2018-2019學年高中物理 第二章 電流與磁場 3 磁場對運動電荷的作用力學案 教科版選修1-1

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1、 3　磁場對運動電荷的作用力 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1.通過實驗認識洛倫茲力，知道通電導線所受的安培力是運動電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)．(重點) 2．會用左手定則判斷洛倫茲力的方向．(難點) 3．了解電子束的偏轉原理及其在技術上的應用. [自 主 預 習·探 新 知] [知識梳理] 一、洛倫茲力——磁場對運動電荷的作用力 1．安培力的本質(zhì) 磁場對通電導線的作用實際上是對導線中運動電荷的作用力的宏觀表現(xiàn)． 2．定義：磁場對運動電荷的作用力叫洛倫茲力． 3．洛倫茲力的方向 (1)洛倫茲力的方向遵守左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四指垂直，且處于同一平面內(nèi)

2、，讓磁感線垂直穿入手心，四指指向正電荷運動的方向，這時拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向． (2)負電荷的受力方向與正電荷的受力方向相反． (3)當電荷運動方向與磁感線平行時，電荷不受洛倫茲力． 二、電子束在磁場中偏轉的應用 電子顯像管的工作原理：磁場對運動電荷的作用使電子束在磁場中偏轉，從而使電子束在顯像管中展開，在一個屏幕上形成圖像． [基礎自測] 1．思考判斷 (1)靜止的帶電粒子在磁場中也要受到洛倫茲力的作用．(　　) (2)帶電粒子只要在磁場中運動，就一定會受到洛倫茲力．(　　) (3)電視機顯像管中電子束的偏轉是利用洛倫茲力．(　　) (4)電子束撞擊熒

3、光屏時熒光屏會發(fā)光．(　　) 【提示】　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√ 2．以下說法正確的是(　　) A．運動電荷在磁場中不一定受到洛倫茲力 B．運動電荷在電場中不一定受到電場力 C．運動的點在磁場中未受到洛倫茲力，該處的磁感應強度一定為零 D．運動的電荷在電場中未受到電場力，該處的電場強度不一定為零 A　[電荷的速度與磁場平行時，不受洛倫茲力，所以運動電荷在磁場中不一定受到洛倫茲力，選項A正確，C錯誤；根據(jù)F＝Eq可知在電場中的電荷受電場力作用，若F＝0，則E＝0，選項B、D錯誤．] 3．在圖所示的四幅圖中，正確標明了帶負電的粒子所受洛侖茲力F方向的是(　　) 【

4、導學號：37032045】 C　[根據(jù)左手定則：A受到的洛侖茲力垂直紙面向外，故A錯誤；B受到的洛倫茲力垂直紙面向里，故B錯誤；C受到的洛倫茲力向上，故C正確；D受到的洛倫茲力向下，故D錯誤．故選C.] [合 作 探 究·攻 重 難] 洛倫茲力的理解 1．洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，而安培力是導體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)． 2．洛倫茲力與安培力的共同點 (1)安培力：當I∥B時，F(xiàn)＝0；洛倫茲力：當v∥B時，F(xiàn)＝0. (2)安培力：當I⊥B時，F(xiàn)＝BIl；洛倫茲力：當v⊥B時，F(xiàn)＝qvB. (3)洛倫茲力與安培力的方向都是根據(jù)左手

5、定則來判斷． 3．安培力和洛倫茲力的不同點：安培力推動導體運動時，對導體做功；洛倫茲力的方向與運動電荷的速度方向垂直，對運動電荷永遠不做功． 4．洛倫茲力的方向 (1)決定洛倫茲力方向的因素有三個：電荷的電性(正、負)、速度方向、磁感應強度的方向．當電荷一定即電性一定時，其他兩個因素中，如果只讓一個因素的方向相反，則洛倫茲力方向必定相反；如果同時讓兩個因素的方向相反，則洛倫茲力方向將不變． (2)在電荷的運動方向與磁場方向垂直時，由左手定則可知，洛倫茲力的方向既與磁場方向垂直，又與電荷的運動方向垂直，即洛倫茲力垂直于v和B兩者決定的平面． (3)電荷運動的方向v和B不一定垂直，但洛倫

6、茲力一定垂直于磁感應強度B和速度v的方向．當B、v不垂直時，用左手定則時磁感線不再垂直穿過手心． 　(多選)如圖所示，是表示磁場磁感應強度B、負電荷運動方向v和磁場對電荷洛倫茲力F的相互關系圖，這四個圖中正確的是(B、v、F兩兩垂直)(　　) ABC　[由左手定則可判斷A、B、C正確．] 做題時要看清本題考查的是負電荷所受洛倫茲力的問題.用左手定則判斷負電荷所受洛倫茲力的方向時四指指向負電荷運動的反方向，這里容易弄混. [針對訓練] 1．(多選)如圖是表示磁場磁感應強度B、負電荷運動方向v和磁場對電荷作用力f的相互關系圖，這四個圖中畫的正確的是(B、v、f兩兩垂直)(　　

7、) ABC　[由左手定則可知四指指向正電荷運動的方向，當負電荷在運動時，四指指向的方向應與速度方向相反，由此可判斷A、B、C均正確．] 電子束在磁場中偏轉的應用 1．構造如圖2-3-1所示． 圖2-3-1 2．原理：陰極發(fā)射電子，經(jīng)過偏轉線圈，偏轉線圈產(chǎn)生的磁場和電子運動方向垂直，電子受洛倫茲力作用發(fā)生偏轉，偏轉后的電子打在熒光屏上，使熒光屏發(fā)光． 3．掃描：偏轉區(qū)的水平方向和豎直方向都加有偏轉磁場，其方向、強弱都在不斷變化，因此電子束打在熒光屏上的光點不斷移動，這種現(xiàn)象稱為掃描． 電子束從最上一行掃描到最下一行叫一場，電視機每秒要進行50場的掃描，所以人們感到整

8、個熒光屏都在發(fā)光． 　 (多選)如圖2-3-2所示，一陰極射線管，左側不斷有電子射出，若在管的正下方放一通電直導線AB時，發(fā)現(xiàn)射線的徑跡向下彎曲，則(　　) 【導學號：37032046】 圖2-3-2 A．導線中的電流從A到B B．導線中的電流從B到A C．若要使電子束的徑跡向上彎曲，可以改變AB中的電流方向來實現(xiàn) D．電子束的徑跡與AB中的電流方向無關 思路點撥：①先用安培定則(右手)判定導線上方的磁場方向． ②再用左手定則分析洛倫茲力的方向．但要注意四指的指向為電子運動的反向． BC　[電子在通電直導線產(chǎn)生的磁場中運動，無論直導線中的電流方向如何，電子的運動速度都是

9、和磁感應強度的方向是垂直的．根據(jù)左手定則，由于是負電荷，四指應指向左方，根據(jù)電子的偏轉方向可以確定磁感應強度的方向為垂直紙面向里．根據(jù)安培定則，導線中的電流方向為B到A．如果導線中的電流方向反向，則其產(chǎn)生磁場方向也反向，會影響到電子的偏轉方向，所以本題的正確選項是B、C.] [針對訓練] 2.如圖2-3-3所示，在鐵環(huán)上用絕緣導線纏繞兩個相同的線圈a和b，a、b串聯(lián)后通入方向如圖所示的電流I，一束電子從紙里經(jīng)鐵環(huán)中心射向紙外時，電子將(　　) 圖2-3-3 A．向下偏轉　 B．向上偏轉 C．向左偏轉 D．向右偏轉 B　[由左手定則判斷電子受向上的洛倫茲力．] [當 堂 達 標

10、·固 雙 基] 1．(多選)下列說法正確的是(　　) A．運動電荷不受洛倫茲力的地方一定沒有磁場 B．運動電荷受的洛倫茲力方向既與其運動的方向垂直，又與磁感線方向垂直 C．帶電荷量為q的電荷，在磁場中運動速度大小不變，則所受洛倫茲力一定不變 D．洛倫茲力對運動電荷不做功 BD　[洛倫茲力的大小不但與速度大小有關，還與速度方向有關，如當v∥B時F＝0，而v⊥B時F＝qvB.洛倫茲力的方向總與速度方向垂直，對運動電荷不做功．同時又總與磁感線方向垂直，故B、D正確．A、C錯誤．] 2．如圖2-3-4所示，一帶負電的離子束沿圖中箭頭方向通過兩磁極間時，它受的洛倫茲力方向(　　) 圖

11、2-3-4 A．向下　　 B．向上 C．向N極 D．向S極 A　[由圖可知，磁場方向從N極指向S極，根據(jù)左手定則可知，讓四指指向與正電荷運動方向相同，讓磁感線穿過手心，根據(jù)大拇指的指向即可判斷出洛倫茲力的方向，由此可知負電的離子束所受的洛倫茲力的方向向下，故A正確，BCD錯誤．] 3．帶電粒子M和N，先后以不同的速度沿PO方向射入圓形勻強磁場區(qū)域，運動軌跡如圖2-3-5所示．不計重力，下列分析正確的是(　　) 【導學號：37032047】 圖2-3-5 A．M帶負電，N帶正電 B．M和N都帶正電 C．M帶正電，N帶負電 D．M和N都帶負電 A　[粒子向右運動，根據(jù)左手定則，N向上偏轉，應當帶正電；M向下偏轉，應當帶負電，故BCD錯誤，A正確．] 6