《山东省专用2018_2019学年高中物理第三章磁场第5节运动电荷在磁场中受到的力讲义含解析新人教版选修3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山东省专用2018_2019学年高中物理第三章磁场第5节运动电荷在磁场中受到的力讲义含解析新人教版选修3（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5节运动电荷在磁场中受到的力1.磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力，洛伦兹力的方向可由左手定则判定。2荷兰物理学家洛伦兹1895年提出了著名的洛伦兹力公式FqvBsin ，其中为电荷运动方向与磁场方向的夹角。3电视显像管应用了电子束磁偏转的原理。电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的，叫做偏转线圈。一、洛伦兹力的方向和大小1洛伦兹力的定义运动电荷在磁场中所受的作用力。2洛伦兹力的方向(1)实验观察阴极射线在磁场中的偏转。没有磁场时电子束是一条直线。将一蹄形磁铁跨放在阴极射线管外面，电子流运动轨迹发生弯曲。(2)洛伦兹力方向的判断：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
2、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。3洛伦兹力的大小(1)电荷量为q的粒子以速度v运动时，如果速度方向与磁感应强度方向垂直，则FqvB。(2)当电荷运动方向与磁场的方向夹角为时，FqvBsin_。(3)当电荷沿磁场方向运动(即0或vB)时，F0。二、电视显像管的工作原理1构造：如图所示，由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。2原理(1)电子枪发射电子。(2)电子束在磁场中偏转。(3)荧光屏被电子束撞击发光。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
3、，使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。4偏转线圈：使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的。1自主思考判一判(1)运动的电荷在磁场中受的力叫洛伦兹力，正电荷所受的洛伦兹力的方向与磁场方向相同，负电荷所受的洛伦兹力的方向与磁场方向相反。()(2)同一电荷，以相同大小的速度进入磁场，速度方向不同时，洛伦兹力的大小也可能相同。()(3)若电荷的速度方向与磁场平行时，不受洛伦兹力。()(4)判断电荷所受洛伦兹力的方向时应同时考虑电荷的电性。()(5)显像管中偏转线圈中的电流恒定不变时，电子打在荧光屏上的光点是不动的。()2合作探究议一议(1)正电荷所受洛伦兹力的方向，负电荷所受洛伦兹力
4、的方向以及导线所受安培力的方向有什么联系？提示：电流的方向即正电荷定向移动的方向也就是负电荷定向移动的反方向。所以安培力的方向和相应正电荷沿电流方向移动所受洛伦兹力方向及相应负电荷沿电流反方向移动所受洛伦兹力方向一致，体现了安培力是洛伦兹力的宏观表现。(2)显像管工作时，电子束依次扫描荧光屏上各点，可为什么我们觉察不到荧光屏的闪烁？提示：这是由于眼睛的视觉暂留现象，当电子束扫描频率达到人眼的临界闪烁频率时，由于视觉暂留的原因，人眼就感觉不到荧光屏的闪烁。洛伦兹力的方向1决定洛伦兹力方向的因素有三个电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向。当电性一定时，其他两个因素决定洛伦兹力的方向，如
5、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。2F、B、v三者方向间关系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。电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向，FB，Fv，即F垂直于B和v所决定的平面。3特点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，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷运动方向，不改变电荷速度大小。1在以下几幅图中，洛伦兹力的方向判断正确的是()解析：选AA图，根据左手定则，磁感线穿过手心，四指指向正电荷的运动方向向右，大拇指指向洛伦兹力的方向，判断出洛伦兹力向上，故A正确。B图，根据左
6、手定则，磁感线穿过手心，四指指向负电荷运动的反方向向左，大拇指指向洛伦兹力的方向，判断出洛伦兹力向上，故B错误。C图，当速度与磁感线平行时，电荷不受洛伦兹力，故C错误。D图，根据左手定则，磁感线穿过手心，四指指向负电荷运动的反方向向上，拇指指向洛伦兹力的方向，判断出洛伦兹力方向垂直纸面向外，故D错误。2每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来，地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生物有十分重要的意义。假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将()A向东偏转B向南偏转C向西偏转D向北偏转解析：选A赤道附近的地磁场方向水平向北，
7、一个带正电的射线粒子竖直向下运动时，根据左手定则可以确定，它受到水平向东的洛伦兹力，故它向东偏转。A正确。3.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子。如图所示，把电子射线管(阴极射线管)放在蹄形磁铁的两极之间，可以观察到电子束偏转的方向是()A向上B向下C向左D向右解析：选B电子束带负电，电子束由负极向正极运动，在电子束运动的过程中，条形磁铁产生的磁场由N极指向S极，根据左手定则可判断出电子受到的洛伦兹力方向向下，故电子束的偏转方向向下，B正确，A、C、D错误。洛伦兹力的大小1洛伦兹力与安培力的区别和联系区别联系洛伦兹力是指单个运动电荷所受到的磁场力，而安培力是指电流(即大量定向移动的电荷)所受
8、到的磁场力洛伦兹力永不做功，而安培力可以做功安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释大小关系：F安NF洛(N是导体中定向运动的电荷数)方向关系：洛伦兹力与安培力的方向特点一致，均可用左手定则进行判断2洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力电场力产生条件电荷必须运动且速度方向与B不平行时，电荷才受到洛伦兹力带电粒子只要处在电场中就受到电场力大小方向FqvBsin ，FB，Fv，用左手定则判断FqE，F的方向与E同向或反向特点洛伦兹力永不做功电场力可以做功相同点反映了电场和磁场都具有力的性质典例如图所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面向外、强度为B的匀强磁场中。质量为m、带电
9、量为Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑。在滑块下滑的过程中，下列判断正确的是()A滑块受到的摩擦力不变B滑块到达地面时的动能与B的大小无关C滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下DB很大时，滑块可能静止于斜面上思路点拨(1)滑块与斜面之间存在滑动摩擦力。(2)洛伦兹力的方向可由左手定则判断。(3)洛伦兹力随滑块速度的增大而增大。解析根据左手定则可知，滑块受到垂直斜面向下的洛伦兹力，C对。随着滑块速度的变化，洛伦兹力大小变化，它对斜面的压力大小发生变化，故滑块受到的摩擦力大小变化，A错。B越大，滑块受到的洛伦兹力越大，受到的摩擦力也越大，摩擦力做功越多，据动能定理，滑块到达地面时的动能就越小，B错。由于
10、开始时滑块不受洛伦兹力就能下滑，故B再大，滑块也不可能静止在斜面上，D错。答案C洛伦兹力作用下的变加速运动问题(1)注意受力情况和运动情况的分析。带电物体在磁场中速度变化时洛伦兹力的大小随之变化，并进一步导致压力、摩擦力的变化，物体在变力作用下将做变加速运动。(2)注意临界状态的分析。当摩擦力与引起物体运动的外力平衡时，物体将处于平衡状态；当洛伦兹力增大使物体与接触面的压力为零时，物体将要离开接触面。 1两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为14，电量之比为12，则两带电粒子受洛伦兹力之比为()A21B11C12D14解析：选C带电粒子的速度方向与磁感线方向垂
11、直时，洛伦兹力FqvB，与电荷量成正比，与质量无关，C项正确。2.如图所示，一个带正电q的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，若小带电体的质量为m，为了使它对水平绝缘面正好无压力，应该()A使B的数值增大B使磁场以速率v向上移动C使磁场以速率v向右移动D使磁场以速率v向左移动解析：选D为使小球对平面无压力，则应使它受到的洛伦兹力刚好平衡重力，磁场不动而只增大B，静止电荷在磁场里不受洛伦兹力，A不对；磁场向上移动相当于电荷向下运动，受洛伦兹力向右，不可能平衡重力；磁场以v向右移动，等同于电荷以速率v向左运动，此时洛伦兹力向下，也不可能平衡重力，故B、C不对；磁场以v向左移动，等
12、同于电荷以速率v向右运动，此时洛伦兹力向上。当qvBmg时，带电体对绝缘水平面无压力，即v，选项D正确。3质量为m、带电荷量为q的小物块，从倾角为的光滑绝缘斜面上由静止下滑，整个斜面置于方向水平向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，如图所示。若带电小物块下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零，下面说法中正确的是 ()A小物块一定带正电荷 B小物块在斜面上运动时做匀加速直线运动 C小物块在斜面上运动时做加速度增大，而速度也增大的变加速直线运动 D小物块在斜面上下滑过程中，当小物块对斜面压力为零时的速率为解析：选B带电物块下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零，知洛伦兹力的方向垂直于斜面向上，根据左手定则知，
13、物块带负电，故A错误；物块在运动的过程中受重力、斜面的支持力、洛伦兹力，合外力沿斜面向下，大小为mgsin ，根据牛顿第二定律知agsin ，物块在离开斜面前做匀加速直线运动，故B正确，C错误；当压力为零时，在垂直于斜面方向上的合力为零，有mgcos qvB，解得v，故D错误。磁场与科技装置原理图规律速度选择器若qv0BEq，即v0，粒子做匀速直线运动磁流体发电机等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电，两极电压为U时稳定，qqv0B，Uv0Bd电磁流量计qqvB，所以v所以QvS霍尔元件当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差典例多选利用霍尔效应制作
14、的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差UCD，下列说法中正确的是()A电势差UCD仅与材料有关B若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD0C仅增大磁感应强度时，电势差UCD变大D在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平解析电势差UCD与磁感应强度B、材料有关，选项A错误；若霍尔元件的载流子是自由电子，由左手定则可知，电子向C侧面偏转，则电势差UCD0，选项B正确；仅增大磁感应强度时，电势差UCD变大，选项C正确；在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持竖直且东西放置，选项D错误。答案BC速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应具有相同的特点，即在稳定状态时，电荷所受的洛伦兹力与电场力均等大反向。 1如图所示，在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下，磁场方向垂直于纸面向里，一带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板。若不计重力，下列四个物理量中哪一个改变时，粒子运动轨迹不会改变？()A粒子速度的大小B粒子所带的电荷量C电场强度D磁感应强度解析：选B带电粒子在电场和磁场中做匀速直线运动，由平衡条件知qEqvB，可以看出，带电粒子在电场和磁场中运动时，电场强度、磁感应强度以及带电
