2018-2019版高中物理磁场第4讲磁吃运动电荷的作用学案新人教版.docx

第4讲磁场对运动电荷的作用目标定位1.知道什么是洛伦兹力，知道影响洛伦兹力方向的因素.2.会用左手定则判断有关带电粒子在磁场中运动方向的问题.3.了解电子束的磁偏转原理及其在技术中的应用.一、洛伦兹力1.物理学家洛伦兹首先提出，磁场对运动电荷有力的作用.为了纪念他，人们称这种力为洛伦兹力.2.电子束在磁场中的偏转(1)没有磁场时，电子束沿直线运动.(2)把电子射线管放在蹄形磁铁的两极之间后，电子束的径迹发生了弯曲.二、洛伦兹力的方向带电粒子在运动时受到洛伦兹力，在宏观上表现为导线受到了安培力.想一想通电导线在磁场中受到的安培力方向可以用左手定则来判断，既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，那么洛伦兹力的方向是否也可用左手定则判断？如果是，四指指向正电荷的运动方向还是负电荷的运动方向.答案是.在判断安培力的方向时四指指向电流方向，正电荷定向运动的方向为电流的方向，所以四指应指向正电荷的运动方向，与负电荷的运动方向相反.三、电子束的磁偏转1.没有磁场时，电子束是直进的，外加磁场以后，电子束的径迹变成圆形.2.磁场的强弱和电子的速度都能影响圆的半径.四、显像管的工作原理电视显像管也用到了电子束磁偏转的原理.一、对洛伦兹力的理解1.定义：磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力.是由荷兰物理学家洛伦兹首先提出的.2.洛伦兹力的方向(1)安培力实际上是大量运动电荷在磁场中受洛伦兹力的宏观表现，所以洛伦兹力的方向也可由左手定则判定.(2)左手定则：伸开左手，使拇指跟其余四指垂直，且处于同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，四指指向正电荷运动的方向(若是负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向)，拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向.电荷运动的方向和磁感应强度B不一定垂直，但洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即洛伦兹力垂直于v和B两者所决定的平面.3.洛伦兹力方向的特点(1)洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面，所以洛伦兹力永远不做功.(2)当电荷运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向也随之变化.(3)用左手定则判断负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力的方向时，要注意将四指指向负电荷运动的反方向. 例1关于洛伦兹力的方向的判定，以下说法正确的是()A.用左手定则判定洛伦兹力的方向时，“四指指向”与电荷定向运动的方向相同B.用左手定则判定洛伦兹力的方向时，“四指指向”与电荷运动形成等效电流的方向相同C.正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向即是该处磁场方向D.若将在磁场中的运动电荷q换为q且速度方向反向，则洛伦兹力方向不变答案BD解析运用左手定则时，“四指指向”应沿电荷定向移动形成的等效电流方向，而不一定沿电荷定向移动方向，因为负电荷定向移动形成电流的方向与其运动方向反向.通过左手定则所确定的洛伦兹力与磁场之间关系可知：两者方向相互垂直，而不是相互平行.针对训练1下图中，电荷的速度方向、磁场方向和电荷的受力方向之间关系正确的是()答案A解析根据左手定则判断A正确；判断时要注意A、B选项中是负电荷，其运动的方向与四指指向相反.二、洛伦兹力与安培力的区别和联系1.区别：洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现.2.联系：洛伦兹力与安培力的方向一致，均可用左手定则进行判断.例2关于静电力与洛伦兹力，以下说法正确的是()A.电荷只要处在电场中，就会受到静电力，而电荷静止在磁场中，有可能受到洛伦兹力B.静电力对在其电场中的电荷一定会做功，而洛伦兹力对在磁场中的电荷却不会做功C.静电力与洛伦兹力一样，受力方向都在电场线和磁感线上D.只有运动的电荷在磁场中才可能会受到洛伦兹力的作用答案D解析电荷受静电力及洛伦兹力的条件及两种力的方向规律都不同.针对训练2关于安培力、电场力和洛伦磁力，下列说法正确的是()A.电荷在电场中一定受电场力作用，电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用B.电荷所受电场力一定与该处电场方向一致，电荷所受的洛伦兹力不一定与磁场方向垂直C.安培力和洛伦兹力的方向均可用左手定则判断D.安培力和洛伦兹力本质上都是磁场对运动电荷的作用，安培力可以对通电导线做功，洛伦兹力对运动电荷也做功答案C解析电荷在电场中一定受电场力作用，但是运动的电荷的速度方向与磁场方向不一致时电荷才受洛伦兹力的作用，选项A错误；正电荷所受电场力一定与该处电场方向一致，负电荷所受电场力一定与该处电场方向相反，选项B错误；安培力和洛伦兹力的方向均可用左手定则判断，选项C正确；洛伦兹力的方向与电荷的运动方向永远垂直，所以洛伦兹力对电荷永不做功，选项D错误.对洛伦兹力的理解1. 如图241所示，电子枪向右发射电子束，其正下方水平直导线内通有向右的电流，则电子束将()图241A.向上偏转 B.向下偏转C.向纸外偏转 D.向纸内偏转答案A解析由安培定则知水平直导线上方磁场方向垂直于纸面向外，由左手定则知向右运动的电子受到向上的洛伦兹力，故A正确.2.带电荷量为q的粒子，在匀强磁场中运动，下面的说法中正确的是()A.只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B.如果把q改为q，速度反向且大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变C.只要带电粒子在磁场中运动，它一定受到洛伦兹力作用D.带电粒子受到洛伦兹力越小，则该磁场的磁感应强度越小答案B解析影响洛伦兹力大小的因素有电荷量、速度大小、磁感应强度的大小及速度与磁感应强度的方向关系，A错；由左手定则可知，洛伦兹力方向不变，速度、电荷量大小不变，则洛伦兹力大小也不变，B正确；当磁场方向与运动方向平行时，F0，C错；磁感应强度由磁场本身的性质决定，与洛伦兹力的大小无关，D错.洛伦兹力与左手定则3.一个不计重力的带正电荷的粒子，沿图242 中箭头所示方向进入磁场，磁场方向垂直于纸面向里，则粒子的运动轨迹为()图242A.圆弧a B.直线bC.圆弧c D.a、b、c都有可能答案A解析根据左手定则可判断带正电荷的粒子所受洛伦兹力的方向向左，所以运动轨迹为圆弧a.4.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子.如图243所示，把电子射线管(阴极射线管)放在蹄形磁铁的两极之间，可以观察到电子束偏转的方向是()图243A.向上 B.向下 C.向左 D.向右答案B解析根据左手定则可判断电子所受洛伦兹力的方向向下.(时间：60分钟)题组一、洛伦兹力与左手定则1.在以下几幅图中，洛伦兹力的方向判断正确的是()答案B解析根据左手定则可判断A中的粒子所受洛伦兹力的方向竖直向下；B中粒子所受洛伦兹力的方向竖直向上；C中粒子的运动方向与磁场方向一致，不受洛伦兹力的作用；D中粒子所受洛伦兹力的方向垂直纸面向外.综上B正确，A、C、D错误.2.一正电荷垂直射入匀强磁场中，其速度v的方向和受到的洛伦兹力F的方向如图 244 所示，则磁场方向()图244A.与F方向相同 B.与F方向相反C.垂直纸面向外 D.垂直纸面向里答案D解析根据左手定则可判断磁场方向垂直纸面向里.3.三种不同粒子a、b、c从O点沿同一方向进入垂直纸面向里的匀强磁场中，它们的运动轨迹分别如图245所示.则()图245A.粒子a一定带负电B.粒子b一定带正电C.粒子c一定带负电D.粒子b一定带负电答案C解析根据左手定则可判定粒子a一定带正电，粒子c一定带负电，粒子b不带电，故C正确，A、B、D错误.4.如图246所示，匀强磁场水平向右，电子在磁场中沿竖直方向向上运动，该电子所受洛伦兹力的方向()图246A.水平向左 B.水平向右C.垂直纸面向里 D.垂直纸面向外答案D解析根据左手定则可以判定电子所受洛伦兹力的方向垂直纸面向外，故D正确，A、B、C错误.5.来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将()A.竖直向下沿直线射向地面B.相对于预定地点，稍向东偏转C.相对于预定地点，稍向西偏转D.相对于预定地点，稍向北偏转答案B解析地球表面地磁场方向由南向北，质子带正电.根据左手定则可判定，质子在赤道上空竖直下落过程中受到的洛伦兹力方向向东，故B正确.6.如图247所示，电子e向上射入匀强磁场中，此时该电子所受洛伦兹力的方向是()图247A.向左B.向右C.垂直于纸面向里D.垂直于纸面向外答案B解析根据左手定则可以判定电子所受洛伦兹力的方向向右，故B正确，A、C、D错误.题组二、洛伦兹力的综合应用7.如图248所示是一只阴极射线管，左侧不断有电子射出.若在管的正下方放一通电直导线AB，发现射线的径迹往下偏，则()图248A.导线中的电流由A流向B B.导线中的电流由B流向AC.若要使电子管的径迹往上偏，可以通过改变AB中电流的方向来实现D.电子束的径迹与AB中的电流方向无关答案BC解析因为AB中通有电流，所以阴极射线管中会有磁场.电子是因为在磁场中受到洛伦兹力的作用而发生偏转的.由左手定则可知，阴极射线管中的磁场方向垂直于纸面向里，又根据安培定则可知，AB中的电流方向应是由B流向A，B正确，A错误；当AB中的电流方向由A流向B，则AB上方的磁场方向变为垂直于纸面向外，电子所受洛伦兹力变为向上，电子束的径迹会变为向上偏转，由以上可见粒子的运动径迹与AB中的电流方向有关，C正确，D错误.8.三个相同带电小球1、2、3，在重力场中从同一高度由静止开始落下，其中小球1通过一附加的水平方向匀强电场，小球2通过一附加的水平方向匀强磁场，设三个小球落到同一高度时的动能分别为E1、E2和E3，不计空气阻力，则()A.E1E2E3 B.E1E2E3C.E1E2E3答案B解析对2、3小球只有重力做功，根据动能定理知，E2E3.对小球1，电场力和重力对它都做正功，故E1E2E3，B正确.9.如图249所示，一束电子流沿管的轴线进入螺线管，忽略重力，电子在管内的运动应该是()图249A.当从a端通入电流时，电子做匀加速直线运动B.当从b端通入电流时，电子做匀加速直线运动C.不管从哪端通入电流，电子都做匀速直线运动D.不管从哪端通入电流，电子都做匀速圆周运动答案C解析由于长通电螺线管中产生的磁场方向平行于螺