江蘇省東臺(tái)市高中物理 第三章 磁場(chǎng) 3.5 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中的受力導(dǎo)學(xué)案新人教版選修3-1.doc
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3.5 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力 班級(jí) 姓名 , 1課時(shí) 使用時(shí)間 一.學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.通過(guò)實(shí)驗(yàn),觀察陰極射線在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn),認(rèn)識(shí)洛倫茲力. 2.會(huì)判斷洛倫茲力的方向,會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小. 3.了解電子束的磁偏轉(zhuǎn)原理以及在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用. 重點(diǎn):推導(dǎo)公式F=qvB,并會(huì)用此公式解答有關(guān)問(wèn)題 難點(diǎn):推導(dǎo)公式F=qvB,并會(huì)用此公式解答有關(guān)問(wèn)題 二、自學(xué)檢測(cè) 一、洛倫茲力 1.定義:______________在磁場(chǎng)中所受的力. 2.與安培力的關(guān)系:通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的安培力是洛倫茲力的______,而洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì). 二、洛倫茲力的方向和大小 1.洛倫茲力的方向 (1)左手定則 伸開(kāi)左手,使拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在同一平面內(nèi).讓______________從掌心進(jìn)入,并使四指指向________________,這時(shí)拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場(chǎng)中所受______________的方向.負(fù)電荷受力的方向與正電荷受力的方向______. (2)特點(diǎn):洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向都______________,洛倫茲力只改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向,不改變速度大小,對(duì)電荷不做功. 2.洛倫茲力的大小 (1)一般公式:F=qvBsin θ,其中θ為_(kāi)_______方向與________方向的夾角. (2)當(dāng)________時(shí),F(xiàn)=qvB. (3)當(dāng)________時(shí),F(xiàn)=0. 三、電視顯像管的工作原理 1.電視顯像管應(yīng)用了電子束________的原理. 2.掃描:電子束打在熒光屏上的位置在______________的控制下一行一行的不斷移動(dòng). 3.偏轉(zhuǎn)線圈:產(chǎn)生使電子束偏轉(zhuǎn)的____________. 三.合作探究 任務(wù)一、洛倫茲力的方向 [問(wèn)題設(shè)計(jì)] 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受安培力作用F=BIL,如果導(dǎo)線中不通電,則F=0.可見(jiàn),電荷的定向運(yùn)動(dòng)會(huì)受到磁場(chǎng)的作用.如圖1所示,抽成真空的電子射線管放在磁場(chǎng)中時(shí),會(huì)看到電子流的偏轉(zhuǎn).改變磁場(chǎng)方向,觀察電子偏轉(zhuǎn)方向. 1.電子偏轉(zhuǎn)方向與磁場(chǎng)方向有無(wú)關(guān)系? 2.電子偏轉(zhuǎn)方向與磁場(chǎng)方向、電子運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系滿足怎樣的規(guī)律? [要點(diǎn)提煉] 洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向都 垂直 ,洛倫茲力只改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向,不改變速度大小,對(duì)電荷不做功. 例1 以下四個(gè)圖是表示磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B、負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向v和磁場(chǎng)對(duì)負(fù)電荷洛倫茲力F的相互關(guān)系圖,其中正確的是(B、v、F兩兩垂直) ( ) 二、洛倫茲力的大小 [問(wèn)題設(shè)計(jì)] 如圖2所示,直導(dǎo)線中自由電荷的電量為q,定向移動(dòng)的速度為v,單位體積的自由電荷數(shù)為n,導(dǎo)線長(zhǎng)度為L(zhǎng),橫截面積為S. 1.導(dǎo)線中的電流是多少?導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力多大? 2.長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體中含有的自由電荷數(shù)為多少?如果把安培力看成是每個(gè)自由電荷所受洛倫茲力的合力,則每個(gè)自由電荷所受洛倫茲力是多少? [要點(diǎn)提煉] 安培力是每個(gè)運(yùn)動(dòng)的自由電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn). 例2 如圖3所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,帶電粒子的速率為v,帶電荷量為q,求各帶電粒子所受洛倫茲力的大小和方向. 三、電視顯像管的工作原理 [問(wèn)題設(shè)計(jì)] 目前,電視機(jī)已走進(jìn)了家家戶戶,給人們的生活帶來(lái)了巨大的變化.足不出戶便可欣賞到千里之外的奧運(yùn)賽事的精彩直播!電視機(jī)正在播放節(jié)目時(shí),禁止將磁鐵靠近熒光屏!你知道這是為什么嗎? 1.電視機(jī)顯像管的主要構(gòu)造是什么?工作原理是什么? 電視機(jī)顯像管由電子槍、偏轉(zhuǎn)線圈和熒光屏三部分組成陰極發(fā)射電子,經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)線圈(偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電子運(yùn)動(dòng)方向垂直)電子受洛倫茲力發(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 2.電子束怎樣實(shí)現(xiàn)“掃描”圖像? 在電視機(jī)顯像管的偏轉(zhuǎn)區(qū),分別在豎直方向和水平方向產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng),其方向、強(qiáng)弱都在不斷地變化,因此電子束打在熒光屏上的光點(diǎn)就像如圖所示那樣不斷移動(dòng),這在電視技術(shù)中叫做掃描. 例題3:如圖4所示為電視機(jī)顯像管偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖,當(dāng)線圈通以圖示的直流時(shí),形成的磁場(chǎng)如圖中虛線所示,一束沿著管頸軸線射向紙內(nèi)的電子將 ( ) A.向上偏轉(zhuǎn) B.向下偏轉(zhuǎn) C.向右偏轉(zhuǎn) D.向左偏轉(zhuǎn) 例4 一個(gè)質(zhì)量m=0.1 g的小滑塊,帶有q=510-4C的電荷量,放置在傾角α=30的光滑斜面上(絕緣),斜面固定且置于B=0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,如圖5所示,小滑塊由靜止開(kāi)始沿斜面滑下,斜面足夠長(zhǎng),小滑塊滑至某一位置時(shí),要離開(kāi)斜面(g取10 m/s2).求: (1)小滑塊帶何種電荷? (2)小滑塊離開(kāi)斜面時(shí)的瞬時(shí)速度多大? (3)該斜面長(zhǎng)度至少多長(zhǎng)? 【當(dāng)堂訓(xùn)練】1.在以下幾幅圖中,洛倫茲力的方向判斷不正確的是 ( ) 2.帶電粒子垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí),會(huì)受到洛倫茲力的作用.下列表述正確的是( ) A.洛倫茲力對(duì)帶電粒子做功 B.洛倫茲力不改變帶電粒子的動(dòng)能 C.洛倫茲力的大小與速度無(wú)關(guān) D.洛倫茲力不改變帶電粒子的速度方向 3.帶電荷量為+q的粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)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,且速度反向,大小不變,則洛倫茲力的大小、方向均不變 C.洛倫茲力方向一定與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直,磁場(chǎng)方向一定與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直 D.粒子在只受到洛倫茲力作用時(shí)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能不變 4.如圖1所示是電子射線管示意圖.接通電源后,電子射線由陰極沿x軸方向射出.在熒光屏上會(huì)看到一條亮線.要使熒光屏上的亮線向下(z軸負(fù)方向)偏轉(zhuǎn),在下列措施中可采用的是 ( ) A.加一磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向沿z軸負(fù)方向 B.加一磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向沿y軸正方向 C.加一電場(chǎng),電場(chǎng)方向沿z軸負(fù)方向 D.加一電場(chǎng),電場(chǎng)方向沿y軸正方向 5.初速度為v0的電子,沿平行于通電長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)方向如圖2所示,則 ( ) 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 6.長(zhǎng)直螺線管中通有電流,沿螺線管中心軸線射入一電子,若螺線管中電流增大,方向不變,電子在螺旋管中心軸線上運(yùn)動(dòng)情況是 ( ) A.做勻速直線運(yùn)動(dòng) B.做變加速直線運(yùn)動(dòng) C.做變減速直線運(yùn)動(dòng) D.做間距變大的螺旋運(yùn)動(dòng) 7.如圖3所示,空間存在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)的方向豎直向下,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,一帶電油滴P恰好處于靜止?fàn)顟B(tài),則下列說(shuō)法正確的是 ( ) A.若撤去磁場(chǎng),P可能做勻加速直線運(yùn)動(dòng) B.若撤去電場(chǎng),P一定做勻加速直線運(yùn)動(dòng) C.若給P一初速度,P可能做勻速直線運(yùn)動(dòng) D.若給P一初速度,P一定做曲線運(yùn)動(dòng) 8.關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法中正確的是 ( ) A.帶電粒子沿電場(chǎng)線方向射入,電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子做正功,粒子動(dòng)能一定增加 B.帶電粒子垂直于電場(chǎng)線方向射入,電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子不做功,粒子動(dòng)能不變 C.帶電粒子沿磁感線方向射入,洛倫茲力對(duì)帶電粒子做正功,粒子動(dòng)能一定增加 D.不管帶電粒子怎樣射入磁場(chǎng),洛倫茲力對(duì)帶電粒子都不做功,粒子動(dòng)能不變 四.檢測(cè)清盤(pán) 1、關(guān)于帶電粒子所受洛侖茲力f、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和粒子速度v三者之間的關(guān)系,下列說(shuō)法中正確的是( ) 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,但f不一定垂直于v D、v必定垂直于f,但f不一定垂直于B 2、有關(guān)電荷受電場(chǎng)力和洛侖茲力的說(shuō)法中,正確的是( ) A、電荷在磁場(chǎng)中一定受磁場(chǎng)力的作用 B、電荷在電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力的作用 C、電荷受電場(chǎng)力的方向與該處電場(chǎng)方向垂直 D、電荷若受磁場(chǎng)力,則受力方向與該處磁場(chǎng)方向垂直 3、兩個(gè)帶電粒子以相同的速度垂直磁感線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng),兩粒子質(zhì)量之比為1:4,電量之比為1:2,則兩帶電粒子受洛侖茲力之比為( ) A、2:1 B、1:1 C、1:2 D、1:4 4、如圖所示,在電子射線管上方平行放置一通電長(zhǎng)直導(dǎo)線,則電子射線將( ) A、向上偏 B、向下偏 C、向紙內(nèi)偏 D、向紙外偏 5、圖所示為一速度選擇器,內(nèi)有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一束粒子流以速度v水平射入,為使粒子流經(jīng)磁場(chǎng)時(shí)不偏轉(zhuǎn)(不計(jì)重力),則磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)必須同時(shí)存在一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng),關(guān)于這處電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小和方向的說(shuō)法中,正確的是( ) A、大小為B/v,粒子帶正電時(shí),方向向上 B、大小為B/v,粒子帶負(fù)電時(shí),方向向上 C、大小為Bv,方向向下,與粒子帶何種電荷無(wú)關(guān) D、大小為Bv,方向向上,與粒子帶何種電荷無(wú)關(guān) 五.學(xué)有所得- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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