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2019-2020年高中物理 3.5《磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用》學(xué)案 新人教版選修3-1 【要點(diǎn)導(dǎo)學(xué)】 1、本節(jié)學(xué)習(xí)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力（洛倫茲力），通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，應(yīng)知道洛倫茲力是安培力的微觀表現(xiàn)，會(huì)推導(dǎo)公式F=qvB，并會(huì)用此公式解答有關(guān)問題，會(huì)用左手定則解答有關(guān)帶電粒子在磁場(chǎng)中受力方向的問題，知道電視機(jī)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(dòng)的方向，所以用左手定則判斷洛倫茲力方向時(shí)，四指應(yīng)該指向______運(yùn)動(dòng)的方向.磁場(chǎng)可以和電荷的運(yùn)動(dòng)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(yīng)強(qiáng)度方向，即垂直于速度方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向所構(gòu)成的________。 3、計(jì)算洛倫茲力的公式：如果電流方向與磁場(chǎng)方向不垂直，設(shè)磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向在一條直線上，電荷將______磁場(chǎng)的作用力；當(dāng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，電荷受到的磁場(chǎng)力最大等于_________。 4．洛倫茲力與電場(chǎng)力的對(duì)比 電荷在電場(chǎng)中就會(huì)受到電場(chǎng)力，其大小等于________，和電荷是否運(yùn)動(dòng)______．磁場(chǎng)對(duì)靜止的電荷____作用力，對(duì)運(yùn)動(dòng)的電荷也______有作用力，只有對(duì)運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向_________的電荷才有作用力．電場(chǎng)力移動(dòng)電荷時(shí)，必然伴隨著_____做功，涉及到______與其它形式的能的轉(zhuǎn)化．洛倫茲力移動(dòng)電荷時(shí)，對(duì)電荷____做功. 5、電視機(jī)顯象管的工作原理：電視機(jī)顯象管中的電子偏轉(zhuǎn)是利用了_______________ _________________________。產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的線圈稱為__________。 6、動(dòng)量：是矢量，大小為質(zhì)量與速率的乘積，方向?yàn)樗俣确较颉? 【范例精析】 例1、一個(gè)長(zhǎng)螺線管中通有恒定直流電，把一個(gè)帶電粒子（不計(jì)粒子重力）沿著管軸線射入管中，粒子在管中做什么運(yùn)動(dòng)？ 解析：通電螺管內(nèi)部的磁場(chǎng)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(yīng)強(qiáng)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(jì)粒子的重力，所以粒子將勻速直線穿過磁場(chǎng)區(qū)域． 拓展：磁場(chǎng)對(duì)靜止的電荷無相互作用力，對(duì)運(yùn)動(dòng)的電荷也不一定有作用力，只有當(dāng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不在一直線上時(shí)才有洛倫茲力作用．如果螺線管中通交變電流，電子如何運(yùn)動(dòng)？ 例2、 如圖3-5-2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(shí)，發(fā)現(xiàn)射線的徑跡向彎曲，則（ ） 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) 解析： 電子在通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，無論直導(dǎo)線中的電流方向如何，電子的運(yùn)動(dòng)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)線中的電流方向相反，則其產(chǎn)生磁場(chǎng)方向也相反，會(huì)影響到電子的偏轉(zhuǎn)方向，所以本題的正確選項(xiàng)是BC． 拓展：本題運(yùn)動(dòng)電荷帶負(fù)電，所以四指應(yīng)指向其運(yùn)動(dòng)速度方向的反方向．磁感應(yīng)強(qiáng)度方向、粒子的速度方向中任意一個(gè)反向，都會(huì)導(dǎo)致洛倫茲力反向，如果兩個(gè)都反向，則洛倫茲力方向保持不變． 例3、如圖3-5-3所示，質(zhì)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(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向外，若帶電小球下滑后某個(gè)時(shí)刻對(duì)斜面的壓力恰好為零，問：（1）小球帶電性質(zhì)如何？（2）此時(shí)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(duì)斜面的壓力為零，說明其受到的洛倫茲力應(yīng)垂直斜面向上，根據(jù)左右定則，四指應(yīng)與小球運(yùn)動(dòng)方向一致，所以小球帶正電． （2）當(dāng)小球?qū)π泵鎵毫榱銜r(shí)，有 mgcosα=Bqv……① 得小球此時(shí)的速度為 v=mgcosα/Bq……② 由于小球沿斜面方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度為a=gsinα……③ 由勻加速運(yùn)動(dòng)的位移公式 v2=2ax……④ 得x=m2gcos2α/(2B2q2sinα)……⑤ 拓展：小球在運(yùn)動(dòng)過程中只有重力做功，機(jī)械能是守恒的，隨著速度的增加，洛倫茲力隨之增大，是一個(gè)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(yùn)動(dòng)，故本題可以用勻變速運(yùn)動(dòng)來處理；當(dāng)速度達(dá)到一定值時(shí)，小球?qū)π泵娴膲毫榱悖院笮∏驅(qū)㈦x開斜面在空中運(yùn)動(dòng)，所以本題的位移是小球在斜面運(yùn)動(dòng)的最大位移． 【能力訓(xùn)練】 1．關(guān)于帶電粒子所受洛倫茲力f、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和粒子速度v三者方向之間的關(guān)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(chǎng)B、負(fù)電荷速度v和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用力f三者方向的相互關(guān)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(chǎng)的空間區(qū)域后( AB ) （A）動(dòng)能不可能變化 （B）動(dòng)量一定變化 （C）能作勻速直線運(yùn)動(dòng) （D）一定作勻變速直線運(yùn)動(dòng) 4．如圖3-5-5所示，絕緣劈兩斜面光滑且足夠長(zhǎng)，它們的傾角分別為α、β（α<β），處在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，將質(zhì)量相等、帶等量異種電荷的小球A和B，同時(shí)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(yùn)動(dòng)，且aAtB 5．電子以4106m／s的速率垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度0．5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，受到的磁場(chǎng)力為_____N．如果電子射入磁場(chǎng)時(shí)速度v與B的方向間的夾角是180，則電子受的磁場(chǎng)力為_______N． 3.210-13，0 6．氫核和氘核以相同的動(dòng)量垂直射入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(nèi)空間中同時(shí)存在著勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，勻強(qiáng)電場(chǎng)的電力線豎直向上，電場(chǎng)強(qiáng)度E=6104伏/米，勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(jìn)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(yùn)動(dòng)，磁場(chǎng)中磁感線的方向如何？磁感應(yīng)強(qiáng)度大小多大？(帶電粒子所受重力忽略不計(jì)) 垂直低面向外、0.3特 8．如圖3-5-7所示，在豎直平面內(nèi)有一個(gè)正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T，電場(chǎng)強(qiáng)度為173N／C．一個(gè)帶正電的微粒，q＝210－6C，質(zhì)量m=210-6kg，在這正交的電場(chǎng)和磁場(chǎng)內(nèi)恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則帶電粒子運(yùn)動(dòng)的速度大小多大？方向如何？ 20m/s，與電場(chǎng)強(qiáng)度成60斜向上 9．在圖3-5-8中虛線所圍的區(qū)域內(nèi)，存在電場(chǎng)強(qiáng)度為 E的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，已知從左方水平射入的電子，穿過這個(gè)區(qū)域時(shí)未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，設(shè)重力可以忽略不計(jì)，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(yùn)動(dòng)的方向相同 （B）E和B都沿水平方向，并與電子運(yùn)動(dòng)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