2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 電流與磁場 3 磁場對運(yùn)動電荷的作用力學(xué)案 教科版選修1 -1.doc

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3　磁場對運(yùn)動電荷的作用力 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識洛倫茲力，知道通電導(dǎo)線所受的安培力是運(yùn)動電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)．(重點(diǎn)) 2．會用左手定則判斷洛倫茲力的方向．(難點(diǎn)) 3．了解電子束的偏轉(zhuǎn)原理及其在技術(shù)上的應(yīng)用. [自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知] [知識梳理] 一、洛倫茲力——磁場對運(yùn)動電荷的作用力 1．安培力的本質(zhì) 磁場對通電導(dǎo)線的作用實(shí)際上是對導(dǎo)線中運(yùn)動電荷的作用力的宏觀表現(xiàn)． 2．定義：磁場對運(yùn)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)，讓磁感線垂直穿入手心，四指指向正電荷運(yùn)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(fù)電荷的受力方向與正電荷的受力方向相反． (3)當(dāng)電荷運(yùn)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(zhuǎn)的應(yīng)用 電子顯像管的工作原理：磁場對運(yùn)動電荷的作用使電子束在磁場中偏轉(zhuǎn)，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(chǔ)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(yùn)動，就一定會受到洛倫茲力．(　　) (3)電視機(jī)顯像管中電子束的偏轉(zhuǎn)是利用洛倫茲力．(　　) (4)電子束撞擊熒光屏?xí)r熒光屏?xí)l(fā)光．(　　) 【提示】　(1)　(2)　(3)√　(4)√ 2．以下說法正確的是(　　) A．運(yùn)動電荷在磁場中不一定受到洛倫茲力 B．運(yùn)動電荷在電場中不一定受到電場力 C．運(yùn)動的點(diǎn)在磁場中未受到洛倫茲力，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 D．運(yùn)動的電荷在電場中未受到電場力，該處的電場強(qiáng)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(yùn)動電荷在磁場中不一定受到洛倫茲力，選項(xiàng)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(xiàng)B、D錯誤．] 3．在圖所示的四幅圖中，正確標(biāo)明了帶負(fù)電的粒子所受洛侖茲力F方向的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)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(yùn)動電荷在磁場中受到的力，而安培力是導(dǎo)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(diǎn) (1)安培力：當(dāng)I∥B時，F(xiàn)＝0；洛倫茲力：當(dāng)v∥B時，F(xiàn)＝0. (2)安培力：當(dāng)I⊥B時，F(xiàn)＝BIl；洛倫茲力：當(dāng)v⊥B時，F(xiàn)＝qvB. (3)洛倫茲力與安培力的方向都是根據(jù)左手定則來判斷． 3．安培力和洛倫茲力的不同點(diǎn)：安培力推動導(dǎo)體運(yùn)動時，對導(dǎo)體做功；洛倫茲力的方向與運(yùn)動電荷的速度方向垂直，對運(yùn)動電荷永遠(yuǎn)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(fù))、速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向．當(dāng)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?qū)⒉蛔儯? (2)在電荷的運(yùn)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(yùn)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(yùn)動的方向v和B不一定垂直，但洛倫茲力一定垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度B和速度v的方向．當(dāng)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(yīng)強(qiáng)度B、負(fù)電荷運(yùn)動方向v和磁場對電荷洛倫茲力F的相互關(guān)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(fù)電荷所受洛倫茲力的問題.用左手定則判斷負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向時四指指向負(fù)電荷運(yùn)動的反方向，這里容易弄混. [針對訓(xùn)練] 1．(多選)如圖是表示磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B、負(fù)電荷運(yùn)動方向v和磁場對電荷作用力f的相互關(guān)系圖，這四個圖中畫的正確的是(B、v、f兩兩垂直)(　　) ABC　[由左手定則可知四指指向正電荷運(yùn)動的方向，當(dāng)負(fù)電荷在運(yùn)動時，四指指向的方向應(yīng)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(zhuǎn)的應(yīng)用 1．構(gòu)造如圖231所示． 圖231 2．原理：陰極發(fā)射電子，經(jīng)過偏轉(zhuǎn)線圈，偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場和電子運(yùn)動方向垂直，電子受洛倫茲力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)后的電子打在熒光屏上，使熒光屏發(fā)光． 3．掃描：偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平方向和豎直方向都加有偏轉(zhuǎn)磁場，其方向、強(qiáng)弱都在不斷變化，因此電子束打在熒光屏上的光點(diǎn)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(jī)每秒要進(jìn)行50場的掃描，所以人們感到整個熒光屏都在發(fā)光． 　 (多選)如圖232所示，一陰極射線管，左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方放一通電直導(dǎo)線AB時，發(fā)現(xiàn)射線的徑跡向下彎曲，則(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：37032046】 圖232 A．導(dǎo)線中的電流從A到B B．導(dǎo)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(shí)現(xiàn) D．電子束的徑跡與AB中的電流方向無關(guān) 思路點(diǎn)撥：①先用安培定則(右手)判定導(dǎo)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?yàn)殡娮舆\(yùn)動的反向． BC　[電子在通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場中運(yùn)動，無論直導(dǎo)線中的電流方向如何，電子的運(yùn)動速度都是和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是垂直的．根據(jù)左手定則，由于是負(fù)電荷，四指應(yīng)指向左方，根據(jù)電子的偏轉(zhuǎn)方向可以確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶铮鶕?jù)安培定則，導(dǎo)線中的電流方向?yàn)锽到A．如果導(dǎo)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(zhuǎn)方向，所以本題的正確選項(xiàng)是B、C.] [針對訓(xùn)練] 2.如圖233所示，在鐵環(huán)上用絕緣導(dǎo)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233 A．向下偏轉(zhuǎn)　 B．向上偏轉(zhuǎn) C．向左偏轉(zhuǎn) D．向右偏轉(zhuǎn) B　[由左手定則判斷電子受向上的洛倫茲力．] [當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基] 1．(多選)下列說法正確的是(　　) A．運(yùn)動電荷不受洛倫茲力的地方一定沒有磁場 B．運(yùn)動電荷受的洛倫茲力方向既與其運(yùn)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(yùn)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(yùn)動電荷不做功 BD　[洛倫茲力的大小不但與速度大小有關(guān)，還與速度方向有關(guān)，如當(dāng)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(yùn)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234所示，一帶負(fù)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234 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(yùn)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(fù)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(qiáng)磁場區(qū)域，運(yùn)動軌跡如圖235所示．不計(jì)重力，下列分析正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：37032047】 圖235 A．M帶負(fù)電，N帶正電 B．M和N都帶正電 C．M帶正電，N帶負(fù)電 D．M和N都帶負(fù)電 A　[粒子向右運(yùn)動，根據(jù)左手定則，N向上偏轉(zhuǎn)，應(yīng)當(dāng)帶正電；M向下偏轉(zhuǎn)，應(yīng)當(dāng)帶負(fù)電，故BCD錯誤，A正確．]