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1、15 运动电荷在磁场中受到的力学习目标 1.通过实验探究，感受磁场对运动电荷有力的作用 2.知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向(重点) 3.了解洛伦兹力公式的推导过程，会用公式分析求解洛伦兹力(重点) 4.了解电视显像管的基本构造和工作原理 (难点)知识清单1洛伦兹力(1)定义： 在磁场中所受的力(2)洛伦兹力与安培力的关系：通电导体在磁场中所受的安培力是导体中运动电荷所受 的宏观表现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 ，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 的方向，这时 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，
2、负电荷受力的方向与正电荷受力的方向 (2)洛伦兹力方向的特点：FB，Fv，即 F 垂直于 所决定的平面3洛伦兹力的大小(1)当 v 与 B 成 角时：F (2)当 vB 时：F . (3)当 vB 时：F .思考怎样判断负电荷在磁场中运动时受洛伦兹力的方向？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( )(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( )(3)用左手定则判断洛伦兹力方向时， “四指的指向”与正电荷定向移动方向相同 ( )(4)洛伦兹力对运动电荷不做功( )电视显像管的工作原理(1)构造：如图 351 所示，由电子枪、偏转线圈和荧光
3、屏组成图 351(2)原理 电子枪 电子束在磁场中 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 ，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 产生的思考显像管工作时，电子束是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？判断(1)电子束带负电，在显像管偏转磁场中的偏转方向与磁场方向相反( )(2)显像管中偏转磁场使电子所受到的洛伦兹力方向，仍遵守左手定则( )预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面探究一洛伦兹力的方向(深化理解)第 1 步探究分层设问，破解疑难电荷仅在洛伦兹力作
4、用下运动时，速度如何改变？第 2 步结论自我总结，素能培养21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
5、第 3 步例证典例印证，思维深化例 1.匀强磁场中一个运动的带电粒子，受到洛伦兹力 F 的方向如图 352 所示，则该粒子所带电性和运动方向可能是( )A粒子带负电，向下运动 B粒子带正电，向左运动C粒子带负电，向上运动 D粒子带正电，向右运动图 352【思路点拨】在磁场方向和洛伦兹力方向确定的情况下，正负电荷运动方向相反判断洛伦兹力方向的易错点(1)注意电荷的正负，尤其是判断负电荷所受洛伦兹力方向时，四指应指向电荷运动的反方向(2)注意洛伦兹力的方向一定垂直于 B 和 v 所决定的平面(3)当 v 与 B 的方向平行时，电荷受到的洛伦兹力为零第 4 步巧练精选习题，落实强化1图中带电粒子所受
6、洛伦兹力的方向向上的是( )图 3532带电粒子(重力不计)穿过饱和蒸汽时，在它走过的路径上饱和蒸汽便凝成小液滴，从而显示了粒子的径迹，这是云室的原理，如图 353 所示是云室的拍摄照片，云室中加了垂直于照片向外的匀强磁场，图中 oa、ob、oc、od 是从 o 点发出的四种粒子的径迹，下列说法中正确的是()A四种粒子都带正电 B四种粒子都带负电C打到 a、b 点的粒子带正电 D打到 c、d 点的粒子带正电探究二洛伦兹力的大小(深化理解)第 1 步探究分层设问，破解疑难1安培力与洛伦兹力有什么关系？2电场力的大小与哪些因素有关？洛伦兹力的大小与哪些因素有关？第 2 步结论自我总结，素能培养31
7、推导如图 354 所示，直导线长为 L，电流为 I，导线中运动电荷数为 n，横截面积为 S，电荷的电量为 q，运动速度为 v，则图 354安培力 FILBnF 洛 所以洛伦兹力 F 洛 Fn ILBn因为 INqSv(N 为单位体积的电荷数)所以 F 洛 qvB，式中 nNSL，故 F 洛 q vB.NqSvLBn NSLn上式为电荷垂直磁场方向运动时，电荷受到的洛伦兹力，若电荷运动方向与磁场方向夹角为，则洛伦兹力为 FqvBsin .2洛伦兹力与安培力的关系(1)洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现(2)尽管安培力是自由电荷定
8、向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现，但不能简单地认为安培力就等于所有定向移动的电荷所受洛伦兹力的合力，只有当导体静止时才能这样认为(3)洛伦兹力永不做功，但安培力却可以做功可见安培力与洛伦兹力既有联系，也有区别3洛伦兹力与电场力的比较对应力内容项目 洛伦兹力 电场力性质 磁场对在其中运动的电荷的作用力 电场对放入其中电荷的作用力产生条件 v0 且 v 不与 B 平行电场中无论电荷处于何种状态F0大小 FqvB(vB ) FqE方向 满足左手定则 FB、F v正电荷受力方向与电场方向相同，负电荷受力方向与电场方向相反做功情况 任何情况下都不做功 可能做正功、负功，也可能不做功作用效果只改变电荷运动
9、的速度方向，不改变速度大小既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向第 3 步例证典例印证，思维深化有一质量为 m、电荷量为 q 的带正电小球停在绝缘平面上，并处在磁感应强度为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，如图 355 所示，为了使小球飘离平面，匀强磁场在纸面内移动的最小速度应为多少？方向如何？图 355【思路点拨】小球飘离平面的条件是 F 洛 mg 且两力方向相反洛伦兹力作用下物体运动分析洛伦兹力针对受力物体来看，是一普通力，因此在分析带电物体在磁场中的运动时，力学规律4普遍适用第 4 步巧练精选习题，落实强化3两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
10、量之比为1：4，电量之比为 1：2，则两带电粒子受洛伦兹力之比为( )A2：1B1：1 C1：2 D1：44在图 356 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，并指出洛伦兹力的方向图 356与洛伦兹力相关的运动问题的分析技巧分析带电体受洛伦兹力作用运动的问题，与分析物体在其他力作用下的运动一样，要对研究对象的受力情况、运动情况进行分析，分析时尤其要注意：(1)洛伦兹力与重力、弹力、摩擦力等都属于性质力，在研究电荷或带电体的运动时应注意洛伦兹力，受力分析时不要漏掉洛伦兹力(2)洛伦兹力的大小不仅与磁感应强度 B
11、 有关，而且与所带电荷量 q 有关，还与带电体的运动速度 v 有关，物体的受力会使速度变化，速度的变化则会影响洛伦兹力，洛伦兹力变化会使物体的合外力和加速度也变化所以，解决此类问题时，应认真进行受力分析，并时刻注意洛伦兹力的变化3.(多选)如图 357 所示为一个质量为 m、带电荷量为q 的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中现给圆环向右的初速度v0，在以后的运动过程中，圆环运动的速度图象可能是下列图中的()357【思路点拨】此题可结合 f 洛 qvB 与 mg 的大小关系分别讨论先看名师指津(1)应注意题中可能出现的三种情况，即洛伦兹力可能大于、
12、等于或小于重力(2)应注意三个关系：摩擦力与速度的关系，速度与洛伦兹力的关系，洛伦兹力与摩擦力的关系再演练应用5.如图 358 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、带电荷量为 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( )图 358A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5C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课堂小结课时作业(二十四)运动电荷在磁场中受到的力全员参与 基础练1如下图所示是磁感应强度 B、正电荷速度 v 和磁场对电荷的作用力 F 三者方向
13、的相互关系图(其中 B、F、 v 两两垂直)其中正确的是 ()2下列说法中正确的是( )A运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用B运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感应强度一定为零C洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的速度D洛伦兹力对带电粒子不做功3如图 359 所示，在真空中，水平导线中有恒定电流 I 通过，导线的正下方有一质子初速度方向与电流方向相同，则质子可能的运动情况是( )图 359A沿路径 a 运动 B沿路径 b 运动C沿路径 c 运动 D沿路径 d 运动4如图 3510 所示是电视机显像管及其偏转线圈的示意图电流方向如图所示，试判断正对
14、读者而来的电子束将向哪边偏转()图 3510A向上B向下 C向左 D向右图 35115(多选) 如图 3511 为一“滤速器”装置的示意图 a、b 为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔 O 进入 a、 b 两板之间为了选取具有某种特定速率的电子，可在 a、b 间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水6平直线 OO运动，由 O射出不计重力作用可能达到上述目的的办法是()A使 a 板电势高于 b 板，磁场方向垂直纸面向里B使 a 板电势低于 b 板，磁场方向垂直纸面向里C使 a 板电势高于 b 板，磁场方向垂直纸面向外D使 a 板电势低于 b 板，磁场方向垂直纸面向外图 35126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 3512 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 ()A油滴必带正电荷，电荷量为 2mg/v0B B油滴必带负电荷，比荷 q/mg/v 0BC油滴必带正电荷，电荷量为 mg/v0B D油滴带什么电荷都可以，只要满
