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1、13.53.5 磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力-洛伦兹力洛伦兹力【学习目标】 1.通过实验，观察阴极射线在磁场中的偏转，认识洛伦兹力. 2.会用左手定则判断洛伦兹力的方向. 3.经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，由此体会两力的关系，会计算洛伦兹力的大小。 4.了解电子束磁偏转的原理以及在电视显像管中的应用 【课前预学】一、洛伦兹力的方向和大小1洛伦兹力： 在磁场中受到的力 在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力的 表现2洛伦兹力的方向判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与手掌在同一个 ；让磁感线从掌心进入，并使四指指向 电荷运动的方向，这时 就是运动的正电荷在磁场
2、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 3洛伦兹力的大小：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 ，那么粒子所受的洛伦兹力为F .在一般情况下，当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为时，电荷所受的洛伦兹力为F 。 二、电视显像管的工作原理电视显像管应用了电子束 的道理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，因此电子束打在荧光屏上的光点不断移动，这在电视技术中叫做 .【课堂学习活动】 活动一、掌握洛伦兹力的方向问题设计 如图所示，我们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影响那么电荷偏转方向与磁场方向、
3、电子运动方向的关系满足怎样的规律？答案要点提炼1洛伦兹力的方向可以根据 来判断，四指所指的方向为 的运动方向(或为负电荷运动的 )，拇指所指的方向就是运动的正电荷(负电荷)在磁场中所受 的方2向负电荷受力的方向与同方向运动的正电荷受力的方向 2洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁场方向都 ，即洛伦兹力的方向总是垂直于所决定的平面(但v和B的方向 垂直)3由于洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直，因此洛伦兹力对电荷 (填“做功”或“不做功” )，洛伦兹力只改变电荷速度的 而不改变其速度的 活动二、理解、掌握洛伦兹力的大小问题设计 如图所示，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，
4、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 且定向运动的速度都是 v ，(1)导线中的电流是多少？导线在磁场中所受安培力多大？(2)长为 L 的导线中含有的自由电荷数为多少？电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和，在宏观上表现为导线所受的安培力则每个自由电荷所受洛伦兹力多大？答案 (1)(2)要点提炼1洛伦兹力与安培力的关系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 表现而洛伦兹力是安培力的 本质2洛伦兹力的大小：F ，为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角(1)当电荷运动方向与磁场方向垂直时：F ；(2)当电荷运动方向与磁场方向平行时：F ；(3)当电
5、荷在磁场中静止时：F .活动三、了解电视显像管的工作原理问题设计 如图为电视显像管的工作原理图，从图中(俯视图)可以看出，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O3点为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场 (1)如果要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应该沿什么方向？ (2)如果要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向？ (3)如果要使电子束打在荧光屏上的位置由B逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？ 答案 活动四、典例精析一、对洛伦兹力方向的判定例 1 下列关于图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向或带电粒子的带电性的判断正确的是( )A洛伦兹力方向竖直向上 B洛伦兹力方
6、向垂直纸面向里C粒子带负电 D洛伦兹力方向垂直纸面向外【针对训练】(2013高考安徽卷)图中 a、b、c、d 为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面位于正方形的四个顶点上，导线上通有大小相同的电流，方向如图所示一带正电的粒子从正方形中心 O 点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是( )A向上 B向下 C向左 D向右二、对洛伦兹力公式的理解例 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，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三、带电物体在匀强磁场中的运动问题例 3 一个质量为m0.1 g 的小滑块，带有q5104C 的电
7、荷量，放置在倾角30的光滑斜面上(绝缘)，斜面固定且置于B0.5 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)求：(1)小滑块带何种电荷？4(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？规律总结 1.带电物体在磁场或电场中运动的分析方法和分析力学的方法一样，只是比力学多了洛伦兹力和电场 力 2对带电粒子受力分析求合力，若合力为零，粒子做匀速运动或静止；若合力不为零，且 F合与速度 V 共线时，粒子做变速直线运动；若合力不为零，且 F合与速度 V 不在同一直线时，粒子做变速曲线
8、运动； 再根据牛顿第二定律分析粒子速度变化情况最后根据牛顿第二定律、运动学公式或动能定理求解问题。活动五、达标检测1(对洛伦兹力方向的判定)试判断图中各带电粒子受洛伦兹力的方向或带电粒子的运动方向。52. (对洛伦兹力方向的判定)设匀强磁场方向沿 z 轴正向，带负电的运动粒子在磁场中受洛仑兹力，作用的方向沿 y 轴正向，如图所示，则该带负电的粒子速度方向为（ ） A.可能沿 x 轴正向B.可能沿 x 轴负向C.一定在 xOz 平面内D.一定在 xOy 平面内3(对洛伦兹力方向的判定)如图所示，阴极射线管(A 为其阴极)放在蹄形磁铁的 N、S 两极间，射管的 A、B 两极分别接在直流高压电源的_
9、极和_极.此时，荧光屏上的电子束运动轨迹_偏转(选填“向上”、“向下”或“不”).4(对洛伦兹力公式的理解)一带电粒子在匀强磁场中沿着磁感线方向运动，现将该磁场的磁感应强度增大一倍，则带电粒子受到的洛伦兹力( )A增大两倍 B增大一倍C减小一半 D依然为零5.(对显像管磁偏转的理解)如图所示为电视机显像管中电子束偏转的示意图磁环上的偏转线圈通以图示方向的电流时，沿轴线向纸内射入的电子束的偏转方向 （ ） A向上 B向下 C向左 D向右6.（认识磁流体发电）目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发 电机，如图表示它的原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大 量的正、负离子)喷射入磁场
10、，在磁场中有两块金属板 A、B，这时金属板上 就会聚集电荷，产生电势差 U，以下说法正确的是( ) AB 板带正电 BA 板带正电 C其他条件不变，只增大射入速度，U 增大 D其他条件不变，只增大磁感应强度，U 增大7(对速度选择器的认识)在如图所示的平行板器件中，电场强度 E 和磁感应强度B 相互垂直具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器(重力不计)(1)试证明带电粒子具有速度 v=E/B 时，才能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器(本题中粒子带正电荷，电场方向向下，磁场方向垂直于纸面向内)(2)如果粒子所带电荷变为负
11、电荷，仍 从左向右入射，此装置是否还能作为速度选择器使用? (3)如果带电粒子从右向左入射，此装置是否还能作为速度选择器使用?(4)如果把此装置中的电场和磁场同时反向，此装置是否可以作为速度选择器用?如果可以，那么粒子应该从哪个方向入射?68(带电物体在匀强磁场中的运动)光滑绝缘杆与水平面保持角，磁感应强度为B的匀强磁场充满整个空间，一个带正电q、质量为m、可以自由滑动的小环套在杆上，如图所示，小环下滑过程中对杆的压力为零时，小环的速度为_【课后作业】题组一 对洛伦兹力方向的判定1在以下几幅图中，对洛伦兹力的方向判断正确的是( )2.一束混合粒子流从一发射源射出后，进入如图所示的磁场，分离为
12、1、2、3 三束，则下列判断正确的是( )A1 带正电B1 带负电C2 不带电 D3 带负电3在学校操场的上空停着一个热气球，从它底部脱落一个塑料小部件，下落过程中由于和空气摩擦而带负电，如果没有风，那么它的着地点会落在热气球正下方地面位置的( )A偏东B偏西C偏南 D偏北4显像管原理的示意图如图所示，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( )7题组二 洛伦兹力的特点5一个运动电荷在某个空间里没有受到洛伦兹力的作用
13、，那么( )A这个空间一定没有磁场B这个空间不一定没有磁场C这个空间可能有方向与电荷运动方向平行的磁场D这个空间可能有方向与电荷运动方向垂直的磁场6.如图所示，一束电子流沿管的轴线进入螺线管，忽略重力，电子在管内的运动应该是( )A当从a端通入电流时，电子做匀加速直线运动B当从b端通入电流时，电子做匀加速直线运动C不管从哪端通入电流，电子都做匀速直线运动D不管从哪端通入电流，电子都做匀速圆周运动7关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动，下列说法中正确的是( )A带电粒子沿电场线方向射入，则电场力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加B带电粒子垂直于电场线方向射入，则电场力对带电粒子不做功，粒子动
14、能不变C带电粒子沿磁感线方向射入，洛伦兹力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加D不管带电粒子怎样射入磁场，洛伦兹力对带电粒子都不做功，粒子动能不变8有一个带正电荷的离子，沿垂直于电场的方向射入带电平行板的匀强电场，离子飞出电场后的动能为Ek.当在带电平行板间再加入一个垂直纸面向里的如图所示的匀强磁场后，离子飞出电场后的动能为Ek，磁场力做功为W，则下列判断正确的是( )AEkEk，W0CEkEk，W0 DEkEk，W0题组三 带电物体在磁场中的运动问题9.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mg v0B8B油滴必带正电荷，比荷 q mq v0BC油滴必带负电荷，电荷量为mg v0BD油滴带什么电荷都可以，只要满足qmg v0
