《2018版 第3章 5 运动电荷在磁场中受到的力》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018版 第3章 5 运动电荷在磁场中受到的力（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1/115运动电荷在磁场中受到的力学 习 目 标 知 识 脉 络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 )洛伦兹力的方向和大小先 填 空 1洛伦兹力(1)定义：运动电荷 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洛伦兹力的宏观表现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
2、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)洛伦兹力方向的特点：FB ，Fv，即 F 垂直于 B 和 v 所决定的平2/11面3洛伦兹力的大小(1)当 v 与 B 成 角时：FBqvsin_.(2)当 vB 时：FqvB.(3)当 vB 时：F0.再 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()后 思 考 怎样判断负电荷在磁场
3、中运动时受洛伦兹力的方向？【提示】负电荷在磁场中受力的方向与正电荷受力的方向相反，利用左手定则判断时，应使四指指向 负电荷运动的反方向合 作 探 讨 如图 351 所示，正电荷 q 以速度 v 进入匀强磁场中，速度与磁感应强度方向间的夹角为 .图 351探讨 1：电荷 q 所受的洛伦兹力的方向沿什么方向？【提示】垂直于纸面向里探讨 2：电荷 q 所受的洛伦兹力是多大？【提示】qvBsin .3/11核 心 点 击 1对洛伦兹力方向的理解(1)洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向和磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动方向和磁场方向所决定的平面，F、B、v 三者的方向关系是：FB、F v，
4、但 B 与 v 不一定垂直(2)洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化但无论怎么变化，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2洛伦兹力与安培力的关系：安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观实质(1)方向：洛伦兹力的方向与运动电荷形成的等效电流的安培力方向相同(2)大小：一段通电导线所受安培力大小等于该段导线内所有运动电荷所受洛伦兹力的矢量和3推导洛伦兹力公式：设有一段长为 L，横截面积为 S 的直导线，单位体积内的自由电荷数为 n，每个自由电荷的电荷量为 q，自由电荷定向移动的速率为 v.这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为 B
5、 的匀强磁场中图 352(1)根据电流的定义式可知通电导线中的电流 I nqSv.Qt nSvtqt(2)通电导线所受的安培力 F 安 BILB (nqSv)L.(3)这段导线内的自由电荷数 NnSL.(4)每个电荷所受的洛伦兹力 F 洛 qvB.F安N BnqvSLnSL4对公式的理解(1)适用条件：运动电荷的速度方向与磁场方向垂直，当 v0 时，F 洛0，即相对磁场静止的电荷不受洛伦兹力作用4/11(2)B、v 夹角对洛伦兹力的影响：当 90时，vB，sin 1，F 洛 qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大当 vB 时，0，sin 0，F 洛 0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹
6、力若不垂直，F 洛 qvBsin .5洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力 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5/111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
7、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() 【导学号：34522040】图 353A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【解析】由左手定则知打到 a、b 点的粒子带负电，打到 c、d 点的粒子带正电，D 正确【答案】D2在图 354 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 354【解析】 (1)因 vB，所以
8、 FqvB，方向与 v 垂直向左上方(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，v vsin 30，FqvBsin 30 qvB，方向垂直纸面向里12(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 垂直向左上方6/11【答案】(1)qvB垂直 v 向左上方(2) qvB垂直纸面向里12(3)不受洛伦兹力(4)qvB垂直 v 向左上方有关洛伦兹力的两点注意：(1)用左手定则 判断洛伦兹力方向时，要特别注意运动电荷的正负，四指应指向正电荷运动的方向，指向 负电荷运动的反方向(2)计算洛伦兹 力的大小时，应注意弄清 v
9、 与磁感应强度 B 的方向关系当vB 时 ，洛 伦兹 力 FqvB，当 vB 时， F0，当 v 与 B 成 角(090) 时， 应将 v(或 B)进行分解取它们 垂直的分量计算电视显像管的工作原理先 填 空 1构造：如图 355 所示，由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成图 3552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，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再 判 断 7/111电子束带负电，在显像管偏转磁场中的偏转方向
10、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( )3在偏转区竖直方向的偏转磁场使电子束发生水平方向的移动()后 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？【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 不到荧光屏的闪烁合 作 探 讨 如图 356 所示，是一横截面边长为 a 的正方形的金属导体匀强磁场 B沿 x 轴正方向设自由电子定向移动速度为 v.图 356探讨 1：金属导体上、下两个侧面，哪个侧面的电势较高？【提示】上侧面探讨 2：导体上、下两个侧
11、面的电势差是多大？【提示】Bva.核 心 点 击 1速度选择器图 357如图 357 所示， D1 和 D2 是两个平行金属板，分别连在电源的两极上，其间有一电场强度为 E 的电场，同时在此空间加有垂直于电场方向的磁场，磁感8/11应强度为 B.S1、S 2 为两个小孔，且 S1 与 S2 连线方向与金属板平行速度沿S1、S 2 连线方向从 S1 飞入的带电粒子只有做直线运动才可以从 S2 飞出因此能从 S2 飞出的带电粒子所受的电场力与洛伦兹力平衡，即 qEqvB .故只要带电粒子的速度满足 v ，即使电性不同，比荷不同，也可沿直线穿出右侧的小孔EBS2，而其他速度的粒子要么上偏，要么下偏，
12、无法穿出 S2.因此利用这个装置可以达到选择某一速度带电粒子的目的，故称为速度选择器2磁流体发电机如图 358 所示，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，从整体上来说是呈电中性)喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，则高速射入的离子在洛伦兹力的作用下向 A、B 两板聚集，使两板间产生电势差，若平行金属板间距为 d，匀强磁场的磁感应强度为 B，等离子体流速为 v，气体从一侧面垂直磁场射入板间，不计气体电阻，外电路电阻为 R，则两板间可能达到的最大电压和最大电流为多少？图 358如图 359 所示，运动电荷在磁场中受洛伦兹力作用发生偏转，正、负离子分别到达 B、A 极
13、板( B 为电源正极，故电流方向从 b 到 a)，使 A、B 板间产生匀强电场，在电场力的作用下偏转逐渐减弱，当等离子体不发生偏转即匀速穿过时，有 qvBqE，所以此时两极板间电势差 UEd Bdv，据闭合电路欧姆定律可得电流大小 I .BdvR图 3593霍尔效应如图 3510 所示，厚度为 h，宽度为 d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为 B 的匀强磁场中当电流按如图方向通过导体板时，在导体板的上侧面 A9/11和下侧面 A之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应实验表明，当磁场不太强时，电势差 U、电流 I 和 B 的关系为 Uk ，式中的比例系数 k 称为霍尔IBd系数图 3510霍尔
14、效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电场力当静电场力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧面之间就会形成稳定的电势差由 Uk 可得 B ，IBd UdkI这也是一种测量磁感应强度 B 的方法4电磁流量计(1)原理如图 3511 所示是电磁流量计的示意图，在非磁性材料做成的圆管道外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上 a、b 两点间的电势差 U，就可以知道管中液体的流量 Q(m3/s)单位时间内流过液体的体积图 3511(2)流量的计算电荷随液体流动，
15、受到竖直方向的洛伦兹力，使正负电荷在上下两侧聚集，形成电场当电场力与洛伦兹力平衡时，达到稳态，此时 q qvB 得 v ，UD UBD液体流量 Q v .D24 DU4B10/113显像管原理的示意图如图 3512 所示，当没有磁场时，电子束将打在荧光屏正中的 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，若使电子打在荧光屏上的位置由 a点逐渐移动到 b 点，下列变化的磁场能够使电子发生上述偏转的是()图 3512【解析】 电子偏转到 a 点时，根据左手定 则可知，磁场方向垂直纸面向外，对应的 Bt 图的图线应在 t 轴下方；电子偏转到 b 点时，根据左手定 则可知，磁场方向垂直纸面向里，对应 的 Bt 图的图线应在 t 轴 上方，A 正确【答案】A4(多选 )不计重力的负粒子能够在如图 3513 所示的正交匀强电场和匀强磁场中匀速直线穿过设产生匀强电场的两极板间电压为 U，距离为 d，匀强磁场的磁感应强度为 B，粒子带电荷量为 q，进入速度为 v，以下说法正确的是(
