磁場對運動電荷的作用力導學案-高二下學期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊

試卷第=page77頁，共=sectionpages77頁試卷第=page11頁，共=sectionpages33頁1.2磁場對運動電荷的作用力【學習目標】1．知道什么是洛倫茲力。利用左手定則判斷洛倫茲力的方向。2．知道洛倫茲力大小的推理過程。3．掌握垂直進入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算。4．了解v和B垂直時的洛倫茲力大小及方向判斷。理解洛倫茲力對電荷不做功。5．了解電視顯像管的工作原理?！緦W習重點】1．利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向。2．掌握垂直進入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算?！緦W習難點】洛倫茲力方向的判斷?！緦W習過程】一、洛倫茲力的方向［演示實驗］觀察磁場陰極射線在磁場中的偏轉［實驗現(xiàn)象］在沒有外磁場時，電子束_________________，蹄形磁鐵靠近電子射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡______________。［結論］_______________________________________。洛倫茲力方向的判斷——左手定則：伸開__________，使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，若四指指向_______________的方向，那么拇指所受的方向就是________________________的方向。二、洛倫茲力的大小1．推導過程：設有一段長度為L的通電導線，橫截面積為S，導線每單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電量為q，定向移動的平均速率為v，將這段導線垂直于磁場方向放入磁感應強度為B的磁場中。2．洛倫茲力的計算公式（1）當粒子運動方向與磁感應強度垂直時（v⊥B），F(xiàn)=___________（2）當粒子運動方向與磁感應強度方向成θ時（v∥B），F(xiàn)=____________［例題］求下圖中各電荷所受洛倫茲力的大小和方向。三、電子束的磁偏轉1．顯像管的工作原理（1）原理：___________________________________________。（2）構造：___________________________________________。2．速度選擇器計算出選擇的速度：3．磁流體發(fā)電機【鞏固練習】1．假設有一個帶負電的粒子垂直于地球赤道射來，如圖所示。在地球磁場（不考慮磁偏角及地球的自轉）的作用下，這個粒子偏轉的方向是（）A．向北 B．向南 C．向東 D．向西2．在下列各組物理量中，全部屬于矢量的是（）A．電場強度、電勢 B．電流、磁通量C．磁感應強度、洛倫茲力 D．磁通量、安培力3．下列關于電場和磁場的說法中正確的是（）A．電場強度為零的點，電勢一定為零；B．電場強度處處相等的區(qū)域內，電勢也一定處處相等；C．運動電荷在磁場中某點不受洛倫茲力作用，則該點的磁感應強度不一定為零；D．由B=可知，B與F成正比，與IL成反比。4．一直導管的橫截面是半徑為R的圓，如圖所示，該直導管（導管壁的厚度可忽略）水平放置在磁感應強度大小為B的勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里；沿導管向左流動的液體中含有一種質量為m、電荷量為+q的帶電微粒，微粒受磁場力影響發(fā)生偏轉，導管上、下壁a、b兩點間最終形成穩(wěn)定電勢差Uab，導管內部的電場可看作勻強電場，忽略浮力，重力不可忽略，重力加速度為g，則液體流速和a、b兩點間電勢差Uab的正負為（）A．，Uab為正 B．，Uab為正C．，Uab為負 D．，Uab為負5．下列說法中正確的是（）A．帶電粒子在勻強磁場中運動，只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同B．如果把改為-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帶電粒子速度方向垂直，磁場方向一定與帶電粒子運動方向垂直D．帶電粒子在只受到洛倫茲力作用下，運動的動能、速度均不變6．如圖所示，在正方體的四條沿x軸方向的棱上，分別固定四根通有等大電流I0的等長導線。正方體的中心點P處有不斷沿y軸正方向噴射粒子的粒子源，關于粒子剛被噴出時所受到的洛倫茲力方向，下列說法中正確的是（）A．若粒子帶正電，其所受的洛倫茲力方向沿z軸正方向B．若粒子帶正電，其所受的洛倫茲力方向沿x軸正方向C．若粒子帶負電，其所受的洛倫茲力方向沿x軸正方向D．若粒子帶負電，其所受的洛倫茲力方向沿z軸負方向二、解答題7．法國擁有目前世界上最先進的高危病毒實驗室——讓·梅里厄P4實驗室，該P4實驗室中進行的實驗全程都在高度無接觸物理防護性條件下操作，一方面防止實驗人員和其他物品攜帶上病毒，同時也防止病毒釋放到環(huán)境中。為了無損測量生物實驗廢棄液體的流量，常用到一種電磁流量計，如圖甲所示。其原理可以簡化為如圖乙所示模型:液體內含有大量正、負離子，從容器右側流入，左側流出，空間存在垂直紙面向里的勻強磁場，流量Q在數(shù)值上等于單位時間內通過容器橫截面的液體的體積。（1）該電磁流量計能用于測量不帶電液體的流速嗎?（2）液體中離子受到的洛倫茲力方向如何?（3）當廢液穩(wěn)定流動后，你能計算出M、N兩端的電壓U嗎?廢液的流量Q是多少?（用圖乙中的字母表示）8．如圖所示，表面光滑的絕緣平板水平放置在磁感應強度大小為B的勻強磁場中，磁場方向垂直于豎直面向里。平板上有一個質量為m、電荷量為q的帶電粒子，初始時刻帶電粒子靜止在絕緣平板上，與絕緣平板左側邊緣的距離為d。在機械外力作用下，絕緣平板以速度v豎直向上做勻速直線運動，一段時間后帶電粒子從絕緣平板的左側飛出。不計帶電粒子的重力。（1）指出帶電粒子的電性，并說明理由；（2）求帶電粒子對絕緣平板的最大壓力。9．如圖，導體棒CD在均勻磁場中運動。(1)自由電荷會隨著導體棒運動，并因此受到洛倫茲力。導體棒中自由電荷相對于紙面的運動大致沿什么方向？為了方便，可以認為導體棒中的自由電荷是正電荷。(2)導體棒一直運動下去，自由電荷是否總會沿著導體棒運動？為什么？(3)導體棒哪端的電勢比較高？10．對于不同類型的物體和運動情況，測量速率的方法往往是不同的，當然測量速度的方法也受到歷史的局限性和實驗室提供的儀器的限制。（1）歷史上，由于測量條件的限制，伽利略無法用直接測量運動速度的方法來尋找自由落體的運動規(guī)律。因此他設想用斜面來“沖淡”重力，“放慢”運動，而且把速度的測量轉化為對路程和時間的測量，并把自由落體運動看成為沿傾角為90°的斜面下滑運動的外推。假設一個時間單位為T，一個長度單位d，實驗中記錄了小球沿光滑斜面在不同時間內相對于起始點的距離，如下表所示，則分析表中數(shù)據可知，小球在t=3T時刻的瞬時速度等于多少？（用已知量T、d表示即可）時間0T2T3T4T5T6T距離0d4d9d16d25d36d（2）帶電粒子的速度可以利用速度選擇器進行測量。如下圖所示，真空環(huán)境中平行放置的金屬板間距為d，兩板間有垂直紙面向外、磁感應強度大小為B的勻強磁場，帶電粒子以某一速度兩金屬板的左側中間沿平行于金屬板面的方向射入兩板間，當板間電壓為U時，帶電粒子恰好沿直線（圖中虛線）穿越兩板，不計帶電粒子的重力，求它的速度大?。浚?）由于中子不帶電，因此中子的速度無法直接使用速度選擇器進行測量，可以采用碰撞的方法進行間接測量。低速中子與靜止的原子核發(fā)生相互作用，有一定概率會與原子核發(fā)生彈性正碰。假設一群低速中子的質量為，速度大小相同，原子核質量為M，這群中子中的一個中子與靜止的原子核發(fā)生彈性正碰后，利用電偏轉或磁偏轉的方法測得原子核被碰后的速度大小為，求這群中子的速度大小？8/8參考答案：1．D2．C3．C4．C5．B6．C7．（1）不能；（2）正離子受到的洛倫茲