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1、5 运动电荷在磁场中受到的力 知识自学自我检测 一 洛伦兹力的方向 阅读教材第95页第一自然段至教材第96页图3 5 2 知道洛伦兹力 的定义 了解洛伦兹力的方向判断法则 1 洛伦兹力 运动电荷在磁场中受到的力 2 洛伦兹力的方向 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正电荷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 知识自学自我检测 二 洛伦兹力的大小 阅读教材第96页 思考与讨论 至教材第97页第一自然段 初步了解 洛伦兹力的公式推导过程 知道洛伦兹力的计算公式
2、 1 安培力与洛伦兹力的关系 电荷定向移动时所受洛伦兹力的矢量和 在宏观上表现为通电导 线在磁场中受到的安培力 2 电荷在磁场中受到洛伦兹力需要满足的条件 只有电荷的运动方向与磁场方向有一定夹角时才会受到洛伦兹 力 3 洛伦兹力的计算公式 F qvBsin 其中q为电荷的电荷量 单位库仑 C v为电荷运动的速 度 单位米每秒 m s B为磁场的磁感应强度 单位特斯拉 T 为电荷 运动的方向与磁感应强度方向的夹角 知识自学自我检测 三 电视机显像管的工作原理 阅读教材第97 98页 电视机显像管的工作原理 部分 知道电视 机显像管的结构 初步了解其工作原理 1 电视机显像管的构成 由电子枪 偏转
3、线圈和荧光屏构成 2 电子束在荧光屏上的移动规律 1 电子束在荧光屏上从左至右扫描一行之后迅速返回 再做下一 行扫描 直到荧光屏的下端 2 电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场 电视机中 每秒要进行50场扫描 由于人的 视觉暂留 我们感到整个荧光屏 在发都光 知识自学自我检测 1 正误判断 1 运动电荷在磁感应强度不为零的地方 一定会受到洛伦兹力的 作用 解析 若运动电荷的运动方向与磁感应强度方向平行 则电荷受 到的洛伦兹力为零 答案 2 运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用 则该处的磁感应强度一 定为零 解析 若运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用 则可能是电荷的 运动方向与磁场的方向平行 也
4、可能是磁感应强度为零 答案 知识自学自我检测 3 电荷垂直磁场运动时所受洛伦兹力最小 平行磁场运动时所受 洛伦兹力最大 答案 4 用左手定则判断洛伦兹力方向时 四指的指向 与电荷定向移 动方向相同 解析 用左手定则判断洛伦兹力方向时 四指的指向 与正电荷定 向移动的方向一致 与负电荷定向移动的方向相反 答案 5 电视显像管是靠磁场使电子束发生偏转的 解析 电视显像管中电子束是在磁场的洛伦兹力作用下发生偏转 的 答案 知识自学自我检测 2 下列说法正确的是 A 根据F Bqv可得 磁感应强度等于运动电荷垂直于磁场 运动时所受磁场力和电荷量与速度之积的比值 B 根据F Bqv可得 磁感应强度与运动
5、电荷垂直于磁场运 动时所受磁场力成正比 与电荷量与速度之积成反比 C 静止电荷产生电场 运动电荷只产生磁场 D 静止电荷在磁场中不受力 运动电荷在磁场中一定受力 解析 磁场中某点磁感应强度大小取决于磁场本身 与运动电荷 的受力 电荷量和速度无关 选项A对B错 运动电荷也产生电场 选 项C错误 若运动电荷的运动方向与磁场方向平行 则不受力作用 选项D错误 答案 A 探究一探究二探究三当堂检测问题探究名师精讲典例剖析 要点提示 左手定则 洛伦兹力的方向 问题探究 如图所示 用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用 不同方向 的磁场对电子束径迹有不同的影响 电荷偏转方向与磁场方向 电子运动方向的关系满足
6、怎样的规律 探究一探究二探究三当堂检测问题探究名师精讲典例剖析 1 决定洛伦兹力方向的三个因素 电荷的电性 正 负 速度方向 磁感应强度的方向是决定洛 伦兹力方向的三个要素 当电性一定时 其他两个因素决定洛伦兹 力的方向 如果只让一个因素相反 则洛伦兹力方向必定相反 如果 同时让两个因素相反 则洛伦兹力方向将不变 2 F B v三者方向间的关系 1 电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系 两者关系是不确定 的 2 电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向 3 F B F v 即F垂直于B和v所决定的平面 洛伦兹力与粒子运动方向 磁感应强度方向的关系 探究一探究二探究三当堂检测问题探究名师精讲典例剖
7、析 3 洛伦兹力的特点 1 洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化 但无论怎样 变化 洛伦兹力都与运动方向垂直 2 洛伦兹力永不做功 它只改 变电荷的运动方向 不改变电荷的速度大小 确定洛伦兹力的方向需明确运动电荷的电性 特别注 意负电荷的运动方向与左手四指的指向应相反 当v与B不垂直时 磁感线不是垂直穿过掌心 探究一探究二探究三当堂检测问题探究名师精讲典例剖析 例题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
8、故A B D错误 C正 确 答案 C 探究一探究二探究三当堂检测问题探究名师精讲典例剖析 用左手定则判断洛伦兹力方向时 要特别注意以下 关系 探究一探究二探究三当堂检测问题探究名师精讲典例剖析 洛伦兹力的大小 如图所示 磁场的磁感应强度为B 设磁场中有一段通电导线 横 截面积为S 单位体积中含有的自由电荷数为n 每个自由电荷的电 荷量为q且定向运动的速率都是v 1 图中一段长度为vt的导线中的粒子数是多少 导线中的电流为 多大 2 图中一段长度为vt的导线在磁场中所受安培力多大 3 每个自由电荷所受洛伦兹力多大 探究一探究二探究三当堂检测问题探究名师精讲典例剖析 探究一探究二探究三当堂检测问题
9、探究名师精讲典例剖析 探究一探究二探究三当堂检测问题探究名师精讲典例剖析 2 洛伦兹力大小的理解要点 洛伦兹力 F qvBsin 为电荷运动的方向与磁感应强度方向的 夹角 1 当 90 时 即电荷运动方向与磁场方向垂直时 洛伦兹力最大 F qvB 2 当 0 或 180 时 即电荷运动方向与磁场方向平行时 F 0 3 当v 0 即电荷在磁场中静止时 F 0 探究一探究二探究三当堂检测问题探究名师精讲典例剖析 例题2 如图所示 各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B 带 电粒子的速率均为v 所带电荷量均为q 试求出图中带电粒子所受 洛伦兹力的大小 并指出洛伦兹力的方向 探究一探究二探究三当堂检测问题
10、探究名师精讲典例剖析 解析 1 因v B 所以F qvB 方向垂直于v指向左上方 2 v与B的夹角为30 将v分解成垂直于磁场的分量和平行于磁 场的分量 v vsin 30 F qvBsin 30 方向垂直于纸面向 里 3 由于v与B平行 所以不受洛伦兹力 4 v与B垂直 F qvB 方向垂直于v指向左上方 答案 1 qvB 垂直于v指向左上方 2 垂直于纸面向里 3 不受洛伦兹力 4 qvB 垂直于v指向左上方 探究一探究二探究三当堂检测问题探究名师精讲典例剖析 计算洛伦兹力的大小时 应注意弄清v与磁感应强 度B的方向关系 1 当v B时 洛伦兹力F qvB 2 当v B时 F 0 3 当v
11、与B成 角 0 v0 洛伦兹力将大于电场力 质子带正电荷 将向上偏 转 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F Bqv0也增大 电子带负电荷 所受洛伦兹力方向向下 将向 下偏转 探究一探究二探究三当堂检测问题探究名师精讲典例剖析 1 带电粒子在匀强磁场中无约束情况下做直线运动的两种情景 1 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 2 速度方向与磁场不平行 且除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 洛伦兹力考查角度多 因而涉及洛伦兹力的题目往往较为综合 解题时可
12、按以下步骤分析 1 确定研究对象 进行受力分析 注意带电粒子在匀强磁场中 若 速度方向与磁场方向不平行 则受洛伦兹力 2 根据已知条件 结合牛顿运动定律和运动学规律 列方程求解 3 若涉及能量 可根据动能定理或能量守恒定律 列方程求解 同 时注意洛伦兹力始终与带电粒子速度方向垂直 因而对带电粒子不 做功 探究一探究二探究三当堂检测问题探究名师精讲典例剖析 例题3 两个完全相同的带等量的正电荷的小球a和b 从同一 高度自由落下 分别穿过高度相同的水平方向的匀强电场和匀强磁 场 如图所示 然后再落到地面上 1 设两球运动所用的总时间分别为ta tb 则 A ta tbB ta tb C ta tb
13、D 条件不足 无法比较 2 小球落地时的动能Eka与Ekb相等吗 思考问题 1 电场力的方向向哪 洛伦兹力的方向向哪 答案 电场力始终向右 洛伦兹力始终垂直于速度方向 2 电场力对电荷做正功还是负功 洛伦兹力呢 答案 电场力做正功 洛伦兹力不做功 探究一探究二探究三当堂检测问题探究名师精讲典例剖析 解析 分析两球在竖直方向上的受力和运动情况 1 a球进入匀强电场后 始终受到水平向右的静电力F电 qE作用 这个力不会改变a在竖直方向运动的速度 故它下落的总时间ta与没 有电场时自由下落的时间t0相同 b球以某一速度进入匀强磁场瞬 间它就受到水平向右的洛伦兹力作用 这个力只改变速度方向 会 使速度
14、方向向右发生偏转 又因为洛伦兹力始终与速度方向垂直 当速度方向变化时 洛伦兹力的方向也发生变化 不再沿水平方 向 如图为小球b在磁场中某一位置时的受力情况 从图中可以看 出洛伦兹力F洛的竖直分量F1会影响小球竖直方向的运动 使竖直 下落的加速度减小 小于g 故其下落的时间tb大于没有磁场时小球 自由下落的总时间t0 综上所述 taEkb 探究一探究二探究三当堂检测问题探究名师精讲典例剖析 探究三当堂检测探究一探究二 123 1 多选 下列说法正确的是 A 运动的电荷在磁场中可能受到洛伦兹力的作用 B 带电粒子在匀强磁场中运动 受到的洛伦兹力做正功 C 洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向 D F必
15、定垂直于B v 但B不一定垂直于v 解析 运动电荷的运动方向与磁场方向平行时不受洛伦兹力 运动 方向与磁场方向不平行时受到洛伦兹力的作用 A对 洛伦兹力方向 始终与速度方向垂直 只改变速度方向 不改变速度大小 不做功 B C错 由左手定则可知F B F v B与v可以不垂直 故D对 答案 AD 探究三当堂检测探究一探究二 123 2 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 所示电流的直导线 导线与阴极射线管平行 则电子将 A 向上偏转 B 向下偏转 C 向纸里偏转 D 向纸外偏转 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
16、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选项正确 答案 B 探究三当堂检测探究一探究二 123 3 一个质量为m 0 1 g的小滑块 带有q 5 10 4 C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B 0 5 T的匀强磁 场中 磁场方向垂直纸面向里 如图所示 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10 m s2 保留两位有效数字 1 小滑块带何种电荷 2 小滑块离开斜面时的瞬时速度多大 3 该斜面长度至少多长 探究三当堂检测探究一探究二 123 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 由平衡条件得F FN mgcos 当 支持力FN 0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F qvmaxB 探究三当堂检测探究一探究二 123 答案 1 负电荷
