2019-2020年高中物理 3.5《磁場對運動電荷的作用》學案 新人教版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理 3.5《磁場對運動電荷的作用》學案 新人教版選修3-1 【要點導學】 1、本節(jié)學習磁場對運動電荷的作用力（洛倫茲力），通過本節(jié)的學習，應知道洛倫茲力是安培力的微觀表現，會推導公式F=qvB，并會用此公式解答有關問題，會用左手定則解答有關帶電粒子在磁場中受力方向的問題，知道電視機顯象管的工作原理。 2、洛倫茲力的方向：和確定安培力的方向一樣，確定洛倫茲力的方向也可以用左手定則.由于電流方向規(guī)定為_______定向移動的方向，所以用左手定則判斷洛倫茲力方向時，四指應該指向______運動的方向.磁場可以和電荷的運動速度方向不垂直，但洛倫茲力一定既垂直于電荷的速度方向，又垂直于磁感應強度方向，即垂直于速度方向和磁感應強度方向所構成的________。 3、計算洛倫茲力的公式：如果電流方向與磁場方向不垂直，設磁場與電流方向的夾角等于θ，洛倫茲力公式為__________，它表示電荷的運動方向與磁場方向在一條直線上，電荷將______磁場的作用力；當電荷的運動方向與磁場方向垂直時，電荷受到的磁場力最大等于_________。 4．洛倫茲力與電場力的對比 電荷在電場中就會受到電場力，其大小等于________，和電荷是否運動______．磁場對靜止的電荷____作用力，對運動的電荷也______有作用力，只有對運動方向與磁感應強度方向_________的電荷才有作用力．電場力移動電荷時，必然伴隨著_____做功，涉及到______與其它形式的能的轉化．洛倫茲力移動電荷時，對電荷____做功. 5、電視機顯象管的工作原理：電視機顯象管中的電子偏轉是利用了_______________ _________________________。產生偏轉電場的線圈稱為__________。 6、動量：是矢量，大小為質量與速率的乘積，方向為速度方向。 【范例精析】 例1、一個長螺線管中通有恒定直流電，把一個帶電粒子（不計粒子重力）沿著管軸線射入管中，粒子在管中做什么運動？ 解析：通電螺管內部的磁場是沿管軸線的，如圖3-5-1所示，即帶電粒子的速度方向與磁感線在同一直線上（速度與磁感應強度方向之間的夾角等于00或1800），所以粒子將不受洛倫茲力，又不計粒子的重力，所以粒子將勻速直線穿過磁場區(qū)域． 拓展：磁場對靜止的電荷無相互作用力，對運動的電荷也不一定有作用力，只有當電荷的運動方向與磁感應強度方向不在一直線上時才有洛倫茲力作用．如果螺線管中通交變電流，電子如何運動？ 例2、 如圖3-5-2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)現射線的徑跡向彎曲，則（ ） 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 D．電子束的徑跡與AB中的電流方向無關 解析： 電子在通電直導線產生的磁場中運動，無論直導線中的電流方向如何，電子的運動速度都是和磁感應強度的方向是垂直的．根據左手定則，由于是負電荷，四指應指向左方，根據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相反，則其產生磁場方向也相反，會影響到電子的偏轉方向，所以本題的正確選項是BC． 拓展：本題運動電荷帶負電，所以四指應指向其運動速度方向的反方向．磁感應強度方向、粒子的速度方向中任意一個反向，都會導致洛倫茲力反向，如果兩個都反向，則洛倫茲力方向保持不變． 例3、如圖3-5-3所示，質量為m，帶電量為q的小球，在傾角為α的光滑斜面上由靜止開始下滑，勻強磁場的磁感應強度為B，方向垂直紙面向外，若帶電小球下滑后某個時刻對斜面的壓力恰好為零，問：（1）小球帶電性質如何？（2）此時小球下滑的速度和位移分別是多大？ 解析：（1）小球沿斜面下滑，要對斜面的壓力為零，說明其受到的洛倫茲力應垂直斜面向上，根據左右定則，四指應與小球運動方向一致，所以小球帶正電． （2）當小球對斜面壓力為零時，有 mgcosα=Bqv……① 得小球此時的速度為 v=mgcosα/Bq……② 由于小球沿斜面方向做勻加速運動，加速度為a=gsinα……③ 由勻加速運動的位移公式 v2=2ax……④ 得x=m2gcos2α/(2B2q2sinα)……⑤ 拓展：小球在運動過程中只有重力做功，機械能是守恒的，隨著速度的增加，洛倫茲力隨之增大，是一個變力，但是小球在斜面方向上的合力是恒力，所以小球做勻加速運動，故本題可以用勻變速運動來處理；當速度達到一定值時，小球對斜面的壓力為零，以后小球將離開斜面在空中運動，所以本題的位移是小球在斜面運動的最大位移． 【能力訓練】 1．關于帶電粒子所受洛倫茲力f、磁感應強度B和粒子速度v三者方向之間的關系，下列說法正確的是( B ) （A）f、B、v三者必定均相互垂直 （B）f必定垂直于B、v，但B不一定垂直v （C）B必定垂直于f、v，但f不一定垂直于v （D）v必定垂直于f、B，但f不一定垂直于B 2．如圖3-5-4所示是磁場B、負電荷速度v和磁場對運動電荷作用力f三者方向的相互關系圖，其中正確的是（B、f和v兩兩垂直）( ABC ) 3．電子射入只存在磁場的空間區(qū)域后( AB ) （A）動能不可能變化 （B）動量一定變化 （C）能作勻速直線運動 （D）一定作勻變速直線運動 4．如圖3-5-5所示，絕緣劈兩斜面光滑且足夠長，它們的傾角分別為α、β（α<β），處在垂直紙面向里的勻強磁場中，將質量相等、帶等量異種電荷的小球A和B，同時從兩斜面的頂端靜止釋放，不考慮兩電荷之間的庫侖力，則( AD ) （A）在斜面上兩球作勻加速運動，且aAtB 5．電子以4106m／s的速率垂直射入磁感應強度0．5T的勻強磁場中，受到的磁場力為_____N．如果電子射入磁場時速度v與B的方向間的夾角是180，則電子受的磁場力為_______N． 3.210-13，0 6．氫核和氘核以相同的動量垂直射入同一勻強磁場中，它們所受洛侖茲力大小之比為_________． 2:1 7．如圖3-5-6所示，虛線框內空間中同時存在著勻強電場和勻強磁場，勻強電場的電力線豎直向上，電場強度E=6104伏/米，勻強磁場的磁力線未在圖中畫出．一帶正電的粒子按圖示方向垂直進入虛線框空間中，速度v=2105米/秒．如要求帶電粒子在虛線框空間做勻速運動，磁場中磁感線的方向如何？磁感應強度大小多大？(帶電粒子所受重力忽略不計) 垂直低面向外、0.3特 8．如圖3-5-7所示，在豎直平面內有一個正交的勻強電場和勻強磁場磁感應強度為1T，電場強度為173N／C．一個帶正電的微粒，q＝210－6C，質量m=210-6kg，在這正交的電場和磁場內恰好做勻速直線運動，則帶電粒子運動的速度大小多大？方向如何？ 20m/s，與電場強度成60斜向上 9．在圖3-5-8中虛線所圍的區(qū)域內，存在電場強度為 E的勻強電場和磁感應強度為B的勻強磁場，已知從左方水平射入的電子，穿過這個區(qū)域時未發(fā)生偏轉，設重力可以忽略不計，則在這區(qū)域中的E和B的方向可能是( ABC) （A）E和B都沿水平方向，并與電子運動的方向相同 （B）E和B都沿水平方向，并與電子運動的方向相反 （C）E豎直向上，B垂直紙面向外 （D）豎直向上，B垂直紙面向里