同步導(dǎo)學(xué)第3章磁場第5節(jié) 磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力

1、 第五節(jié) 磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力【知能準(zhǔn)備】 1運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的作用力，叫做 。2洛倫茲力的方向的判斷左手定則：讓磁感線 手心，四指指向 的方向，或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的 ，拇指所指電荷所受 的方向。3洛倫茲力的大小:洛倫茲力公式 。 4洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷 ，不會(huì) 電荷運(yùn)動(dòng)的速率。5顯像管中使電子束偏轉(zhuǎn)的磁場是由兩對(duì)線圈產(chǎn)生的,叫做偏轉(zhuǎn)線圈。為了與顯像管的管頸貼在一起,偏轉(zhuǎn)線圈做成 ?！就綄?dǎo)學(xué)】1磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用推理：磁場對(duì)電流有力的作用，電流是由電荷的定向移動(dòng)形成的猜想：這個(gè)力可能是作用在運(yùn)動(dòng)電荷上的，而安培力是作用在運(yùn)動(dòng)電荷上的力的宏觀表現(xiàn)。驗(yàn)證：在沒有外磁場時(shí)，電子束沿直線運(yùn)動(dòng)，將

2、蹄形磁鐵靠近電子射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了彎曲。圖1結(jié)論：磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。2洛倫茲力運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的作用力，叫做洛倫茲力。通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。洛倫茲力是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的微觀本質(zhì)。3、洛倫茲力的方向電流方向和電荷運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系；電流方向和正電荷運(yùn)動(dòng)方向相同，和負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向相反安培力的方向和洛倫茲力的方向關(guān)系；安培力的方向和正電荷所受的洛倫茲力的方向相同，和負(fù)電荷所受的洛倫茲力的方向相反。電荷運(yùn)動(dòng)方向、磁場方向、洛倫茲力方向的關(guān)系左手定則。（如圖1）伸開左手，使大拇指和其余四指垂直，且處于同一平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手

3、心，四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向（或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向）那么，大拇指所指的方向就是電荷所受洛倫茲力的方向。洛倫茲力的方向垂直于v和B組成的平面。例1試判斷圖2中所示的帶電粒子剛進(jìn)入磁場時(shí)所受的洛倫茲力的方向.圖2解答：甲中正電荷所受的洛倫茲力方向向上；乙中正電荷所受的洛倫茲力方向向下；丙中正電荷所受的洛倫茲力方向垂直于紙面指向讀者；丁中正電荷所受的洛倫茲力的方向垂直于紙面指向紙里。例2：來自宇宙的電子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點(diǎn)，則這些電子在進(jìn)入地球周圍的空間時(shí)，將 （）A豎直向下沿直線射向地面B相對(duì)于預(yù)定地面向東偏轉(zhuǎn)C相對(duì)于預(yù)定點(diǎn)稍向西偏轉(zhuǎn)D相對(duì)于預(yù)定點(diǎn)稍向北偏轉(zhuǎn)解答：。地球表

4、面地磁場方向由南向北，電子是帶負(fù)電，根據(jù)左手定則可判定，電子自赤道上空豎直下落過程中受洛倫茲力方向向西。故C項(xiàng)正確4洛倫茲力的大小(1)洛倫茲力的推導(dǎo)F安BILsin電流I的微觀表達(dá)式 InqSv這段導(dǎo)體中含有的電荷數(shù)為nLS安培力可以看作是作用在每個(gè)運(yùn)動(dòng)上的洛倫茲力F的合力，這段導(dǎo)體中含有的自由電荷數(shù)為nLS，所以FsinsinqvBsin (2)洛倫茲力公式 FqvBsin公式中各量的單位：F為N，q為C，v為m/s，B為T。說明：角為電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場方向的夾角；90°時(shí)FqvB；0°時(shí)F0。因?yàn)锽為矢量，Bsin為B在垂直于v方向上的分量；Bcos為B沿v方向上的分

5、量。因?yàn)関為矢量：FqvBsin可寫成FqBvsin。vsin理解為v在垂直于B方向上的分量。例3：如圖3所示，一個(gè)帶正電q的小帶電體處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，若小帶電體的質(zhì)量為m，為了使它對(duì)水平絕緣面正好無壓力，應(yīng)該（   ）圖3A使B的數(shù)值增大B使磁場以速率 v，向上移動(dòng)C使磁場以速率v，向右移動(dòng)D使磁場以速率v，向左移動(dòng)解答：為使小球?qū)ζ矫鏌o壓力，則應(yīng)使它受到的洛倫茲力剛好平衡重力，磁場不動(dòng)而只增大B，靜止電荷在磁場里不受洛倫茲力， A不可能；磁場向上移動(dòng)相當(dāng)于電荷向下運(yùn)動(dòng)，受洛倫茲力向右，不可能平衡重力；磁場以V向右移動(dòng)，等同于電荷以速率v向左運(yùn)

6、動(dòng)，此時(shí)洛倫茲力向下，也不可能平衡重力。故B、C也不對(duì)；磁場以V向左移動(dòng)，等同于電荷以速率v向右運(yùn)動(dòng)，此時(shí)洛倫茲力向上。當(dāng) qvBmg時(shí)，帶電體對(duì)絕緣水平面無壓力，則v，選項(xiàng) D正確。5洛倫茲力的特點(diǎn)(1)運(yùn)動(dòng)的電荷才有可能受到洛倫茲力，靜止的電荷在磁場中不受洛倫茲力。(2)洛倫茲力的大小和方向都與帶電粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。(3)洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功，不會(huì)改變電荷運(yùn)動(dòng)的速率，只改變速度的方向。例4： 單擺擺長L，擺球質(zhì)量為m，帶有電荷q，在垂直于紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中擺動(dòng)，當(dāng)其向左、向右通過最低點(diǎn)時(shí)，線上拉力大小是否相等？圖4解答：擺球所帶電荷等效于一個(gè)點(diǎn)電荷，它在磁場中擺動(dòng)時(shí)受

7、到重力mg，線的拉力F與洛倫茲力F，由于只有重力做功，故機(jī)械能守恒，所以擺球向左、向右通過最低點(diǎn)時(shí)的速度大小是相等的，設(shè)為V，向左通過最低點(diǎn)時(shí)洛倫茲力F豎直向下，根據(jù)牛頓第二定律，如圖4有    故有當(dāng)向右通過最低點(diǎn)時(shí)，洛倫茲力 的豎直向上，而大小仍為qvB，同理可得 顯然F1F26.帶電粒子在磁場和電場中受力的區(qū)別電場對(duì)靜止或運(yùn)動(dòng)的帶電粒子都有電場力的作用，磁場只對(duì)運(yùn)動(dòng)的帶電粒子有磁場力（洛倫茲力）的作用（條件是v與B不平行）。電場力跟電場強(qiáng)度E的方向相同（正電荷）或相反（負(fù)電荷），洛倫茲力跟磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直。電場力不受粒子運(yùn)動(dòng)速度的影響，洛倫茲力則與粒子

8、運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)7電視顯像管應(yīng)用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理。圖5顯像管中有一個(gè)陰極,工作時(shí)它能發(fā)射電子,熒光屏被電子束撞擊就能發(fā)光?？墒?很細(xì)的一束電子打在熒光屏上只能使一個(gè)點(diǎn)發(fā)光,而實(shí)際上要使整個(gè)熒光屏發(fā)光,這就要靠磁場來使電子束偏轉(zhuǎn)了。實(shí)際上,在偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平方向和豎直方向都加有偏轉(zhuǎn)磁場,其方向、強(qiáng)弱都在不斷變化,因此電子束打在熒光屏上的光點(diǎn)就不斷移動(dòng),這在電視技術(shù)中叫做掃描,電子束從最上一行到最下一行掃描一遍叫做一場,電視機(jī)中每秒要進(jìn)行50場掃描,所以我們感到整個(gè)熒光屏都在發(fā)光。例：如圖5所示，沒有磁場時(shí)電子束打在熒光屏正中的O點(diǎn)。為使電子束偏轉(zhuǎn),由安裝管頸的偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場。 .如果要使電子束

9、在水平方向偏離中心,打在熒光屏上的A點(diǎn),偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向? .如果要使電子束打在B點(diǎn),磁場應(yīng)該沿什么方向 解答：由左手定則，中偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該豎直向上中偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該豎直向下?！就綑z測】1. 一個(gè)電子穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則 （ ）A此空間一定不存在磁場 B此空間可能有方向與電子速度平行的磁場 C此空間可能有磁場 ，方向與電子速度垂直D以上說法都不對(duì)2. 一束帶電粒子沿水平方向飛過靜止的小磁針的正上方，小磁針也是水平放置，這時(shí)小磁針的南極向西偏轉(zhuǎn)，則這束帶電粒子可能是 （ ）A由北向南飛行的正離子束B由南向北飛行的正離子束C由北向南飛行的負(fù)離子束D由南向北飛行的負(fù)離子束 3.電子以速度v

10、0垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，則 （ ）A磁場對(duì)電子的作用力始終不做功B磁場對(duì)電子的作用力始終不變C電子的動(dòng)能始終不變D電子的動(dòng)量始終不變 第4題4.如圖所示，帶電粒子所受洛倫茲力方向垂直紙面向外的是 （ ）5.如圖所示，空間有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場，一束電子流以初速v從水平方向射入，為了使電子流經(jīng)過磁場時(shí)不偏轉(zhuǎn)（不計(jì)重力），則在磁場區(qū)域內(nèi)必須同時(shí)存在一個(gè)勻強(qiáng)電場，這個(gè)電場的場強(qiáng)大小與方向應(yīng)是 （ ）AB/v，方向豎直向上BB/v，方向水平向左CBv，垂直紙面向里 DBv，垂直紙面向外第5題第6題6.如圖所示，一帶負(fù)電的滑塊從粗糙斜面的頂端滑至底端時(shí)的速率為v,若加一個(gè)

11、垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，并保證滑塊能滑至底端，則它滑至底端時(shí)的速率 （ ）A變大 B變小 C不變 D條件不足，無法判斷7. 有一勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為1.2T，方向由南指向北，如有一質(zhì)子沿豎直向下的方向進(jìn)入磁場，磁場作用在質(zhì)子上的力為9.6×10-14N，則質(zhì)子射入時(shí)速為 ,質(zhì)子在磁場中向方向偏轉(zhuǎn)。8.質(zhì)量為0.1g的小物塊帶有5×10-4C的電荷,放在傾角為300且足夠長的光滑絕緣的斜面上,整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T的勻強(qiáng)磁場中,如圖所示.物塊由靜止下滑,滑到某個(gè)位置時(shí)離開斜面,求:物塊帶何種電荷?物塊剛離開斜面時(shí)的速度多大? 物塊從靜止到剛離開斜面的過程中做什

12、么運(yùn)動(dòng),斜面至少多長? 第8題第9題9. 一種測量血管中血流速度的儀器原理圖,如圖所示,在動(dòng)脈血管兩側(cè)分別安裝電極并加磁場,設(shè)血管直徑為2mm,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.080T,電壓表測出電壓為0.01V,則血流速度大小為多少?【綜合評(píng)價(jià)】1有關(guān)電荷所受電場力和洛倫茲力的說法中，正確的是 （ ）A電荷在磁場中一定受磁場力的作用B電荷在電場中一定受電場力的作用C電荷受電場力的方向與該處的電場方向一致D電荷若受磁場力，則受力方向與該處的磁場方向垂直2如果運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)除磁場力作用外不受其他任何力作用，則它在磁場中的運(yùn)動(dòng)可能是（ ）A勻速圓周運(yùn)動(dòng)B勻變速直線運(yùn)動(dòng)C變加速曲線運(yùn)動(dòng)D勻變速曲線運(yùn)動(dòng)

13、第3題3電子束以一定的初速度沿軸線進(jìn)入螺線管內(nèi)，螺線管中通以方向隨時(shí)間而周期性變化的電流，如圖所示，則電子束在螺線管中做 （ ）A勻速直線運(yùn)動(dòng)B勻速圓周運(yùn)動(dòng)C加速減速交替的運(yùn)動(dòng)D來回振動(dòng)4帶電荷量為+q的粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng),下面說法中正確的是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,且速度反向、大小不變,則洛倫茲力的大小不變第5題C洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直,磁場方向一定與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直D粒子只受到洛倫茲力的作用.不可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)5如圖，是電視機(jī)的像管的結(jié)構(gòu)示意圖,熒光屏平面位于坐標(biāo)平面xoy，y軸是顯像管的縱軸線,位于顯像管尾部的燈絲被電流加熱后會(huì)有

14、電子逸出,這些電子在加速電壓的作用下以很高的速度沿y軸向十y方向射出.構(gòu)成了顯像管的“電子槍”。如果沒有其他力作用,從電子槍發(fā)射出的高速電子將做勻速直線運(yùn)動(dòng)打到坐標(biāo)原O使熒光屏的正中間出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)。當(dāng)在顯像管的管頸處的較小區(qū)域(圖中B部分)加沿z方向的磁場 (偏轉(zhuǎn)磁場),亮點(diǎn)將偏離原點(diǎn)0而打在x軸上的某一點(diǎn),偏離的方向和距離大小依賴于磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。為使熒光屏上出現(xiàn)沿x軸的一條貫穿全屏的水平亮線(電子束的水平掃描運(yùn)動(dòng))，偏轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律是圖中 ( )第5題第6題6如圖所示，帶電小球在勻強(qiáng)磁場中沿光滑絕緣的圓弧形軌道的內(nèi)側(cè)來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，它向左或向右運(yùn)動(dòng)通過最低點(diǎn)時(shí) （ ）

15、速度相同B加速度相同C所受洛倫茲力相同 D軌道給它的彈力相同7兩個(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，兩粒子質(zhì)量之比為1：4，電荷量之比為1：2，則兩帶電粒子受洛倫茲力之比為 （ ）A2：1B1：1C1：2D1：4 8.如圖所示，傾角為的光滑絕緣斜面,處在方向垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場和方向未知的勻強(qiáng)電場中,有一質(zhì)量為m、帶電荷量為一q的小球，恰可在斜面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)、其角速度為，那么，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為 ，未知電場的最小場強(qiáng)的大小為 ，方向沿 。9質(zhì)量為m ,帶電荷量為q的粒子,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),其圓周半徑為r,則粒子受到的洛倫茲力為 ,表示

16、這個(gè)帶電粒子運(yùn)動(dòng)而形成的環(huán)形電流的電流大小為 。第11題10如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m帶正電的帶電體電荷量為q，緊貼著水平絕緣板的下表面滑動(dòng)，滑動(dòng)方向與垂直紙面的勻強(qiáng)磁場B垂直，則能沿絕緣面滑動(dòng)的水平速度方向_，大小v應(yīng)不小于_，若從速度v0開始運(yùn)動(dòng)，則它沿絕緣面運(yùn)動(dòng)的過程中，克服摩擦力做功為_。 第10題第10題第8題11如圖所示，帶電液滴從h高處自由落下，進(jìn)入一個(gè)勻強(qiáng)電場與勻強(qiáng)磁場互相垂直的區(qū)域，磁場方向垂直紙面，電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，已知液滴在此區(qū)域中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則圓周的半徑R=_。12如圖所示，在xOy平面內(nèi)，電荷量為q、質(zhì)量為m的電子從原點(diǎn)O垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中

17、，電子的速度為v0，方向與x軸正方向成30°角，則電子第一次到達(dá)x軸所用的時(shí)間是多少?這時(shí)電子在x軸的位置距原點(diǎn)的距離是多少?第12題第13題13如圖所示，質(zhì)量m=0.1g的小球，帶有q=5×10-4C的正電荷，套在一根與水平方向成=37°的絕緣桿上，小球可以沿桿滑動(dòng)，與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.4，這個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T的勻強(qiáng)磁場中，求小球無初速釋放后沿桿下滑的最大加速度和最大速度。14如圖所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,有一與磁感線垂直且水平放置的長為l的擺線,拉一質(zhì)量為帶有+q電荷量的擺球,試求擺球通過最低位置時(shí)繩上的拉力F的大小。第14題15如

18、圖所示,在相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中,水平放置一足夠長的絕緣直棒,棒上套著一個(gè)帶正電荷的小球,電場強(qiáng)度為E,方向水平向右,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里,小球質(zhì)量m帶電荷量為q小球沿水平棒滑動(dòng)時(shí)動(dòng)摩擦因數(shù)為小球開始向右滑動(dòng)后,問：（1)當(dāng)小球的速度達(dá)到何值時(shí)它的加速度最大?加速度的最大值是多少？第15題（2)小球速度的最大值是多大?16如圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)示意圖,其中兩極板間距d=20cm,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=5T,若入額定功率P=100W的燈泡,燈泡恰好正常發(fā)光,燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻R=400不計(jì)發(fā)電機(jī)內(nèi)阻,求： (1)等離子體的流速多大？(2)若等離子體均為一價(jià)離子,則每秒鐘有多少個(gè)什么性質(zhì)的離子打在下極板。第16題第17題17顯像管的工作原理是陰極K發(fā)射的電子束經(jīng)高壓加速電場(電壓為U加速后,垂直正對(duì)圓心進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、半徑為r的圓形勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)磁場,偏轉(zhuǎn)后轟擊熒光屏P,熒光粉受激發(fā)而發(fā)光,在極短時(shí)間內(nèi)完成一幅掃描,如圖所示。若生產(chǎn)的陰極材料中含少量的SO42-，SO42-將在屏上出現(xiàn)暗斑,稱為離子斑。如發(fā)生上述情況.試分析說明暗斑集中出現(xiàn)在熒光屏中央的原因。(電子質(zhì)量為9.1×10-11kg,硫酸根離子質(zhì)量為1.6×lO-25kg)【知能準(zhǔn)備】 1 洛倫茲力2 垂直穿入 正電荷運(yùn)動(dòng) 反方向 洛倫茲力3 Fqv