《2017-2018学年高中物理 第三章 磁场 第6讲 运动电荷在磁场中受到的力学案 新人教版选修3-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年高中物理 第三章 磁场 第6讲 运动电荷在磁场中受到的力学案 新人教版选修3-1（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、运动电荷在磁场中受到的力 目标定位1.知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向.2.掌握洛伦兹力公式的推导过程，会计算洛伦兹力的大小.3.知道电视显像管的基本构造及工作的基本原理一、洛伦兹力1洛伦兹力(1)定义：运动电荷在磁场中受到的力(2)与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力是安培力的微观本质2洛伦兹力的方向(1)左手定则：伸开左手，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；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反(2)特点
2、：FB，Fv，即F垂直于B和v决定的平面深度思考(1)电荷在电场中一定受电场力作用，电荷在磁场中也一定受磁场力作用吗？(2)负电荷所受洛伦兹力的方向应怎样判断？答案(1)不一定，只有电荷在磁场中运动且速度方向与磁场方向不平行时才受洛伦兹力作用(2)根据左手定则判断，但四指指向负电荷速度的反方向例1如图所示的磁感应强度B、电荷的运动速度v和磁场对电荷的作用力F的相互关系图中，画得正确的是(其中B、F、v两两垂直)()解析由于B、F、v两两垂直，根据左手定则得：A、B、D选项中电荷所受的洛伦兹力都与图示F的方向相反，故A、B、D错误，C正确答案C确定洛伦兹力的方向需明确运动电荷的电性，特别注意负电
3、荷的运动方向与左手四指的指向应相反二、洛伦兹力的大小1公式推导：如图1所示，磁场的磁感应强度为B，设磁场中有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积内含有的自由电荷数为n.每个电荷的电荷量为q，且定向移动速率均为v.图1则导线中的电流InqvS.导线在磁场中所受安培力F安BILnqvSLB导线中自由电荷数NnSL每个自由电荷所受洛伦兹力FqvB2洛伦兹力公式：(1)当vB时，FqvB.(2)当vB时，F0.(3)当v与B成角时，FqvBsin_.例2在图2所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的
4、方向图2解析(1)因vB，所以FqvB，方向与v垂直指向左上方(2)v与B的夹角为30，将v分解成垂直磁场的分量和平行磁场的分量，vvsin30，FqvBsin30qvB.方向垂直纸面向里(3)由于v与B平行，所以不受洛伦兹力(4)v与B垂直，FqvB，方向与v垂直指向左上方答案(1)qvB垂直v指向左上方(2)qvB垂直纸面向里(3)不受洛伦兹力(4)qvB垂直v指向左上方三、电视显像管的工作原理1构造：如图3所示，电视显像管由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成图32原理：电视显像管应用了电子束磁偏转的原理3扫描：在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，使得电子束打在荧
5、光屏上的光点不断移动深度思考(1)如果显像管内的磁场是匀强磁场，会出现什么情况？(2)要使电子束在屏上扫描，偏转磁场应该怎样变化？答案(1)如果是匀强磁场，所有电子都将到达荧光屏上同一位置在荧光屏上显示的只有一个亮点，不会出现正常的画面(2)一方面方向要做周期性变化；另一方面在一个周期内磁感应强度大小不断变化例3显像管的原理示意图如图4所示，当没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，如果要使电子束打在荧光屏上的位置由P点逐渐移动到Q点，下列磁场能够使电子束发生上述偏转的是()图4解析要使电子束打在荧光屏上的位置由
6、P点逐渐移动到Q点，需要电子在洛伦兹力作用下向下运动，P到O过程中洛伦兹力向上，O到Q过程中洛伦兹力向下，根据左手定则知，能够使电子束发生上述偏转的磁场是A.答案A四、洛伦兹力作用下的带电体的运动例4带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场，恰做匀速直线运动，如图5所示，若油滴质量为m，磁感应强度为B，则下述说法正确的是()图5A油滴必带正电荷，电荷量为B油滴必带正电荷，比荷C油滴必带负电荷，电荷量为D油滴带什么电荷都可以，只要满足q解析油滴水平向右做匀速直线运动，其所受的洛伦兹力必向上与重力平衡，故带正电荷，其电荷量为q，A正确，C、D错误；比荷，B错误答案A(1)带电粒子在匀强磁场中无约束情况下
7、做直线运动的两种情景：速度方向与磁场平行，不受洛伦兹力作用，可做匀速直线运动也可在其他力作用下做变速直线运动.速度方向与磁场不平行，且洛伦兹力外的各力均为恒力，若轨迹为直线则必做匀速直线运动.带电粒子所受洛伦兹力也为恒力.(2)洛伦兹力的方向总垂直于速度方向，洛伦兹力对运动电荷不做功.例5一个质量m0.1g的小滑块，带有q5104C的电荷量，放置在倾角30的光滑斜面上(绝缘)，斜面固定且置于B0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图6所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，要离开斜面(g取10m/s2)求：(计算结果保留两位有效数字)图6(1)小滑块带何种电
8、荷？(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度为多大？(3)该斜面长度至少为多长？解析(1)小滑块在沿斜面下滑的过程中，受重力mg、斜面支持力FN和洛伦兹力F作用，如图所示，若要使小滑块离开斜面，则洛伦兹力F应垂直斜面向上，根据左手定则可知，小滑块应带负电荷(2)小滑块沿斜面下滑的过程中，垂直于斜面的加速度为零时，由平衡条件得FFNmgcos，当支持力FN0时，小滑块脱离斜面设此时小滑块速度为vmax，则此时小滑块所受洛伦兹力FqvmaxB，所以vmaxm/s3.5 m/s.(3)设该斜面长度至少为l，则小滑块离开斜面的临界情况为小滑块刚滑到斜面底端时因为下滑过程中只有重力做功，由动能定理得mglsin
9、mv0，所以斜面长度至少为lm1.2m.答案(1)负电荷(2)3.5m/s(3)1.2m分析带电物体在磁场中的运动，分析方法与力学中完全一样：对物体进行受力分析，求合外力，用牛顿第二定律、运动学方程或动能定理列方程1(洛伦兹力)在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上方放置一根通有如图7所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则电子将()图7A向上偏转B向下偏转C向纸里偏转D向纸外偏转答案B解析由题图可知，直导线电流的方向由左向右，根据安培定则，可判定直导线下方的磁场方向为垂直于纸面向里，而电子运动方向由左向右，由左手定则知(电子带负电荷，四指要指向电子运动方向的反方向)，电子将向下偏转，故B选
10、项正确2(洛伦兹力)如图8所示，a是竖直平面P上的一点，P前有一条形磁铁垂直于P，且S极朝向a点，P后一电子在偏转线圈和条形磁铁的磁场的共同作用下，在水平面内向右弯曲经过a点在电子经过a点的瞬间，条形磁铁的磁场对该电子的作用力的方向()图8A向上 B向下 C向左 D向右答案A解析条形磁铁的磁感线在a点垂直P向外，电子在条形磁铁的磁场中向右运动，由左手定则可得电子所受洛伦兹力的方向向上，A正确3(洛伦兹力的特点)在两平行金属板间，有如图9所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场粒子(带正电)以速度v0从两极板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，恰好能沿直线匀速通过供下列各小题选择的答案有：图9A不
11、偏转B向上偏转C向下偏转D向纸内或纸外偏转(1)若质子(带正电)以速度v0从两极板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将_(2)若电子以速度v0从两极板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，电子将_(3)若质子以大于v0的速度，沿垂直于电场方向和磁场方向从两极板正中央射入，质子将_(4)若增大匀强磁场的磁感应强度，其他条件不变，电子以速度v0沿垂直于电场和磁场的方向，从两极板正中央射入时，电子将_答案(1)A(2)A(3)B(4)C解析设带电粒子的质量为m，带电荷量为q，匀强电场的电场强度为E、匀强磁场的磁感应强度为B.带电粒子以速度v0垂直射入互相正交的匀强电场和匀强磁场中时，若粒
12、子带正电荷，则所受电场力方向向下，大小为qE；所受洛伦兹力方向向上，大小为qv0B.沿直线匀速通过时，显然有qv0BqE，v0，即沿直线匀速通过时，带电粒子的速度与其质量、电荷量无关如果粒子带负电荷，电场力方向向上，洛伦兹力方向向下，上述结论仍然成立所以，(1)(2)两小题应选A.若质子以大于v0的速度射入两极板之间，由于洛伦磁力FBqv(vv0)，洛伦兹力将大于电场力，质子带正电荷，将向上偏转，第(3)小题应选B.磁场的磁感应强度B增大时，电子射入的其他条件不变，所受洛伦兹力FBqv0也增大，电子带负电荷，所受洛伦兹力方向向下，将向下偏转，所以第(4)小题应选C.4(洛伦兹力作用下带电体的直
13、线运动)如图10甲所示，为一个质量为m，电荷量为q的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动细杆处于匀强磁场中，(不计空气阻力)，现给圆环向右初速度v0，在以后的运动过程中的速度图象如图乙所示则圆环所带的电性、匀强磁场的磁感应强度B和圆环克服摩擦力所做的功W.(重力加速度为g)()图10A圆环带负电，BB圆环带正电，BC圆环带负电，WmvD圆环带正电，Wmv答案B解析因圆环最后做匀速直线运动，根据左手定则可知，圆环带正电；由圆环在竖直方向上平衡得：mg所以：B.故A错误，B正确；由动能定理得，圆环克服摩擦力所做的功：Wmvm()2所以：Wmv.故C、D错误.题组一洛伦兹力1在以下几幅图中，对
14、洛伦兹力的方向判断不正确的是()答案C2一束混合粒子流从一发射源射出后，进入如图1所示的磁场，分离为1、2、3三束粒子流，则下列选项不正确的是 ()图1A1带正电B1带负电C2不带电D3带负电答案B解析根据左手定则，带正电的粒子向左偏，即粒子1；不偏转说明不带电，即粒子2；带负电的粒子向右偏，说明是粒子3，故选B.3(多选)一个电子穿过某一空间而未发生偏转，则()A此空间一定不存在磁场B此空间可能有磁场，方向与电子速度方向平行C此空间可能有磁场，方向与电子速度方向垂直D此空间可能有正交的磁场和电场，它们的方向均与电子速度方向垂直答案BD解析由洛伦兹力公式可知：当v的方向与磁感应强度B的方向平行时，运动电荷不受洛伦兹力作用，因此电子未发生偏转，不能说明此空间一定不存在磁场，只能说明此空间可能有磁场，磁场方向与电子速度方向平行，则选项B正确，选项A、C错误此空间也可能有正交的磁场和电场，它们的方向均与电子速度方向垂直，导致电子所受合力为零，则选项D正确4(多选)电荷量为q的粒子在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是()A只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B如果把q改为q，且速度反向、大小不变，则洛伦兹力的大小不变C洛伦兹力方
