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高中物理:洛伦兹力做功的特点及冲量的应用

一、洛伦兹力做功的特点

洛伦兹力每时每刻都与速度方向垂直,所以洛伦兹力对带电粒子不做功,它只起到改变带粒子运动方向的作用,不改变粒子的速率,也不改变粒子的动能。

二、洛伦兹力的冲量

如图1,一带电粒子电量为q,在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动,速度为v。某时刻v与x轴的夹角为

,则它受到的洛伦兹力F与y轴的夹角也为
。分别将v、F正交分解,可知:

在时间t内F沿x轴方向的冲量为:

同理,F在y轴方向的冲量为:

例1. 如图2所示,在竖直绝缘的平台上,一个带正电的小球以水平速度

抛出,
方向与垂直纸面向里的磁场方向垂直,小球飞离平台后落在地板上,设着地速度的水平分量为
,竖直分量为
。若磁场减弱,其它条件不变,小球着地速度的水平分量为
,竖直分量为
。则:(     )

A. 

 

B. 

C. 

D. 

分析:设平台高为h,因为洛伦兹力在x方向分量向右,由洛伦兹力在x方向的冲量及动量定理得:

可知,h一定,而

,故C正确。

又由于洛伦兹力总不做功,两种情况下小球都只有重力做功且做功均为mgh,由动能定理可知小球落地速率相等,即

再由

,B正确。

故本题的正确答案为BC。

例2. 如图3所示,

是两块面积很大,互相平行又相距较近的带电金属板,相距为d,两板间的电势差为U。同时,在这两板间还有垂直纸面向外的匀强磁场。一束电子通过左侧带负电的板
上的小孔,沿垂直于金属板的方向射入磁场,为使该电子束不碰到右侧带正电的板
,问所加磁场的磁感应强度至少要多大?电子的重力以及从小孔射入时的初速度均可不计。

分析:电子在电场力作用下开始向右加速运动,同时受到洛伦兹力作用而向上偏转。为使电子束不碰到右板,临界条件是当电子到达板

时,速度方向刚好与板
平行。

电场力水平向右,电子在竖直方向上只受洛伦兹力作用,由洛伦兹力的冲量公式和动量定理有:

在电子的运动过程中,电场力做正功,洛伦兹力不做功,由动能定理有:

▍ 编辑:Wulibang(ID:2820092099)

▍ 来源:综合网络

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