知识点1 洛伦兹力
1.洛伦兹力:磁场对运动电荷的作用力。
2.洛伦兹力的方向(左手定则):
(1)伸出左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内。
(2)让磁感线从掌心进入,并使四指指向正电荷运动的方向(或负电荷运动的反方向)。
(3)拇指所指的方向就是运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
如图,①表示正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向,②表示磁场的方向,③表示洛伦兹力的方向。
3.洛伦兹力的大小:F=qvBsin θ,θ是v与B之间的夹角。
(1)当v∥B时,F=0。
(2)当v⊥B时,F=qvB。
知识点2 带电粒子在匀强磁场中的运动
1.洛伦兹力的特点:由于洛伦兹力F⊥B,F⊥v,即F垂直于B和v决定的平面,所以洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小,或者说,洛伦兹力对带电粒子不做功。
2.粒子的运动性质:
(1)若v0∥B,则粒子不受洛伦兹力,在磁场中做匀速直线运动。
(2)若v0⊥B,则带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。
3.基本公式
(1)由qvB=m,得r=。
(2)由v=,得T=。
注意:应用带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时的半径和周期公式时,一定要进行推导,不能直接应用。
(3)f==。
(4)ω==2πf=。
思考:(1)为什么带电粒子在电场力、重力和洛伦兹力共同作用下的直线运动只能是匀速直线运动?
[答案] 如果是变速,则洛伦兹力会变化,而洛伦兹力总是和速度方向垂直,所以就不可能是直线运动。
(2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时,T、 f和ω的大小与速度v有关吗?与哪些因素有关?
[答案] T、 f和ω的大小与轨道半径R和运行速率v无关,只与磁场的磁感应强度B和粒子的比荷有关。比荷相同的带电粒子,在同样的匀强磁场中,T、 f和ω相同。