洛侖茲力的“另類”作用

　　在高中物理學(xué)習(xí)當(dāng)中，《磁場對運(yùn)動電荷的作用》是高中物理當(dāng)中重要的一節(jié)。由于洛侖茲力始終不做功，因此本節(jié)考查的物理模型主要是洛侖茲力提供向心力，物體做勻速圓周運(yùn)動。然而，雖然洛侖茲力始終不做功，但它有其“另類”作用，如：可以改變物體運(yùn)動的時間，改變物體的受力情況而做勻變速曲線運(yùn)動，等等。下面我就簡單談?wù)勥@一“另類”作用，不當(dāng)之處，望讀者指正。
　　1.“另類”作用——改變物體運(yùn)動時間和速度方向
　　例1：一個帶正電荷的小球沿光滑水平絕緣的桌面向右運(yùn)動，速度的方向垂直于一個水平方向的勻強(qiáng)磁場，如圖所示，飛離桌子邊緣落到地板上。設(shè)其飛行時間為t，水平射程為x，著地速度大小為v；若撤去磁場，其余條件不變時，小球飛行時間為t，水平射程為x，著地速度大小為v，則（）。
　　A.x＞x B.t＞t C.v＞v D.v=v
　　解析：小球在磁場運(yùn)動時，如圖所示，洛侖茲力垂直于速度，作圖發(fā)現(xiàn)，洛侖茲力分解為水平方向和豎直方向。豎直方向的分洛侖茲力的作用是減小豎直方向的加速度，由h=at定性地推算出小球落地時間增加。而水平方向的分洛侖茲力反而使得水平方向的速度增加，當(dāng)然水平射程增加。又因?yàn)槁鍋銎澚κ冀K不做功，故速率不變。由此可知，答案為ABD。
　　點(diǎn)評：在此模型中，洛侖茲力起到兩個方面作用，洛侖茲力的“另類”作用是改變物體運(yùn)動時間和速度方向。豎直方向的分力做負(fù)功，水平方向的分力做正功，總功為零。
　　跟蹤練習(xí)：如圖所示，一個帶負(fù)電的物體從粗糙斜面頂端滑到斜面底端時的速度為v，若加上一個垂直紙面向外的磁場，則滑到底端時（）。
　　A.v變大 B.v變小 C.v不變 D.不能確定
　　參考答案：B。
　　2.“另類”作用——使得物體做曲線運(yùn)動
　　例2：如圖所示，在空間有水平方向勻強(qiáng)磁場，磁感強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里。在磁場中有一長為L、內(nèi)壁光滑且絕緣的細(xì)筒MN豎直放置，筒的底部有一質(zhì)量為m、電荷量為+q的小球。現(xiàn)使細(xì)筒MN沿垂直磁場方向水平向右勻速運(yùn)動，設(shè)小球電荷量不變。
　　（1）若使小球能沿筒壁上升，則細(xì)筒運(yùn)動速度v應(yīng)滿足什么條件？
　　（2）當(dāng)小球能沿筒壁上升，那么小球在豎直方向作何種運(yùn)動呢？
　　（3）當(dāng)細(xì)筒運(yùn)動的速度為v（v＞v）時，試討論小球?qū)ν脖诘膲毫﹄S小球沿細(xì)筒上升高度之間的關(guān)系。
　　解析：小球隨管一起運(yùn)動，具有與管同樣的水平速度。根據(jù)左手定則，小球受到豎直向上的洛侖茲力，要使小球能沿筒壁上升，必須滿足qvB＞mg，即v＞。又因洛侖茲力大小和方向不變。所以，小球在豎直方向合力不變，做勻加速直線運(yùn)動。當(dāng)小球具有豎直方向速度時，也產(chǎn)生了水平向左的洛侖茲力，而水平方向小球做勻速運(yùn)動，故有N=f。小球沿細(xì)筒上升高度h時，根據(jù)牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式得a=，v=，根據(jù)N=f，有N=qB。
　　點(diǎn)評：雖然小球豎直方向在洛侖茲力的作用下做勻加速運(yùn)動，做正功，但水平方向的洛侖茲力做負(fù)功，總的不做功，但正是洛侖茲力的作用改變了小球的運(yùn)動情況，使小球做勻變速曲線運(yùn)動。
　　跟蹤練習(xí)：如圖所示，下端封閉、上