2019-2020學年高中物理 第2章 4 磁場對運動電荷的作用學案 新人教版選修1-1

《2019-2020學年高中物理 第2章 4 磁場對運動電荷的作用學案 新人教版選修1-1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學年高中物理 第2章 4 磁場對運動電荷的作用學案 新人教版選修1-1（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、四、磁場對運動電荷的作用 學 習 目 標 知 識 脈 絡(luò) 1.理解安培力是導線中定向運動的電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)．(難點) 2．學會用左手定則判斷帶電粒子在磁場中運動方向的問題．(重點) 3．知道電子束的磁偏轉(zhuǎn)原理及其在技術(shù)中的應(yīng)用．(難點) 一、洛倫茲力 1．定義 磁場對運動電荷的力叫洛倫茲力． 2．洛倫茲力與安培力的關(guān)系 通電導線受到的安培力，是導線中定向運動的電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)． 3．洛倫茲力的方向 洛倫茲力的方向遵循左手定則．即伸開左手，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運動的方向，

2、那么，拇指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；負電荷的受力方向與正電荷的受力方向相反． 二、顯像管的工作原理 1．在洛倫茲力演示儀中可以觀察到，沒有磁場時，電子束是直進的，外加磁場以后，電子束的徑跡變成圓形．磁場的強弱和電子的速度都能影響圓的半徑． 2．電視機顯像管中電子束的偏轉(zhuǎn)利用的就是運動電荷在磁場中受到洛倫茲力的原理來工作的． 3．顯像管中有一個陰極，工作時它能發(fā)射電子，熒光屏被電子束撞擊就能發(fā)光．電子束經(jīng)過水平偏轉(zhuǎn)磁場和豎直偏轉(zhuǎn)磁場，且偏轉(zhuǎn)磁場的強弱都在不斷變化，因此電子束打在熒光屏上的光點不斷移動． 1．思考判斷 (1)靜止的電荷在磁場中可能受洛倫茲

3、力． (×) (2)電荷若沿磁場方向運動不受洛倫茲力． (√) (3)洛倫茲力的方向總是與粒子運動方向垂直． (√) (4)電視機顯像管中電子束的偏轉(zhuǎn)是利用的洛倫茲力． (√) (5)電子束撞擊熒光屏時熒光屏會發(fā)光． (√) (6)電視機顯像管中若磁場加強，電子束偏轉(zhuǎn)幅度變?。?(×) 2．航天員若要走出艙外，所穿的宇航服必須要能阻擋宇宙射線的輻射．而射向地球的絕大多數(shù)宇宙射線，在地磁場洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，基本到達不了地球表面．如圖所示，一束帶正電粒子流(類似于宇宙射線)沿圖中箭頭所示方向通過兩磁極間時，其偏轉(zhuǎn)方向為(　　) A．向上　B．向下 C．向N極 D．向S

4、極 A　[蹄形磁鐵磁極之間的磁場方向由N極指向S極，帶電粒子沿題圖箭頭的方向運動，根據(jù)左手定則，洛倫茲力方向向上，則粒子向上偏轉(zhuǎn)，故A正確，B、C、D錯誤．] 3．(多選)關(guān)于電場力和洛倫茲力，下列說法正確的是(　　) A．電荷只要處在電場中，就會受到電場力，而電荷靜止在磁場中，不可能受到磁場力 B．電場對在其中的電荷一定做功，磁場對放入其中的電荷也一定做功 C．電場力和洛倫茲力一樣，受力方向都在電場線和磁感線上 D．只有運動的電荷在磁場中才可能受到洛倫茲力的作用 AD　[電荷在電場中一定受到電場力的作用，但只有運動的電荷在磁場中才可能受到洛倫茲力的作用，洛倫茲力永遠不做功．]

5、 4．如圖所示，陰極射線管發(fā)出的電子束在陽極和陰極間強電場的作用下沿直線運動，如果在射線管所在區(qū)域內(nèi)加上垂直紙面向里的勻強磁場，則電子束的偏轉(zhuǎn)方向為(　　) A．向上偏轉(zhuǎn) B．向下偏轉(zhuǎn) C．垂直紙面向里偏轉(zhuǎn) D．垂直紙面向外偏轉(zhuǎn) B　[帶電粒子所受洛倫茲力的方向決定電子束的偏轉(zhuǎn)方向，可用左手定則判定，但在運用左手定則判定洛倫茲力方向時，磁場垂直穿過手心，四指應(yīng)指向電子運動的反方向，則大拇指所指的方向即為洛倫茲力的方向，方向為豎直向下，故電子束向下偏轉(zhuǎn)，選項B正確．] 對洛倫茲力的理解 1.洛倫茲力與安培力的關(guān)系 通電導線受安培力是內(nèi)部大量定向移動電荷受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)

6、；而洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)． 2．洛倫茲力的作用特點 由于洛倫茲力遵守左手定則，其方向總是與電荷的運動方向垂直，因此洛倫茲力只改變速度方向不改變速度大小，對運動電荷不做功． 3．洛倫茲力和電場力的比較 洛倫茲力 電場力 性質(zhì) 磁場對在其中運動電荷的作用力 電場對放入其中電荷的作用力 產(chǎn)生 條件 磁場中靜止電荷、沿磁場方向運動的電荷不受洛倫茲力 電場中的電荷無論是靜止還是沿任何方向運動，都要受到電場的作用力 方向 ①方向由電荷正負、磁場方向以及電荷運動方向決定，各方向之間關(guān)系遵循左手定則 ②洛倫茲力方向一定垂直于磁場方向以及電荷運動方向(電荷運動方向與磁場方

7、向不一定垂直) ①方向由電荷正負、電場方向決定 ②正電荷受力方向與電場方向一致，負電荷受力方向與電場方向相反 做功 情況 一定不做功 可能做正功，可能做負功，也可能不做功 【例1】　(多選)一個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．此空間可能有磁場，方向與電子速度方向平行 C．此空間可能有磁場，方向與電子速度方向垂直 D．此空間可能有正交的磁場和電場，它們的方向均與電子速度方向垂直 思路點撥：①“未發(fā)生偏轉(zhuǎn)”說明電子做直線運動． ②做直線運動的條件是物體所受合力為零或合力與運動方向在一條直線上． BD　[依據(jù)對洛倫茲力的說明可知：當

8、v的方向與磁感應(yīng)強度B的方向平行時，運動電荷不受洛倫茲力的作用，帶電粒子仍然以速度v做勻速直線運動．因此一個電子穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn)不能說此空間一定不存在磁場，只能說明此空間可能有磁場，方向與電子速度方向平行，或者說明此空間可能有正交的磁場和電場，它們的方向均與電子速度方向垂直，導致電子所受合力為零．因此，本題的正確選項為B、D.] [注意事項]　 (1)電荷在電場中一定受電場力，而在磁場中不一定受洛倫茲力． (2)洛倫茲力方向與速度方向一定垂直，而電場力的方向與速度方向無必然聯(lián)系． 1．在以下幾幅圖中，洛倫茲力的方向判斷不正確的是(　　) C　[根據(jù)左手定則，垂直紙面向

9、里的磁感線穿過手心，四指指向正電荷的運動方向向右，大拇指指向洛倫茲力的方向，判斷出來洛倫茲力向上，故A正確．根據(jù)左手定則，垂直紙面向外的磁感線穿過手心，四指指向正電荷運動的方向向右，大拇指指向洛倫茲力的方向，判斷出來洛倫茲力向下，故B正確．當速度與磁感線平行時，電荷不受洛倫茲力，故C錯誤．根據(jù)左手定則，水平向左的磁感線穿過手心，四指指向負電荷運動的反方向即向上，拇指指向洛倫茲力的方向，判斷出來洛倫茲力方向垂直紙面向外，故D正確．] 顯像管的工作原理 1.磁偏轉(zhuǎn) 借助磁場的作用，使電子束(或其他的運動電荷)改變運動方向的現(xiàn)象，稱為磁偏轉(zhuǎn)． 2．工作原理 顯像管原理示意圖如圖

10、所示，顯像管的最前端為熒光屏，最后端是電子槍，管頸處是兩個偏轉(zhuǎn)線圈．當偏轉(zhuǎn)線圈未加磁場時，電子槍發(fā)出的電子束將轟擊在熒光屏的中心，熒光屏的中心就出現(xiàn)一個亮點．當顯像管接收到影像信號時，磁偏轉(zhuǎn)裝置就會產(chǎn)生一個變化的磁場，使電子束從熒光屏左上角開始向右掃描出一條水平線，之后再掃描下面一條線．如此高頻率地反復掃描，并利用人眼的視覺暫留效應(yīng)，使熒光屏上的亮點構(gòu)成我們看到的影像． 【例2】　如圖所示為顯像管工作原理示意圖，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)，在管頸區(qū)域加有偏轉(zhuǎn)磁場(由偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生)． (1)要使電子束在豎直方向偏離中心，打在熒光屏上的A點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向

11、？ (2)電子束打在圖中的B點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？ 思路點撥：解此題關(guān)鍵是電子槍發(fā)出電子帶負電，應(yīng)用左手定則時四指指向運動反方向． [解析]　(1)電子打到A點時，運動過程中向上偏轉(zhuǎn)，由左手定則可知，偏轉(zhuǎn)磁場的方向應(yīng)該垂直紙面向外，電子才能打在A點． (2)電子向下偏轉(zhuǎn)，由左手定則知，偏轉(zhuǎn)磁場的方向應(yīng)該垂直紙面向里，電子才能打在B點． [答案]　(1)垂直紙面向外　(2)垂直紙面向里 2．如圖為說明電視機顯像管偏轉(zhuǎn)線圈作用的示意圖．當線圈中通過圖示方向的電流時，一束沿中心軸線O自紙內(nèi)射向紙外的電子流，將(　　) A．向左偏轉(zhuǎn)　　　　　 B．向右偏轉(zhuǎn) C．向上偏轉(zhuǎn)

12、D．向下偏轉(zhuǎn) B　[根據(jù)左右兩側(cè)通電螺線管的電流方向，可判斷出磁場的方向．在O點，磁感線的方向為豎直向上，再由左手定則判斷出電子受到向右的洛倫茲力，故電子流向右偏轉(zhuǎn)，B項正確．] 1．(多選)關(guān)于洛倫茲力的方向的判定，以下說法正確的是(　　) A．用左手定則判定洛倫茲力的方向時，“四指指向”與電荷定向運動的方向相同 B．用左手定則判定洛倫茲力的方向時，“四指指向”與電荷運動形成等效電流方向相同 C．正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向即是該處磁場方向 D．若將在磁場中的運動電荷＋q換為－q且速度方向反向，則洛倫茲力方向不變 BD　[運用左手定則時，“四指指向”應(yīng)沿電荷定向移動形成

13、的等效電流方向，而不一定沿電荷定向移動方向，因為負電荷定向移動形成電流的方向與其運動方向反向．通過左手定則所確定的洛倫茲力與磁場之間關(guān)系可知：兩者方向相互垂直，而不是相互平行．] 2．如圖所示，勻強磁場水平向右，電子在磁場中的運動方向水平向右，則該電子(　　) A．不受洛倫茲力 B．受洛倫茲力，方向向上 C．受洛倫茲力，方向向下 D．受洛倫茲力，方向向左 A　[電子運動的方向與磁場方向平行，該電子不受洛倫茲力，故以原來的速度做勻速直線運動，故A正確，B、C、D錯誤．] 3．(多選)如圖所示，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線AB時，發(fā)現(xiàn)射線的徑跡向下

14、彎曲，則(　　) A．導線中的電流從A到B B．導線中的電流從B到A C．若要使電子束的徑跡向上彎曲，可以改變AB中的電流方向來實現(xiàn) D．電子束的徑跡與AB中的電流方向無關(guān) BC　[電子在通電直導線產(chǎn)生的磁場中運動，無論直導線中的電流方向如何，電子的運動速度都是和磁感應(yīng)強度的方向是垂直的．根據(jù)左手定則，由于是負電荷，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)強度的方向為垂直紙面向里．根據(jù)安培定則，導線中的電流方向為B到A.如果導線中的電流方向相反，則其產(chǎn)生磁場方向也相反，會影響到電子的偏轉(zhuǎn)方向，所以本題的正確選項是B、C.] 4．試判斷各圖中帶電粒子所受洛倫茲力的方向或粒子的帶電性． [解析]　(a)、(b)中已知B、v方向，由左手定則可判定洛倫茲力方向，圖(a)豎直向上，圖(b)垂直紙面向里，如解析圖(a)、(b)所示；(c)中已知B、v和F，由左手定則可判定粒子帶負電；同理(d)中由左手定則可判斷洛倫茲力方向垂直紙面向里，如解析圖(d)所示． [答案]　見解析圖 - 7 -