2018-2019版高中物理 第二章 磁場 第4講 磁場對運動電荷的作用學(xué)案 新人教版選修1 -1.doc

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第4講　磁場對運動電荷的作用 [目標(biāo)定位]　1.知道什么是洛倫茲力，知道影響洛倫茲力方向的因素.2.會用左手定則判斷有關(guān)帶電粒子在磁場中運動方向的問題.3.了解電子束的磁偏轉(zhuǎn)原理及其在技術(shù)中的應(yīng)用. 一、洛倫茲力 1.物理學(xué)家洛倫茲首先提出，磁場對運動電荷有力的作用.為了紀(jì)念他，人們稱這種力為洛倫茲力. 2.電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn) (1)沒有磁場時，電子束沿直線運動. (2)把電子射線管放在蹄形磁鐵的兩極之間后，電子束的徑跡發(fā)生了彎曲. 二、洛倫茲力的方向 帶電粒子在運動時受到洛倫茲力，在宏觀上表現(xiàn)為導(dǎo)線受到了安培力. 想一想　通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力方向可以用左手定則來判斷，既然安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，那么洛倫茲力的方向是否也可用左手定則判斷？如果是，四指指向正電荷的運動方向還是負電荷的運動方向. 答案　是.在判斷安培力的方向時四指指向電流方向，正電荷定向運動的方向為電流的方向，所以四指應(yīng)指向正電荷的運動方向，與負電荷的運動方向相反. 三、電子束的磁偏轉(zhuǎn) 1.沒有磁場時，電子束是直進的，外加磁場以后，電子束的徑跡變成圓形. 2.磁場的強弱和電子的速度都能影響圓的半徑. 四、顯像管的工作原理 電視顯像管也用到了電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理. 一、對洛倫茲力的理解 1.定義：磁場對運動電荷的作用力叫洛倫茲力.是由荷蘭物理學(xué)家洛倫茲首先提出的. 2.洛倫茲力的方向 (1)安培力實際上是大量運動電荷在磁場中受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，所以洛倫茲力的方向也可由左手定則判定. (2)左手定則：伸開左手，使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，四指指向正電荷運動的方向(若是負電荷，則四指指向負電荷運動的反方向)，拇指所指的方向就是洛倫茲力的方向. 電荷運動的方向和磁感應(yīng)強度B不一定垂直，但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兩者所決定的平面. 3.洛倫茲力方向的特點 (1)洛倫茲力的方向總是垂直于運動電荷速度方向和磁場方向確定的平面，所以洛倫茲力永遠不做功. (2)當(dāng)電荷運動方向發(fā)生變化時，洛倫茲力的方向也隨之變化. (3)用左手定則判斷負電荷在磁場中運動所受的洛倫茲力的方向時，要注意將四指指向負電荷運動的反方向. 例1　關(guān)于洛倫茲力的方向的判定，以下說法正確的是(　　) A.用左手定則判定洛倫茲力的方向時，“四指指向”與電荷定向運動的方向相同 B.用左手定則判定洛倫茲力的方向時，“四指指向”與電荷運動形成等效電流的方向相同 C.正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向即是該處磁場方向 D.若將在磁場中的運動電荷＋q換為－q且速度方向反向，則洛倫茲力方向不變 答案　BD 解析　運用左手定則時，“四指指向”應(yīng)沿電荷定向移動形成的等效電流方向，而不一定沿電荷定向移動方向，因為負電荷定向移動形成電流的方向與其運動方向反向.通過左手定則所確定的洛倫茲力與磁場之間關(guān)系可知：兩者方向相互垂直，而不是相互平行. 針對訓(xùn)練1　下圖中，電荷的速度方向、磁場方向和電荷的受力方向之間關(guān)系正確的是(　　) 答案　A 解析　根據(jù)左手定則判斷A正確；判斷時要注意A、B選項中是負電荷，其運動的方向與四指指向相反. 二、洛倫茲力與安培力的區(qū)別和聯(lián)系 1.區(qū)別：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(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.聯(lián)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. 例2　關(guān)于靜電力與洛倫茲力，以下說法正確的是(　　) A.電荷只要處在電場中，就會受到靜電力，而電荷靜止在磁場中，有可能受到洛倫茲力 B.靜電力對在其電場中的電荷一定會做功，而洛倫茲力對在磁場中的電荷卻不會做功 C.靜電力與洛倫茲力一樣，受力方向都在電場線和磁感線上 D.只有運動的電荷在磁場中才可能會受到洛倫茲力的作用 答案　D 解析　電荷受靜電力及洛倫茲力的條件及兩種力的方向規(guī)律都不同. 針對訓(xùn)練2　關(guān)于安培力、電場力和洛倫磁力，下列說法正確的是(　　) A.電荷在電場中一定受電場力作用，電荷在磁場中一定受洛倫茲力作用 B.電荷所受電場力一定與該處電場方向一致，電荷所受的洛倫茲力不一定與磁場方向垂直 C.安培力和洛倫茲力的方向均可用左手定則判斷 D.安培力和洛倫茲力本質(zhì)上都是磁場對運動電荷的作用，安培力可以對通電導(dǎo)線做功，洛倫茲力對運動電荷也做功 答案　C 解析　電荷在電場中一定受電場力作用，但是運動的電荷的速度方向與磁場方向不一致時電荷才受洛倫茲力的作用，選項A錯誤；正電荷所受電場力一定與該處電場方向一致，負電荷所受電場力一定與該處電場方向相反，選項B錯誤；安培力和洛倫茲力的方向均可用左手定則判斷，選項C正確；洛倫茲力的方向與電荷的運動方向永遠垂直，所以洛倫茲力對電荷永不做功，選項D錯誤. 對洛倫茲力的理解 1. 如圖2－4－1所示，電子槍向右發(fā)射電子束，其正下方水平直導(dǎo)線內(nèi)通有向右的電流，則電子束將(　　) 圖2－4－1 A.向上偏轉(zhuǎn) B.向下偏轉(zhuǎn) C.向紙外偏轉(zhuǎn) D.向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn) 答案　A 解析　由安培定則知水平直導(dǎo)線上方磁場方向垂直于紙面向外，由左手定則知向右運動的電子受到向上的洛倫茲力，故A正確. 2.帶電荷量為＋q的粒子，在勻強磁場中運動，下面的說法中正確的是(　　) A.只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同 B.如果把＋q改為－q，速度反向且大小不變，則洛倫茲力的大小、方向均不變 C.只要帶電粒子在磁場中運動，它一定受到洛倫茲力作用 D.帶電粒子受到洛倫茲力越小，則該磁場的磁感應(yīng)強度越小 答案　B 解析　影響洛倫茲力大小的因素有電荷量、速度大小、磁感應(yīng)強度的大小及速度與磁感應(yīng)強度的方向關(guān)系，A錯；由左手定則可知，洛倫茲力方向不變，速度、電荷量大小不變，則洛倫茲力大小也不變，B正確；當(dāng)磁場方向與運動方向平行時，F(xiàn)＝0，C錯；磁感應(yīng)強度由磁場本身的性質(zhì)決定，與洛倫茲力的大小無關(guān)，D錯. 洛倫茲力與左手定則 3.一個不計重力的帶正電荷的粒子，沿圖2－4－2 中箭頭所示方向進入磁場，磁場方向垂直于紙面向里，則粒子的運動軌跡為(　　) 圖2－4－2 A.圓弧a B.直線b C.圓弧c D.a、b、c都有可能 答案　A 解析　根據(jù)左手定則可判斷帶正電荷的粒子所受洛倫茲力的方向向左，所以運動軌跡為圓弧a. 4.湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子.如圖2－4－3所示，把電子射線管(陰極射線管)放在蹄形磁鐵的兩極之間，可以觀察到電子束偏轉(zhuǎn)的方向是(　　) 圖2－4－3 A.向上 B.向下 C.向左 D.向右 答案　B 解析　根據(jù)左手定則可判斷電子所受洛倫茲力的方向向下. (時間：60分鐘) 題組一、洛倫茲力與左手定則 1.在以下幾幅圖中，洛倫茲力的方向判斷正確的是(　　) 答案　B 解析　根據(jù)左手定則可判斷A中的粒子所受洛倫茲力的方向豎直向下；B中粒子所受洛倫茲力的方向豎直向上；C中粒子的運動方向與磁場方向一致，不受洛倫茲力的作用；D中粒子所受洛倫茲力的方向垂直紙面向外.綜上B正確，A、C、D錯誤. 2.一正電荷垂直射入勻強磁場中，其速度v的方向和受到的洛倫茲力F的方向如圖 2－4－4 所示，則磁場方向(　　) 圖2－4－4 A.與F方向相同 B.與F方向相反 C.垂直紙面向外 D.垂直紙面向里 答案　D 解析　根據(jù)左手定則可判斷磁場方向垂直紙面向里. 3.三種不同粒子a、b、c從O點沿同一方向進入垂直紙面向里的勻強磁場中，它們的運動軌跡分別如圖2－4－5所示.則(　　) 圖2－4－5 A.粒子a一定帶負電 B.粒子b一定帶正電 C.粒子c一定帶負電 D.粒子b一定帶負電 答案　C 解析　根據(jù)左手定則可判定粒子a一定帶正電，粒子c一定帶負電，粒子b不帶電，故C正確，A、B、D錯誤. 4.如圖2－4－6所示，勻強磁場水平向右，電子在磁場中沿豎直方向向上運動，該電子所受洛倫茲力的方向(　　) 圖2－4－6 A.水平向左 B.水平向右 C.垂直紙面向里 D.垂直紙面向外 答案　D 解析　根據(jù)左手定則可以判定電子所受洛倫茲力的方向垂直紙面向外，故D正確，A、B、C錯誤. 5.來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質(zhì)子在進入地球周圍的空間時，將(　　) A.豎直向下沿直線射向地面 B.相對于預(yù)定地點，稍向東偏轉(zhuǎn) C.相對于預(yù)定地點，稍向西偏轉(zhuǎn) D.相對于預(yù)定地點，稍向北偏轉(zhuǎn) 答案　B 解析　地球表面地磁場方向由南向北，質(zhì)子帶正電.根據(jù)左手定則可判定，質(zhì)子在赤道上空豎直下落過程中受到的洛倫茲力方向向東，故B正確. 6.如圖2－4－7所示，電子e向上射入勻強磁場中，此時該電子所受洛倫茲力的方向是(　　) 圖2－4－7 A.向左 B.向右 C.垂直于紙面向里 D.垂直于紙面向外 答案　B 解析　根據(jù)左手定則可以判定電子所受洛倫茲力的方向向右，故B正確，A、C、D錯誤. 題組二、洛倫茲力的綜合應(yīng)用 7.如圖2－4－8所示是一只陰極射線管，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，發(fā)現(xiàn)射線的徑跡往下偏，則(　　) 圖2－4－8 A.導(dǎo)線中的電流由A流向B B.導(dǎo)線中的電流由B流向A C.若要使電子管的徑跡往上偏，可以通過改變AB中電流的方向來實現(xiàn) D.電子束的徑跡與AB中的電流方向無關(guān) 答案　BC 解析　因為AB中通有電流，所以陰極射線管中會有磁場.電子是因為在磁場中受到洛倫茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)的.由左手定則可知，陰極射線管中的磁場方向垂直于紙面向里，又根據(jù)安培定則可知，AB中的電流方向應(yīng)是由B流向A，B正確，A錯誤；當(dāng)AB中的電流方向由A流向B，則AB上方的磁場方向變?yōu)榇怪庇诩埫嫦蛲?，電子所受洛倫茲力變?yōu)橄蛏希娮邮膹桔E會變?yōu)橄蛏掀D(zhuǎn)，由以上可見粒子的運動徑跡與AB中的電流方向有關(guān)，C正確，D錯誤. 8.三個相同帶電小球1、2、3，在重力場中從同一高度由靜止開始落下，其中小球1通過一附加的水平方向勻強電場，小球2通過一附加的水平方向勻強磁場，設(shè)三個小球落到同一高度時的動能分別為E1、E2和E3，不計空氣阻力，則(　　) A.E1＝E2＝E3 B.E1>E2＝E3 C.E1E2>E3 答案　B 解析　對2、3小球只有重力做功，根據(jù)動能定理知，E2＝E3.對小球1，電場力和重力對它都做正功，故E1>E2＝E3，B正確. 9.如圖2－4－9所示，一束電子流沿管的軸線進入螺線管，忽略重力，電子在管內(nèi)的運動應(yīng)該是(　　) 圖2－4－9 A.當(dāng)從a端通入電流時，電子做勻加速直線運動 B.當(dāng)從b端通入電流時，電子做勻加速直線運動 C.不管從哪端通入電流，電子都做勻速直線運動 D.不管從哪端通入電流，電子都做勻速圓周運動 答案　C 解析　由于長通電螺線管中產(chǎn)生的磁場方向平行于螺線管的中心軸線，與電子的運動方向平行，則電子在磁場中不受洛倫茲力，電子重力又不計，則電子做勻速直線運動. 10.如圖2－4－10所示為一半圓形的勻強磁場B，當(dāng)一束粒子對著圓心射入該磁場，發(fā)現(xiàn)所有粒子都從M點射出，下列說法正確的是(　　) 圖2－4－10 A.這束粒子全部帶負電荷 B.這束粒子全部帶正電荷 C.這束粒子全部不帶電 D.這束粒子中有的帶正電荷，有的帶負電荷 答案　B 解析　因所有粒子都從M點射出，由左手定則可知所有粒子帶正電荷，故B正確，A、C、D錯誤.