人教版選修磁場對運動電荷的作用 省賽獲獎

第四節(jié)磁場對運動電荷的作用一、洛倫茲力1．定義：磁場對________的力叫洛倫茲力．2．洛倫茲力與安培力的關(guān)系：通電導(dǎo)線受到的安培力，是導(dǎo)線中定向運動的電荷受到洛倫茲力的________表現(xiàn)．運動電荷宏觀想一想1.洛倫茲力和安培力是同一種性質(zhì)的力嗎？提示：是同種性質(zhì)的力．安培力是磁場對通電導(dǎo)線的作用力，其實質(zhì)是磁場對電流的作用力，而電流又是由電荷的定向移動形成的,所以磁場對運動電荷的作用力和磁場對電流的作用力是同種性質(zhì)的力.安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn),洛倫茲力是安培力的微觀形式．二、洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向遵循________定則．即伸開______，使拇指與其余四指________，并且都與手掌在同一個______內(nèi)，讓磁感線從掌心進入，并使四指指向______運動的方向，這時_____所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向．左手左手垂直平面正電荷拇指想一想2．用左手定則判斷正電荷和負電荷所受洛倫茲力時四指所指方向是否相同？提示：不同．四指所指的方向為正電荷運動的方向或負電荷運動的反方向，也就是電流的方向．三、電子束的磁偏轉(zhuǎn)洛倫茲力演示儀是由一個球形電子________和一組_____組成．在演示儀中可以觀察到,沒有磁場時，電子束是____的；外加磁場后,電子束的徑跡變成________．影響其半徑的因素有磁場的強弱和電子的_______．射線管線圈直進圓形速度四、顯像管的工作原理1．電視機顯像管中電子束的偏轉(zhuǎn)利用的就是___________在磁場中受到_________的原理來工作的．2．顯像管中有一個陰極，工作時它能發(fā)射_______，熒光屏被電子束撞擊就能發(fā)光．運動電荷洛倫茲力電子要點1對洛倫茲力的理解及方向判斷1．是否運動電荷的速度越大，洛倫茲力也越大？2．用左手定則判斷洛倫茲力時，四指一定指向電荷的運動方向嗎？1．對洛倫茲力的理解(1)洛倫茲力是磁場對運動電荷的作用力，對靜止的電荷無洛倫茲力作用．(2)當磁場方向與電荷運動方向一致時，洛倫茲力為零，當磁場方向與電荷運動方向垂直時，洛倫茲力最大．2．判斷洛倫茲力方向的方法判斷洛倫茲力方向的方法——左手定則：伸開左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一個平面內(nèi)，讓磁感線穿入手心，并使四指指向正電荷的運動方向(或負電荷運動方向的反方向)，那么，拇指所指的方向就是運動電荷所受洛倫茲力的方向．特別提醒：由于洛倫茲力的方向一定與電荷的運動方向垂直，所以洛倫茲力一定不做功.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例1D．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【關(guān)鍵提醒】帶電粒子在磁場中所受的洛倫茲力與粒子的電性、運動速度及與磁場的方向都有關(guān)．【精講精析】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；B中由左手定則可知，洛倫茲力方向不變，由F＝qvB知大小也不變，B正確；當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．【答案】

B變式訓(xùn)練1．如圖所示，表示磁場B、電荷運動方向v和磁場對電荷的作用力F的相互關(guān)系圖中正確的是(

)答案：D1．電子束垂直進入勻強磁場時，帶電粒子做什么運動？2．顯像管掃描時，為什么我們感覺不到熒光屏的光閃？要點2電子束的磁偏轉(zhuǎn)及應(yīng)用1．電子束的磁偏轉(zhuǎn)電子束在磁場中運動時，若速度的方向和磁場的方向垂直，根據(jù)左手定則，運動電荷所受洛倫茲力的方向始終與其速度方向垂直，因此洛倫茲力不能改變運動電荷的速率，只能改變電荷的運動方向，使其發(fā)生偏轉(zhuǎn)．所以垂直入射到勻強磁場中的帶電粒子做勻速圓周運動．2．顯像管的工作原理(1)構(gòu)造：如圖所示(2)加速：顯像管中有一個陰極，用低壓電源加熱時放出電子，經(jīng)高電壓加速后電子束打在熒光屏上，熒光屏就能發(fā)光．但一細束電子打在熒光屏上只能使一個點發(fā)光，而實際上整個熒光屏發(fā)光，這是由磁場作用于電子束的結(jié)果．(3)偏轉(zhuǎn)：①使電子束偏轉(zhuǎn)的磁場是由兩對線圈產(chǎn)生的，叫做偏轉(zhuǎn)線圈．②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、強弱都在不斷變化，因此電子束打在熒光屏上的光點就不斷來回移動(掃描)．電子束從最上一行到最下一行掃描一遍叫做一場，電視機中每秒要進行50場掃描，所以我們感到整個熒光屏都在發(fā)光．特別提醒：(1)磁場和電場都能使帶電粒子偏轉(zhuǎn)，但磁偏轉(zhuǎn)的角度更大且不會改變粒子的速度．(2)電性相反的兩個帶電粒子沿同一方向垂直進入同一磁場，偏轉(zhuǎn)方向相反．例2初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導(dǎo)線的方向射出，直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始運動方向如圖所示，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【思路點撥】本題主要考查對洛倫茲力的方向判定及性質(zhì)理解．【精講精析】電子在通電長直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場中運動，由安培定則判定直導(dǎo)線右側(cè)區(qū)域內(nèi)的磁場方向是垂直紙面向里的，再由左手定則判定電子所受洛倫茲力方向向右，所以電子向右偏轉(zhuǎn)，但洛倫茲力的方向始終與速度方向垂直，洛倫茲力始終對電子不做功,電子的動能保持不變，速率不變，故選A.【答案】

A【名師點評】

(1)用左手定則判斷洛倫茲力的方向時，應(yīng)注意四指所指的方向與電荷運動方向的關(guān)系．(2)洛倫茲力不改變速度大小，只改變速度方向，洛倫茲力永不做功．變式訓(xùn)練2．如圖所示，沒有磁場時電子束打在熒光屏正中的O點．為使電子束偏轉(zhuǎn)，由安裝在管頸的偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場．(1)如果要使電子束在水平方向偏離中心，打在熒光屏上的A點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？(2)如果要使電子束打在B點，磁場應(yīng)該沿什么方向？解析：由左手定則，(1)中偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該垂直于紙面向外；(2)中偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該垂直于紙面向里．熱點示例創(chuàng)新拓展洛倫茲力與電場力的比較[經(jīng)典案例]

兩個完全相同的帶等量的正電荷的小球a和b，從同一高度自由落下，分別穿過高度相同的水平方向的勻強電場和勻強磁場，如圖所示，然后再落到地面上，設(shè)兩球運動所用的總時間分別為ta和tb哪個大？

【思路點撥】解答本題的關(guān)鍵是弄清電場力和洛倫茲力兩個力各自的特點及區(qū)別．【解題樣板】

a球進入勻強電場后，始終受到勻強電場水平向右的電場力F電＝qE作用，這個力不會改變a在豎直方向運動的速度，故它下落的總時間ta與沒有電場時自由下落的時間t0相同．b球以某一速度進入勻強磁場瞬間它就受到水平向右的洛倫茲力作用，這個力只改變速度方向，會使速度方向向右發(fā)生偏轉(zhuǎn)，又因為洛倫茲力始終與速度方向垂直．當速度方向變化時，洛倫茲力的方向也發(fā)生變化，不再沿水平方向．如圖所示為小球在磁場中某一位置時的受力圖，從圖中可以看出洛倫茲力F洛的豎直分量F1會影響小球豎直方向的運動，使豎直下落的加速度減小(小于g)，故其下落的時間tb大于沒有磁場時小球自由下落的總時間t0.綜上所述，ta＜tb.(4分)【答案】

ta<t