2017_2018學(xué)年高中物理第5章磁場與回旋加速器學(xué)案（打包6套）滬科版.zip

2017_2018學(xué)年高中物理第5章磁場與回旋加速器學(xué)案（打包6套）滬科版.zip,2017,_2018,學(xué)年,高中物理,磁場,回旋加速器,打包,滬科版 5.5　探究洛倫茲力 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.掌握實驗探究洛倫茲力方向的過程，會用左手定則判斷洛倫茲力方向的方法．(重點) 2.掌握洛倫茲力的公式，會計算洛倫茲力的大?。?重點) 3.理解帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動的規(guī)律，掌握半徑和周期公式．(重點、難點). 洛 倫 茲 力 及 其 方 向、 大 小 1.洛倫茲力 磁場對運動電荷的作用力． 圖5-5-1 2．左手定則 伸直左手，讓大拇指與四指垂直且在同一平面內(nèi)，四指指向正電荷運動方向，讓磁感線穿入手心，大拇指所指的方向就是洛倫茲力的方向，如圖5-5-1所示．對于負(fù)電荷，四指指向負(fù)電荷運動的相反方向． 3．洛倫茲力的大小 (1)推導(dǎo)過程：長為L的導(dǎo)體垂直磁場放置，通入電流為I，受到的安培力F＝BIL，而I＝nqSv，導(dǎo)體中的電荷總數(shù)為N＝nLS，所以每個電荷受到的磁場力(即洛倫茲力)為f＝＝qvB. (2)公式：f＝qvB. (3)成立條件：速度方向與磁場方向垂直． 1．只要將電荷放入磁場中，電荷就一定受洛倫茲力．(×) 2．洛倫茲力的方向只與磁場方向和電荷運動方向有關(guān)．(×) 3．判斷電荷所受洛倫茲力的方向時，應(yīng)同時考慮電荷的電性．(√) 電荷在電場中一定受電場力作用，想一想，電荷在磁場中也一定受洛倫茲力作用嗎？ 【提示】　不一定，因為如果電荷相對于磁場靜止(v＝0)或電荷的運動方向與磁場方向平行(v∥B)，電荷在磁場中都不會受洛倫茲力的作用． 如圖5-5-2所示，正電荷q以速度v進入勻強磁場中，速度與磁感應(yīng)強度方向間的夾角為θ. 圖5-5-2 探討1：電荷q所受的洛倫茲力的方向沿什么方向？ 【提示】　垂直于紙面向里． 探討2：電荷q所受的洛倫茲力是多大？ 【提示】　qvBsin θ. 1．對洛倫茲力方向的理解 (1)洛倫茲力的方向總是與電荷運動方向和磁場方向垂直，即洛倫茲力的方向總是垂直于電荷運動方向和磁場方向所決定的平面，F(xiàn)、B、v三者的方向關(guān)系是：F⊥B、F⊥v，但B與v不一定垂直． (2)洛倫茲力的方向隨電荷運動方向的變化而變化．但無論怎么變化，洛倫茲力都與運動方向垂直，故洛倫茲力永不做功，它只改變電荷運動方向，不改變電荷速度大?。? 2．洛倫茲力和安培力的關(guān)系 (1)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力的微觀解釋． (2)大小關(guān)系：F安＝Nf.(N是導(dǎo)體中定向運動的電荷數(shù)) (3)方向關(guān)系：洛倫茲力與安培力的方向一致，均可用左手定則進行判斷． (4)洛倫茲力永遠(yuǎn)不做功，但安培力可以做功． 3．洛倫茲力與電場力的比較 洛倫茲力 電場力 產(chǎn)生條件 僅在運動電荷的速度方向與B不平行時，運動電荷才受到洛倫茲力 帶電粒子只要處在電場中，一定受到電場力 大小方向 f＝qvBsin θ，方向與B垂直，與v垂直，用左手定則判斷 F＝qE，F(xiàn)的方向與E同向或反向 特點 洛倫茲力永不做功 電場力可做正功、負(fù)功或不做功 相同點 反映了電場和磁場都具有力的性質(zhì) 1．帶電粒子(重力不計)穿過飽和蒸汽時，在它走過的路徑上飽和蒸汽便凝成小液滴，從而顯示了粒子的徑跡，這是云室的原理，如圖5-5-3所示是云室的拍攝照片，云室中加了垂直于照片向外的勻強磁場，圖中oa、ob、oc、od是從o點發(fā)出的四種粒子的徑跡，下列說法中正確的是(　　) 圖5-5-3 A．四種粒子都帶正電 B．四種粒子都帶負(fù)電 C．打到a、b點的粒子帶正電 D．打到c、d點的粒子帶正電 【解析】　由左手定則知打到a、b點的粒子帶負(fù)電，打到c、d點的粒子帶正電，D正確． 【答案】　D 2．圖中帶電粒子所受洛倫茲力的方向向上的是(　　) 【解析】　A圖中帶電粒子受力方向向上，B圖中帶電粒子受力方向向外，C圖中帶電粒子受力方向向左，D圖中帶電粒子受力方向向外，故A正確． 【答案】　A 3.初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導(dǎo)線的方向射出，直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始運動方向如圖5-5-4所示，則(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：29682032】 圖5-5-4 A．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變 B．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變 C．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變 D．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變 【解析】　由右手定則判定直線電流右側(cè)磁場的方向垂直紙面向里，再根據(jù)左手定則判定電子所受洛倫茲力偏離電流，由于洛倫茲力不做功，電子動能不變． 【答案】　A 判斷洛倫茲力方向應(yīng)注意的問題 (1)注意電荷的正、負(fù)，尤其是判斷負(fù)電荷所受洛倫茲力方向時，四指應(yīng)指向電荷運動的反方向． (2)注意洛倫茲力方向一定垂直于B和v所決定的平面． (3)當(dāng)v與B的方向平行時，電荷所受洛倫茲力為零． 帶 電 粒 子 在 磁 場 中 的 運 動 1．帶電粒子垂直進入磁場，只受洛倫茲力作用，帶電粒子做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力． 2．軌道半徑：由于洛倫茲力提供向心力，即qvB＝m，由此推得r＝. 3．運動周期：由T＝和r＝，聯(lián)立求得T＝. 1．當(dāng)帶電粒子的速度方向與磁場方向相同時，粒子做勻加速運動．(×) 2．帶電粒子速度越大，在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑越大．(√) 3．速度越大，帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的周期越大．(×) 　帶電粒子若垂直進入非勻強磁場后做半徑不斷變化的運動，這時公式r＝是否成立？ 【提示】　成立．在非勻強磁場中，隨著B的變化，粒子軌跡的圓心、半徑不斷變化，但粒子運動到某位置的半徑仍由B、q、v、m決定，仍滿足r＝. 　 質(zhì)量和電量都相等的帶電粒子M和N，以不同的速率經(jīng)小孔S垂直進入勻強磁場，運行的半圓軌跡如圖5-5-5中虛線所示． 圖5-5-5 探討1：粒子帶電性質(zhì)是否相同？ 【提示】　由于帶電粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)方向相反，故帶電性質(zhì)不同，向左偏的帶正電，向右偏的帶負(fù)電． 探討2：哪個帶電粒子的速率較大？ 【提示】　根據(jù)r＝，半徑大的粒子速率大． 1．定圓心 (1)知道磁場中兩點速度方向，則帶電粒子在兩點所受洛倫茲力作用線的交點即為圓心．如圖5-5-6(a)所示． (2)知道磁場中一點速度方向和另一點位置，則該點所受洛倫茲力作用線與這兩點連線的中垂線的交點即為圓心，如圖5-5-6(b)所示． (a)　　　　　　　　　(b) 圖5-5-6 2．求半徑 畫圓弧后，再畫過入射點、出射點的半徑并作出輔助三角形，最后由幾何知識求出半徑． 3．求運動時間 (1)利用t＝T求．即：先求周期T，再求圓心角θ. (2)圓心角的確定 ①帶電粒子射出磁場的速度方向與射入磁場的速度方向間的夾角φ叫偏向角．偏向角等于圓心角，即α＝φ，如圖5-5-7所示． 圖5-5-7 ②某段圓弧所對應(yīng)的圓心角是這段圓弧弦切角的二倍，即α＝2θ. 4．電子在勻強磁場中做勻速圓周運動，下列說法正確的是(　　) A．速率越大，周期越大 B．速率越小，周期越大 C．速度方向與磁場方向平行 D．速度方向與磁場方向垂直 【解析】　由粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期公式T＝可知周期的大小與速率無關(guān)，A、B錯誤，粒子在磁場中做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，速度方向與磁場方向垂直，C錯誤，D正確． 【答案】　D 5．如圖5-5-8所示，水平導(dǎo)線中有電流I通過，導(dǎo)線正下方的電子初速度的方向與電流I的方向相同，則電子將(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：29682033】 圖5-5-8 A．沿路徑a運動，軌跡是圓 B．沿路徑a運動，軌跡半徑越來越大 C．沿路徑a運動，軌跡半徑越來越小 D．沿路徑b運動，軌跡半徑越來越小 【解析】　由左手定則可判斷電子運動軌跡向下彎曲．又由r＝知，B減小，r越來越大，故電子的徑跡是a.故選B. 【答案】　B 6.如圖5-5-9所示，在xy平面內(nèi)，y≥0的區(qū)域有垂直于xy平面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，一質(zhì)量為m、帶電量大小為q的粒子從原點O沿與x軸正方向成60°角方向以v0射入，粒子的重力不計，求帶電粒子在磁場中運動的時間和帶電粒子離開磁場時的位置． 圖5-5-9 【解析】　當(dāng)帶電粒子帶正電時，軌跡如圖中OAC， 對粒子，由于洛倫茲力提供向心力，則 qv0B＝m，R＝， T＝ 故粒子在磁場中的運動時間t1＝T＝ 粒子在C點離開磁場OC＝2R·sin60°＝ 故離開磁場的位置為(－，0) 當(dāng)帶電粒子帶負(fù)電時，軌跡如圖中ODE所示，同理求得粒子在磁場中的運動時間t2＝T＝ 離開磁場時的位置為(，0) 【答案】　　(－，0)或　(，0) 帶電粒子在有界勻強磁場中做勻速圓周運動問題的解題技巧 (1)畫軌跡：先定圓心，再畫完整圓弧，后補畫磁場邊界最后確定粒子在磁場中的軌跡(部分圓弧). (2)找聯(lián)系：r與B、v有關(guān)，如果題目要求計算速率v，一般要先計算r、t與角度和周期T有關(guān)，如果題目要求計算粒子在磁場中運動的時間t，一般要先計算粒子在磁場中運動的部分圓弧所對應(yīng)的圓心角和粒子的周期. (3)用規(guī)律：根據(jù)幾何關(guān)系求半徑和圓心角，再根據(jù)半徑和周期公式與B、v等聯(lián)系在一起. 8