從圖中情況可以確定 a粒子從 a到 b，帶正電b粒子從 b 到 a，帶正電c粒子從 a 到 b，帶負(fù)電d粒子從 b 到 a，帶負(fù)電r=mvqb，由于 q 不變，粒子的軌道半徑逐漸減小， 由此斷定粒子從 b 到 a運動再利用左手定則確定粒子帶正電答 b例 2在圖中虛線所圍的區(qū)域內(nèi)， 存在電場強(qiáng)度為 e 的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度為 b 的勻強(qiáng)磁場已知從左方水平射入的電子，穿過這區(qū)域時未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，設(shè)重

2、力可忽略不計，則在這區(qū)域中的e 和 b 的方向可能是 ae 和 b 都沿水平方向，并與電子運動的方向相同be 和 b 都沿水平方向，并與電子運動的方向相反ce 豎直向上， b 垂直紙面向外de 豎直向上， b 垂直紙面向里精品文檔精品文檔分析 不計重力時，電子進(jìn)入該區(qū)域后僅受電場力fe和洛侖茲力 fb作用要求電子穿過該區(qū)域時不發(fā)生偏轉(zhuǎn)電場力和洛侖茲力的合力應(yīng)等于零或合力方向與電子速度方向在同一條直線上當(dāng) e 和 b 都沿水平方向，并與電子運動的方向相同時，洛侖茲力fb等于零，電子僅受與其運動方向相反的電場力fe作用，將作勻減速直線運動通過該區(qū)域當(dāng) e 和 b 都沿水平方向，并與電子運動的方向相

3、反時，fb=0，電子僅受與其運動方向相同的電場力作用，將作勻加速直線運動通過該區(qū)域當(dāng) e 豎直向上， b 垂直紙面向外時，電場力fe豎直向下，洛侖茲力fb動通過該區(qū)域當(dāng) e 豎直向上， b 垂直紙面向里時， fe和 fb都豎直向下，電子不可能在該區(qū)域中作直線運動答 a、b、c例 3如圖 1 所示，被 u=1000v 的電壓加速的電子從電子槍中發(fā)射出來，沿直線 a方向運動，要求擊中在=3 方向，距槍口 d=5cm 的目標(biāo) m，已知磁場垂直于由直線 a和 m 所決定的平面，求磁感強(qiáng)度分析 電子離開槍口后受洛侖茲力作用做勻速圓周運動，要求擊中目標(biāo)m，必須加上垂直紙面向內(nèi)的磁場， 如圖 2 所示通過幾

4、何方法確定圓心后就可迎刃而解了精品文檔精品文檔解 由圖得電子圓軌道半徑r=d2sin說明帶電粒子在洛侖茲力作用下做圓周運動時，圓心位置的確定十分重要 本題中通過幾何方法找出圓心pm 的垂直平分線與過p點垂直速度方向的直線的交點 o，即為圓心當(dāng)帶電粒子從有界磁場邊緣射入和射出時，通過入射點和出射點，作速度方向的垂線，其交點就是圓心例 4兩塊長為 l、間距為 d 的平行金屬板水平放置， 處于方向垂直紙面向外、磁感強(qiáng)度為 b 的勻強(qiáng)磁場中，質(zhì)量為m、電量為 e的質(zhì)子從左端正中a 處水平射入（如圖）為使質(zhì)子飛離磁場而不打在金屬板上，入射速度為_分析審清題意可知， 質(zhì)子臨界軌跡有兩條： 沿半徑為 r 的

5、圓弧 ab 及沿半徑為 r 的圓弧 ac解根據(jù) r2=l2+（rd2）2，得精品文檔精品文檔說明 若不注意兩種可能軌跡，就會出現(xiàn)漏解的錯誤例 5三個速度大小不同的同種帶電粒子，沿同一方向從圖1 長方形區(qū)域的勻強(qiáng)磁場上邊緣射入，當(dāng)它們從下邊緣飛出時對入射方向的偏角分別為90、60、30則它們在磁場中運動時間之比為 a111b123c321分析同種粒子以不同速度射入同一勻強(qiáng)磁場中后，做圓運動的周期相同 由出射方向?qū)θ肷浞较虻钠谴笮】芍?，速度為v1的粒子在磁場中的精品文檔精品文檔為了進(jìn)一步確定帶電粒子飛經(jīng)磁場時的偏轉(zhuǎn)角與時間的關(guān)系，可作一般分析 如圖 2，設(shè)帶電粒子在磁場中的軌跡為曲線mn通過入射

6、點和出射點作速度方向的垂線相交得圓心o由幾何關(guān)系知， 圓弧 mn 所對的圓心角等于出射速度方向?qū)θ肷渌俣确较虻钠橇Ｗ油ㄓ懘艌龅臅r間因此，同種粒子以不同速度射入磁場，經(jīng)歷的時間與它們的偏角 成正比，即t1t2t3906030=321答 c例 6在 xoy 平面內(nèi)有許多電子（質(zhì)量為m、電量為 e），從坐標(biāo) o 不斷以相同速率 v0沿不同方向射入第一象限，如圖1 所示現(xiàn)加一個垂直于xoy 平面向內(nèi)、磁感強(qiáng)度為 b 的勻強(qiáng)磁場，要求這些電子穿過磁場后都能平行于x 軸向 x正方向運動，求符合該條件磁場的最小面積從 o點射入的電子做 14 圓周運動后（圓心在x 軸上 a 點）沿 x 正方向運動，軌跡上任

7、一點均滿足坐標(biāo)方程（rx）2 + y2 = r2， 如圖 2 中圖線 i；而沿與 x 軸任意角 （90 0）射入的電子轉(zhuǎn)過一段較短弧，例如 op 或 oq 等也將沿 x 正方向運動，于是p 點（圓心在 a）、 q點（圓心在 a）等均滿足坐標(biāo)方程精品文檔精品文檔x2 +（ry）2 = r2 更應(yīng)注意的是此方程也恰是半徑為r、 圓心在 y 軸上 c 點的圓上任一點的坐標(biāo)方程數(shù)學(xué)上的相同規(guī)律揭示了物理的相關(guān)情景解顯然，所有射向第一象限與x 軸成任意角的電子， 經(jīng)過磁場一段圓弧運動，均在與弧的交點處開始向x 軸正方向運動，如圖中p、q 點等故該磁場分布的最小范圍應(yīng)是、兩圓弧的交集，等效為圖3 中兩弓形

8、面積之和，即例 7如圖 1 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、方向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 o 處垂直磁場射入一速度方向跟 ad邊夾角為 30、大小為 v0的帶電粒子已知粒子質(zhì)量為m，電量為 q，ad邊長為 l，重力影響忽略不計（1）試求粒子能從 ab 邊上射出磁場的 v0的大小范圍？（ 2）問粒子在磁場中運動的最長時間是多少？）在這種情況下，粒子從磁場區(qū)域的某條邊射出，試求射出點在這條邊上的范圍分析 設(shè)帶電粒子在磁場中正好經(jīng)過cd 邊（相切），從 ab 邊射出時速度為v1，軌跡如圖 2 所示有以下關(guān)系：精品文檔精品文檔據(jù)幾何關(guān)系分析得r1=l 又設(shè)帶

9、電粒子在磁場中正好經(jīng)過ab邊(相切），從 ad邊射出時速度為 v2，則解因此，帶電粒子從ab邊射出磁場的 v0的大小范圍為：v1v0v2，（2）帶電粒子在磁場中的周期精品文檔精品文檔帶電粒子在磁場中運動軌跡占圓周比值最大的，運動時間最長據(jù)幾何間例 8如圖所示，在一矩形區(qū)域內(nèi)存在互相垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場電場強(qiáng)度為 e、磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，復(fù)合場的水平寬度d，豎直方向足夠長現(xiàn)有一束電量為 q、質(zhì)量為 m 的 粒子，初速度 v0各不相同，沿電場方向進(jìn)入場區(qū)，能逸出場區(qū)的 粒子的動能增量 ek為 aq（b+e）d bqedb ceqd分析 粒子重力可以忽略不計粒子進(jìn)入電磁場時，除受電場力外還受到洛侖茲

10、力作用，因此 粒子速度大小變化，速度方向也變化洛侖茲力對電荷不做功，電場力對電荷做功 運動電荷從左進(jìn)從右出 根據(jù)動能定理 w=ek，即ek=eqd，選項 c 正確如果運動電荷從左進(jìn)左出，電場力做功為零，那么選項 d 正確例 9如圖 1 所示，在空間存在著水平方向的勻強(qiáng)磁場和豎直方向的勻強(qiáng)電場電場強(qiáng)度為 e，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 b在某點由靜止釋放一個帶電液滴a，它運動到最低點處， 恰與一個原來處于靜止的液滴b 相撞撞后兩液體合為一體， 沿水平方向做直線運動 已知液滴 a的質(zhì)量是液滴 b 的質(zhì)量的 2 倍，液滴 a所帶電量是液滴 b 所帶電量的 4 倍求兩液滴初始位置的高度差h（設(shè) a、b 之間的靜電力

11、可以不計）精品文檔精品文檔分析由帶電液滴 a 的運動軌跡可知它受到一個指向曲率中心的洛侖茲力，由運動方向、洛侖茲力方向和磁場方向可判斷出液滴a 帶負(fù)電荷液滴 b 靜止時，靜電力與重力平衡，可知它帶正電荷本題包含三個過程，一個是液滴a 由靜止釋放到運動至b 處，其間合外力（靜電力和重力）對液滴 a做功，使它動能增加 另一個是碰撞過程， 液滴 a 與 b 相碰，動量守恒第三個過程是水平方向直線運動，豎直方向合外力為零解 設(shè) a 的質(zhì)量為 2m，帶電量為 -4q，b 的質(zhì)量為 m，帶電量為 q碰撞： 2mv1=3mv2， 碰后： 3eq+3mg=3qv2b（圖 2c） 例 10如圖所示，在 x 軸上

12、方是垂直紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b 的勻強(qiáng)磁場，在 x 軸下方是方向與 y 軸正方向相反的場強(qiáng)為e 的勻強(qiáng)電場，已知沿x 軸方向跟坐標(biāo)原點相距為l 處有一垂直于 x 軸的屏 mn現(xiàn)有一質(zhì)量 m、帶電量為負(fù) q的粒子從坐標(biāo)原點沿y 軸正方向射入磁場精品文檔精品文檔如果想使粒子垂直打在光屏mn 上，那么：（ l）電荷從坐標(biāo)原點射入時速度應(yīng)為多大？（ 2）電荷從射入磁場到垂直打在屏上要多少時間？分析粒子在勻強(qiáng)磁場中沿半圓做勻速圓周運動，進(jìn)入電場后做勻減速直線運動，直到速度為零，然后又做反方向勻加速直線運動 仍以初速率垂直進(jìn)入磁場，再沿新的半圓做勻速圓周運動，如此周而復(fù)始地運動，直至最后在磁場中沿14

13、圓周做勻速率運動垂直打在光屏mn 上為止解 （1）如圖所示，要使粒子垂直打在光屏mn 上，必須n2r+r=l， (1)（2） 粒子運動總時間由在磁場中運動時間t1和在電場中運動時間t2兩部分構(gòu)成例 11如圖所示，以正方形abco為邊界的區(qū)域內(nèi)有平行于x 軸指向負(fù)方向的勻強(qiáng)電場和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，正方形邊長為l，帶電粒子（不計重力）從 oc邊的中點 d 以某一初速度平行于y 軸的正方向射入場區(qū)， 恰好沿直線從 ab邊射出場區(qū)如果撤去磁場，保留電場，粒子仍以上述初速度從d 點射入場區(qū)，則從 bc 邊上的 p 點射出場區(qū)假設(shè)p 點的縱坐標(biāo) y=h；如果撤去電場，保留磁精品文檔精品文檔場，粒子仍

14、以上述的初速度從d 點射入場區(qū)， 在 l 有不同取值的情況下， 求粒子射出場區(qū)時，出射點在場區(qū)邊界上的分布范圍分析 設(shè)電場強(qiáng)度為 e，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 b，粒子的電量為 q，質(zhì)量為 m，初速度為 v當(dāng)電場和磁場同時存在時，帶電粒子所受電場力和磁場力平衡，做直線運動若撤去磁場，則粒子向右做拋物線運動，從bc 邊上的 p 點射出場區(qū)若撤去電場，保留磁場，則粒子做反時針方向圓周運動，從y 軸上的某點射出場區(qū)也可能從 x 軸上某點射出解 當(dāng)電場和磁場同時存在時，據(jù)題意有qbv=qe 撤去磁場，電偏轉(zhuǎn)距離為撤去電場，磁偏轉(zhuǎn)距離為式聯(lián)立求得若要從 o 點射出，則 y=0，r=l4，由式得 h=l2精品文檔精品文檔例 12兩塊板長 l=1.4m、間距 d=0.3m 水平放置的平行板，板間加有垂直紙面向里， b=1.25t 的勻強(qiáng)磁場和如圖1（b）所示的電壓當(dāng)t=0 時，有一質(zhì)量m=210-15kg、電量 q=11010c 帶正電荷的粒子，以速度v0=4103ms從兩板正中央沿與板面平行的方向射入不計重力的影響， 畫出粒子在板間的運動軌跡分析 板間加上電壓時，同時存在的勻強(qiáng)電場場強(qiáng)粒子射入后受到的電場力fe和磁場力 fb分別為精品文檔精品文檔它們的方向正好相反，互相平衡，所以在兩板間加有電壓的各段時間內(nèi)（0110-4s；2