课件32张PPT。1.通电导线在磁场中会受到安培力作用，由于安培力的方向与电流的方向、磁场的方向之间存在着较复杂的空间方位关系，因此要有较强的空间想象力，并且善于把立体图画成平面图．将此类题目处理好要注意两点：
(1)分析安培力的方向应牢记安培力方向既跟磁感应强度方向垂直又跟电流方向垂直．
(2)画出导体受力的平面图．安培力与其他知识的综合应用
2．安培力与以前各章节知识均能综合到一起，其分析和求解问题的方法与力学问题的分析方法相同，只不过在受力分析时再加上安培力即可． 如图3－1所示，在与水平方向成60°角的光滑金属导轨间连一电源，在相距1 m的平行导轨上放一重为3 N的金属棒ab，棒上通过3 A的电流，磁场方向竖直向上，这时棒恰好静止，求：图3－1(1)匀强磁场的磁感应强度．
(2)ab棒对导轨的压力．
(3)若要使B取值最小，其方向应如何调整？并求出最小值．1.在原子反应堆中抽动液态金属等导电液时，由于不允许转动机械部分与这些流体相接触，常使用一种电磁泵，图3－2表示这种电磁泵的结构，将导管置于磁场中，当电流I穿过导电液时，这种导电液即被驱动．若导管的内横截面积为a·h，磁场区域的宽度为L，磁感应强度为B，导电液穿过磁场区域的电流为I，求驱动力所产生的压强．图3－21.带电粒子在电场、磁场或重力场并存的复合场中运动分类及处理方法
(1)若粒子所受的电场力、洛伦兹力和重力的合力为零，则粒子做匀速直线运动，根据受力平衡列方程求解．
(2)若粒子所受匀强电场的电场力和重力平衡，那么粒子在匀强磁场的洛伦兹力作用下有可能做匀速圆周运动．应用牛顿运动定律结合圆周运动规律求解．带电粒子在复合场中的运动问题
(3)若粒子所受的电场力、洛伦兹力和重力的合力方向与速度方向不在同一直线上，粒子做非匀变速曲线运动，在这种情况下，虽然粒子的轨迹不是简单的曲线，但由于洛伦兹力不做功，重力和电场力做的功只由初末位置的高度差和电势差决定，所以一般应用动能定理或能量守恒定律来解会比较方便． (双选)某空间存在水平方向的匀强电场(图中未画出)，带电小球沿如图3－3所示的直线斜向下由A点沿直线向B点运动，此空间同时存在由A指向B的匀强磁场，则下列说法正确的是( )
A．小球一定带正电
B．小球可能做匀速直线运动
C．带电小球一定做匀加速直线运动
D．运动过程中，小球的机械能增大图3－3
【解析】 由于小球重力方向竖直向下，空间存在磁场，且小球直线运动方向斜向下，与磁场方向相同，故不受磁场力作用，电场力必水平向右，但电场具体方向未知，故不能判断带电小球的电性，选项A错误；重力和电场力的合力不为零，故不是匀速直线运动，所以选项B错误；因为重力与电场力的合力方向与运动方向相同，故小球一定做匀加速直线运动，选项C正确；运动过程中由于电场力做正功，故机械能增加，选项D正确．
【答案】 CD2．(2013·深圳高级中学检测)如图3－4竖直狭长区域内(边界为L1、L2)，存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场(如图3－5所示)，电场强度的大小为E0，E>0表示电场方向竖直向上．t＝0时，一带正电荷、质量为m的微粒从左边界上的N1点以水平速度v射入该区域，沿直线运动到Q点后，做一次完整的圆周运动，再沿直线运动到右边界上的N2点，Q为线段N1N2的中点，重力加速度为g.上述d、E0、m、v、g为已知量．(1)求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小．
(2)求电场变化的周期T.
(3)改变宽度d，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域，求T的最小值．图3－4 图3－5带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，由于某些条件不确定，使问题出现多解．
1．带电粒子电性不确定形成多解
带电粒子由于电性不确定，在初速度相同的条件下，正、负带电粒子在磁场中运动轨迹不同．
2．磁场方向不确定形成多解
对于某一带电粒子在磁场中运动，若只知道磁感应强度的大小，而不能确定方向，带电粒子的运动轨迹也会不同．洛伦兹力作用下形成多解类的问题
3．临界状态不唯一形成多解
带电粒子在洛伦兹力作用下飞入有界磁场时，由于粒子运动轨迹呈圆弧状，因此，它可能穿过去了，也可能转过大于180°的角度从入射界面这边反向飞出，于是形成了多解．
4．运动的重复性形成多解
带电粒子在部分是电场，部分是磁场的空间运动时，往往运动具有往复性，因而形成多解． (2013·中山一中检测)一质量为m，电荷量为q的带负电粒子，从A点射入宽度为d、磁感应强度为B的匀强磁场中，MN、PQ为该磁场的边界线，磁感线垂直于纸面向里，如图3－6所示．带电粒子射入时的初速度与PQ成45°角，且粒子恰好没有从MN射出．(不计粒子所受重力)
(1)求该带电粒子的初速度v0；
(2)求该带电粒子从PQ边界射出的射出点到A点的距离x. 图3－63.如图3－7所示，在NOQ范围内有垂直于纸面向里的匀强磁场Ⅰ，在MOQ范围内有垂直于纸面向外的匀强磁场Ⅱ，M、O、N在一条直线上，∠MOQ＝60°，这两个区域磁场的磁感应强度大小均为B.离子源中的离子带电荷量为＋q，质量为m，通过小孔O1进入两板间电压为U的加速电场区域(可认为初速度为零)，离子经电场加速后由小孔O2射出，再从O点进入磁场区域Ⅰ，此时速度方向沿纸面垂直于磁场边界MN，不计离子的重力．(1)若加速电场两板间电压U＝U0，求离子进入磁场后做圆周运动的半径R0.
(2)在OQ上有一点P，P点到O点距离为L，若离子能通过P点，求加速电压U和从O点到P点的运动时间．图3－7本小节结束
请按ESC键返回课件65张PPT。教师用书独具演示●课标要求
1．知道磁场、磁极、磁感线的概念．
2．知道磁场的产生、安培的分子电流假说．
3．理解安培定则．第一节 我们周围的磁现象第二节 认识磁场
●课标解读
1．理解安培定则．
2．理解磁感线的意义，记住其特点．
3．掌握常见磁场磁感线分布．
●教学地位
本节知识在高中尽管很少直接命题，但它是物理的最基础的知识是以后学习的基础．●新课导入建议
我国是世界上最早发展磁现象的国家，早在战国末年就有磁铁的记载，我国古代的四大发明之一的指南针为世界的航海业做出了巨大贡献．近代人们对磁场和磁现象的研究，对科学发展、对人类的生活方式的改变以及文明进步都产生了难以估量的巨大贡献．
磁是怎样产生的？应该怎样描述磁场？带着这些问题我们开始今天的学习．●教学流程设计课前预习安排：
1．看教材
2．填写【课前自主导学】 步骤1：导入新课，本节教学地位分析 步骤2：老师提问，检查预习效果(可提问学生) 步骤3：师生互动完成“探究1”方式(教师提出问题、学生思考交流) 步骤4：教师讲解例题总结规律 步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评 步骤6：师生互动完成“探究2”方式同上步骤7：完成“探究3”重在讲错因 步骤8：让学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况 演示结束步骤9：学生自己总结本节的主要知识，教师点评，布置课下完成【课后知能检测】 1.基本知识
(1)地磁场：地球由于本身具有______而在其周围形成的磁场叫地磁场．地球磁体的N极位于地理__________，地球磁体的S极位于地理__________．地磁场及磁性材料 磁性南极附近北极附近(2)磁性材料
①定义：磁性材料是指磁化后磁性______的物质，也叫________物质．
②很强铁磁性2．思考判断
(1)地球的地磁两极和地理两极重合．(×)
(2)指南针指南的一极是指南针的北极．(×)
(3)银行信用卡是磁性材料的一种应用．(√)3．探究交流
指南针是我国古代四大发明之一，它对促进人类航海事业的发展产生了巨大的影响，但在古代指南针指南曾是一个不解之谜．现在你知道指南针为什么指南吗？
图3－1－1
【提示】 地球磁场方向由南指向北，水平放置的小磁针在地磁场作用下静止时，北极(N极)总是指向北，南极(S极)总是指向南.1.基本知识
(1)磁场的来源：_____、__________的周围都存在磁场．
(2)磁体与______之间，磁体与__________之间，通电导体与通电导体之间的相互作用，都是通过______发生作用的．磁场是物质存在的一种特殊形式．
(3)磁场的基本性质：对放入其中的______或_____产生力的作用．认识磁场 磁体通电导体磁体通电导体磁场磁体电流
2．思考判断
(1)奥斯特实验发现了电流的周围存在磁场．(√)
(2)磁场看不见，摸不着，实际不存在．(×)
(3)磁场的方向就是小磁针北极受力方向．(√)
3．探究交流
电荷的周围存在电场，磁体的周围存在磁场，电场能对电荷产生作用，磁体间的相互作用也是通过磁场发生的．电荷与磁体有什么相似之处？有什么不同之处？
【提示】 相似之处：(1)电荷有两种(正电荷和负电荷)，磁体有两极(N极和S极)；(2)电荷间存在相互作用(同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引)，磁极间也存在相互作用(同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引)；(3)电荷间的相互作用是通过场(电场)发生的，磁极间的相互作用也是通过场(磁场)发生的．不同之处：(1)正负电荷可以单独存在，N、S磁极必须同时存在，只有N极或只有S极的磁体是不存在的；(2)带电体所带电荷只能是元电荷的整数倍，磁体则无这种限制.1.基础知识
(1)磁感线
①定义：在磁场中画出一些有方向的曲线，在这些曲线上每一点的__________都跟这点的磁场方向一致．
②特点：磁感线的疏密程度表示__________，磁场强的地方磁感线密，磁场弱的地方磁感线疏．磁场的描述 切线方向磁场强弱(2)电流的磁场和安培定则
通电直导线周围的磁场、环形电流的磁场和通电螺线管的磁场，磁感线的方向都可以用__________判定：
①直线电流的磁场：_____握住导线，让___________所指的方向与电流方向一致，____________所指的方向就是_______的环绕方向．
②环形电流和通电螺线管的磁场：让______弯曲的四指与______的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形电流________的磁感线的方向或螺线管______磁感线的方向．安培定则右手伸直的拇指弯曲的四指磁感线右手电流轴线上内部
2．思考判断
(1)磁感线是闭合的曲线．(√)
(2)磁感线是为描述磁场而虚拟的，实际不存在．(√)
(3)磁感线不同于电场线，而磁感线可以相交．(×)3．探究交流
应用安培定则判断通电直导线和通电螺线管的磁场时都要用右手握住他们，都是弯曲四指而伸直大拇指，并且伸直的大拇指和弯曲的四指都表示某种方向．
在用安培定则判断通电直导线和通电螺线管的磁场时大拇指和四指的指向所代表的意义相同吗？
【提示】 不相同．在判定通电直导线周围的磁感线的方向时，大拇指指向电流的方向，四指的指向代表磁感线的方向．在判定通电螺线管内部的磁感线的方向时，四指指向电流的环绕方向，大拇指指向代表螺线管内部磁感线的方向.1.基础知识
(1)分子电流假说：任何物质的分子中都存在_________——分子电流，分子电流使每个物质分子都成为一个微小的磁体．
(2)安培的假设能很好的解释______和_____．
(3)磁现象的本质：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是____________产生的．安培分子电流假说 环形电流磁化退磁电荷的运动
2．思考判断
(1)安培的假说很好的解释了磁化和退磁．(√)
(2)静止的电荷周围既存在的电场，又存在磁场．(×)
(3)有磁必有电，有电必有磁．(×)
3．探究交流
根据安培分子电流的假说，你认为磁现象的本质是什么？
【提示】 磁现象都是运动的电荷产生的. 【问题导思】
1．磁场看不见摸不着，是否存在？
2．磁场的基本性质是什么？
3．磁场的存在形式是什么？对磁场的认识 1．磁场的客观性
磁场是磁体和电流周围存在的一种特殊物质，它虽然看不见、摸不着，但它能够对放入其中的磁极、电流产生力的作用，它是客观存在的．
2．磁场的存在形式
磁场和常见的由分子、原子组成的物质不同，不是以微粒的形式存在，而是以场的形式存在．
3．磁场的基本性质
磁极与磁极之间，磁极与电流之间，电流与电流之间都是通过磁场相互作用的．1．磁体在磁场中一定受力的作用，而电流在磁场中不一定受力．
2．通电导体的周围存在磁场，运动电荷周围既有电场也有磁场，但静止的电荷周围只存在电场而不存在磁场． (双选)关于磁场和电场，下列说法中正确的是( )
A．磁场和电场一样，是同一种物质
B．磁场的最基本特性是对处在磁场中的磁极或电流有磁场力的作用
C．磁体与通电导体之间的相互作用是通过磁场进行的
D．电流与电流之间的相互作用是通过电场进行的
【审题指导】 (1)磁场与电场虽然都是场，但性质不同．
(2)磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流的作用是通过磁场实现的．
【解析】 磁场与电场的基本性质不同、产生的原因不同，因此不是同一种物质．故A错误．磁场的基本特性是对放入其中的磁极或电流有力的作用，B正确．磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间都是通过磁场相互作用的，C正确D错误．
【答案】 BC1．磁场的基本性质是( )
A．能使小磁针发生偏转
B．能够吸引铁、钴、镍等物质
C．能够产生磁感线
D．能对放在其中的磁体产生力的作用
【解析】 磁场的基本性质是能对放在其中的磁体或电流产生力的作用，选项D正确．
【答案】 D【问题导思】
1．磁感线在磁场中真的存在吗？
2．磁感线有何特点？与电场线相同吗？
3．磁感线有何意义？磁感线
1．磁感线的特点
(1)磁感线是为描述磁场，而假想的曲线，实际不存在．
(2)磁感线是闭合的曲线．
(3)磁感线的疏密表示磁场的强弱．
(4)磁感线上任一点的切线方向为该点磁场方向．
(5)磁感线不相交、不中断．2．磁感线与电场线的比较3.常见磁场的磁感线分布
(1)常见永磁体的磁场(如图3－1－2)
图3－1－2(2)三种常用的电流的磁场1．在没有画磁感线的地方，并不表示没有磁场存在
2．若多个磁体或电流的磁场在空间某区域叠加，磁感线描述的是叠加后的磁场的磁感线分布情况，不能认为该区域有多条磁感线相交． 如图3－1－3所示，环形导线周围有三只小磁针a、b、c，闭合开关S后，三只小磁针N极的偏转方向是( )
A．全向里
B．全向外
C．a向里，b、c向外
D．a、c向外，b向里
【审题指导】
解答该题可按以下程序图3－1－3
【解析】 开关闭合后，环形电流中存在顺时针方向的电流，根据安培定则可判知：环内磁场方向垂直于纸面向里，环外磁场方向垂直于纸面向外．磁场的方向就是小磁针静止时N极的指向，所以小磁针b向里偏转，小磁针a、c向外偏转．
【答案】 D小磁针在磁场中受力的判断方法
1．当小磁针处于磁体产生的磁场，或环形电流、通电螺线管外部时，可根据同名磁极相斥，异名磁极相吸来判断小磁针的受力方向．
2．当小磁针处于直线电流的磁场中，或处于环形电流、通电螺线管内部时，应该根据小磁针N极所指方向与通过该点的磁感线的切线方向相同，来判断小磁针的受力方向．2．如图3－1－4所示，水平直导线ab通有向右的电流I后，置于导线正下方原来静止的小磁针的S极将( )
图3－1－4
A．向纸外偏转 B．向纸内偏转
C．在纸面内顺时针转过90° D．不动
【解析】 据安培定则可以确定，通电直导线在其下方产生垂直纸面向里的磁场，在磁场力的作用下，小磁针N极向里、S极向外偏转，A项正确．
【答案】 A 直线电流周围的磁场，其磁感线分布和方向用下列哪个图来表示最合适( )易错案例警示——不能正确熟练 使用安培定则导致的错误【正确解答】 由安培安则可判断A、C错误．直线电流周围的磁感线的分布，由近及远，逐渐由密变疏，而不是等距的同心圆，B错误，D正确．
【答案】 D
【易错分析】 易错选项及错误原因分析如下：【备课资源】(教师用书独具)
1．如图教3－1－1所示，a、b、c三根铁棒中有一根没有磁性，则这一根可能是( )
教图3－1－1
A．a D．b
C．c D．都有可能
【解析】 若两物体间产生磁的相互作用，且为斥力，则两物体均有磁性，即两物体均为磁体．由图可知b、c排斥，b、c一定为磁体，故可判断a没有磁性．
【答案】 A
2．安培的分子环流假说能解释一些磁现象，下列说法正确的是( )
A．铁磁性材料磁化后，内部各分子电流的取向是杂乱无章的
B．软磁性材料磁化后，内部分子电流的取向容易变得杂乱无章
C．硬磁性材料磁化后，内部分子电流的取向容易变得杂乱无章
D．安培的分子电流假说不能解释磁化现象
【解析】 根据安培的分子电流假说，铁磁性材料磁化后的磁性很强，是因为内部各分子电流的取向趋于一致，A错误．软磁性材料磁化后磁性弱，容易失去磁性，内部分子电流的取向容易变得杂乱无章，B正确．硬磁性材料磁化后剩磁强是由于分子电流的取向不易变得杂乱，C错误．安培的分子电流假说可以解释磁化、去磁等现象，D错误．
【答案】 B医疗与磁
科学研究表明，许多生物本身会产生磁场，这种磁场称为生物磁场．生物磁场的来源有两方面：一方面是生物体内有电子和离子的运动，这些带电粒子的定向运动会形成生物电流，而电流就会产生生物磁场．例如，心脏跳动会产生心磁场，脑神经活动会产生脑磁场，肌肉活动会产生肌磁场，甚至睁眼、闭眼和眼球活动也会产生磁场．另一方面是生物体内的强磁物质(例如Fe3O4颗粒)在受外磁场作用后产生的剩磁，这种剩磁也会产生磁场．例如，一些铁矿场的钢铁工人因吸收较多的氧化铁粉尘，就会在肺部沉积产生剩磁和较强的肺磁场．
生物磁场非常微弱，比地面附近的地磁场低，但由于磁测量技术的发展，这些微弱的生物磁场也能够测量出来，这对于研究生物的生命活动很有意义．生物体发生病变后，与正常生物体不一样，产生的磁场会有所变化．这些十分微小的变化可以用于病理研究和疾病诊断．现在，人们可以用心磁图、脑磁图等人体磁图进行相关部分的病情诊断. 1．铁棒A能吸引小磁针，铁棒B能排斥小磁针，若将铁棒A靠近铁棒B，则( )
A．A、B一定互相吸引
B．A、B一定互相排斥
C．A、B之间有可能无磁场力作用
D．A、B可能互相吸引，也可能互相排斥
【解析】 小磁针本身有磁性，能够吸引没有磁性的铁棒，故铁棒A可能有磁性，也可能没有磁性，铁棒B能排斥小磁针，说明铁棒B一定有磁性，若A无磁性，当A靠近B时，在B的磁场作用下也会被磁化而发生相互的吸引作用．若A有磁性，则A、B两磁体都分别有北极和南极，当它们的同名磁极互相靠近时，互相排斥；当异名磁极互相靠近时，互相吸引．
【答案】 D2．关于地磁场，下列说法中正确的是( )
A．地磁两极跟地理两极完全重合
B．世界上第一个论述磁偏角的科学家是我国的张衡
C．地球的地磁北极与地理南极重合
D．地球的地磁北极在地理南极附近
【解析】 地磁场的两极与地理两极并不重合，而且地磁场的两极在缓慢移动，A错．地球的地磁北极在地理南极附近，而不是重合，D对C错．我国的沈括是世界上第一个论述磁偏角的人．B错．
【答案】 D3．(2012·汕头金山中学高二检测)M1与M2为两根未被磁化的铁棒，现将它们分别放置于如图3－1－5所示的位置，则被通电螺线管产生的磁场磁化后( )
A．M1的左端为N极，M2的右端为N极
B．M1和M2的右端均为N极
C．M1的右端为N极，M2的左端为N极
D．M1和M2的左端均为N极图3－1－5
【解析】 通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场很类似，要注意在磁体内部的磁感线的分布应该是从S极指向N极的．
【答案】 A4．根据安培分子电流假说的思想，认为磁场是由于电荷运动产生的，这种思想如果对地磁场也通用，而目前在地球上并没有发现相对地球定向移动的电荷．那么由此判断地球应该( )
A．带负电 B．带正电
C．不带电 D．无法确定
【解析】 根据地球磁场的N极在地球的南极附近，由安培定则，大拇指指向地球南极，四指的指向应为电流的方向，四指的指向与地球自转方向相反，故应带负电．
【答案】 A5.在如图3－1－6所示的装置中，有两个薄铁片(舌簧片)ab和cd，它们的外端固定在一块木板上，里端相互交叠但相隔一段很小的距离，舌簧片连接在一个有灯泡的电路中．如果拿一根条形磁铁平行地靠近舌簧片，小灯泡就亮起来．如果让磁铁在上面的水平面内转动，小灯泡就一闪一闪地发光．为什么？图3－1－6【解析】 当条形磁铁平行地靠近舌簧片，两个舌簧片都被磁化，而且b、c两端是异名磁极，相互吸引而接触，使电路接通，小灯泡就亮起来．如果让磁铁在上面的水平面内转动，当磁铁转到与舌簧片平行时，两舌簧片由于被磁化而相互吸引，电路接通，小灯泡发光；当磁铁转到与舌簧片垂直时，两舌簧片退磁而相互分开，电路断开，小灯泡熄灭．若磁铁不停地转动，则两舌簧片时而被磁化，时而退磁，b、c两端时而相互吸引接触，时而分开，电路时通时断，小灯泡就一闪一闪地发光．
【答案】 见解析课后知能检测本小节结束
请按ESC键返回课件76张PPT。教师用书独具演示●课标要求
1．知道安培力、磁感应强度、磁通量概念．
2．知道用左手定则判断安培力方向．
3．理解磁感应强度、磁通量．第三节 探究安培力
●课标解读
1．理解左手定测．用左手定则判安培力方向．
2．理解磁感应强度的意义，计算安培力大小．
3．理解磁通量，知道磁通量意义．
●教学地位
本节内容是磁学中的重要内容，它在现实生活中有实际意义，高考也常有命题，是高考的热点．●新课导入建议
播放视频：电磁炮的发射．
演示实验：模拟电磁炮相同原理小实验．
提出问题：金属棒为什么会移动？
要回答这个问题，还得请同学们回忆一下奥斯特实验的发现——电流周围存在着磁场，磁场对磁体发生作用，即电流对磁体有力的作用，再让我们逆向思索，磁体对电流有无力的作用呢？即磁体通过其磁场对电流有无力的作用呢？
现在就让我们一起沿着这一逆向思索所形成的猜想，设计实验，进行探索性的研究．●教学流程设计课前预习安排：
1．看教材
2．填写【课前自主导学】 步骤1：导入新课，本节教学地位分析 步骤2：老师提问，检查预习效果 步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式(演示：学生讨论) 步骤4：教师讲解例题总结比值意义法的意义 步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评 步骤6：师生互动完成“探究1”方式(再补充一例题拓展思路) 步骤7：让学生完成【迁移应用】检查并点评 步骤8：师生互动方式“探究3”方式同上 步骤9：完成“探究4”重在总结方法技巧 步骤10：学生完成【当堂双基达标】，验证学习效果 演示结束步骤11：学生总结本节知识，老师点评布置课下完成【课后知能检测】 1.基本知识
(1)安培力：磁场对______的作用力．安培力的及其方向 电流(2)安培力方向的判断
①安培力的方向可用______定则判断．
②左手定则：伸开______，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内．把手放入磁场中，让磁感线_____穿入手心，并使伸开的四指指向______的方向，那么，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受_______的方向．(如图3－3－1)图3－3－1左手左手垂直电流安培力
2．思考判断
(1)安培力的方向一定与电流方向、磁场方向均垂直．(√)
(2)左手定则中安培力方向、电流方向、磁场方向三者两两垂直．(×)
(3)安培力是磁场对运动电荷的作用力．(×)3．探究交流
磁场的基本特性是对放在磁场中的磁极或电流有力的作用，安培力的方向满足左手定则．在应用左手定则时要伸开左手，让拇指与其余四指垂直，让磁感线垂直穿过手心．四指指向电流方向，拇指就指向安培力的方向．那么电流方向、磁感应强度方向、安培力方向三者是否共面？磁感应强度的方向与安培力方向共线吗？
【提示】 由左手定则可知安培力的方向垂直于电流方向，也垂直于磁感应强度的方向，亦即垂直于电流方向和磁感应强度方向所决定的面，显然三者不共面，磁感应强度方向与安培力方向不同方向，也不相反，也就是说两者不共线.1.基本知识
(1)安培力大小的因素
通电导线在同一磁场中受到的安培力大小与_______的乘积成正比，表达式为F＝BIL.
(2)磁感应强度
①定义：当通电导线与磁场方向______时，通电导线所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的______．
②公式：B＝____.安培力的大小及磁感应强度 I和L垂直比值③单位：_______，简称___，符号__.
④方向：某处的磁感应强度方向为该处的__________．
⑤与磁感线的关系
磁感应强度和磁感线是一致的，磁感线上每一点的切线方向与该点磁感应强度方向一致，磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，这样就可从磁感线的分布情况形象地看出磁感应强度的方向和大小．
(3)匀强磁场
磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫做匀强磁场．特斯拉特T磁场方向
2．思考判断
(1)匀强磁场是磁感应强度大小和方向处处相同的磁场．(√)
(2)匀强磁场中磁感线是互相平行的直线．(√)
(3)无论何种情况，电流受的安培力大小均为F＝BIL.(×)
(4)当电流与磁场平行时，电流不受安培力．(√)
3．探究交流
若通电导线在某处所受安培力为零，该处磁感应强度一定为零吗？
【提示】 不一定．安培力的大小不仅与电流大小和磁感应强度大小有关，还与B、I之间的夹角有关．当导线与磁场方向平行时，即使B、I都不为零，安培力仍等于零.1.基本知识
(1)概念
①定义：在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面S，则____________与面积S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量．
②公式：Φ＝____.
③单位：韦伯，简称韦，符号Wb.1 Wb＝1 T·m2.
(2)意义：磁通量的多少表示穿过这一面积的磁感线_______．磁通量与磁通密度 磁感应强度BBS条数(3)磁通密度：由Φ＝BS知B＝ .磁感应强度在数值上等于穿过垂直于磁感应强度的_________上的_______．单位面积磁通量
2．思考判断
(1)磁感应强度等于垂直穿过单位面积的磁通量．(√)
(2)磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量．(×)
(3)将一平面置于匀强场中的任何位置，穿过该平面的磁通量总相等．(×)3．探究交流
我们学过的很多物理量有正负，有的正负表示大小，例如势能的正负；有的正负表示方向，例如位移、力等的正负；有的既不表示大小也不表示方向，例如功．我们现在学习的磁通量也有正负，其正负表示大小还是表示方向，还是既不表示大小也不表示方向？
【提示】 磁通量只有大小，没有方向，是标量．其正负既不表示大小，也不表示方向，它表示磁通量从某一平面穿入还是穿出，若规定穿入为正，则穿出为负，反之亦成立. 【问题导思】
1．通电导体不受安培力作用，此处磁场一定是零吗？
2．磁感应强度与哪些因素有关？
3．磁感应强度与电场强度有何区别？磁感应强度 2．磁感应强度B的大小只决定于磁场本身的性质，与F、I、L无关．
3．磁感应强度的方向是磁场中小磁针静止时N极所指的方向，其大小根据电流元受力来计算．通电导线受力的方向不是磁感应强度的方向，二者互相垂直．
4．磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短，IL称为“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”．
5．我们要找的是磁场中某一点磁感应强度的大小，因此要把电流元放入磁场中某一点，这就要求电流元要足够短．6．磁感应强度B与电场强度E的比较【审题指导】 (1)磁感应强度由磁场本身决定．
(2)B的定义式用于任何磁场．【答案】 BD比值定义法是物理学中常用的方法，用这种方法定义的物理量的公式适用于任何情况，但该物理量大小并非由公式中对应的量决定．【答案】 CD【问题导思】
1．通电导线在磁场中一定受安培力吗？
2．弯曲导线在磁场中受到的安培力如何计算？
3．F＝ILBsinθ在非匀强磁场中是否适用？安培力的大小 1．对公式F＝ILB的理解
(1)适用条件：直线电流I垂直于磁感应强度B时，方有F＝ILB
(2)公式中的L指的是导线的“有效长度”，在B⊥I的前提下，弯曲导线的有效长度等于连接两端点直线的长度，如图3－3－2.图3－3－22．若磁场和电流成θ角时，如图3－3－3所示．
图3－3－3
可以将磁感应强度B正交分解成B⊥＝Bsin θ和B∥＝Bcos θ，而B∥对电流没有作用．
F＝B⊥IL＝BILsin θ，即F＝BILsin θ. (2012·中山一中高二检测)如图3－3－4，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力为( )图3－3－4【审题指导】 应用F＝BIL求安培力，其中I⊥B，L应为导线的有效长度．【答案】 A计算非直导线在磁场中所受安培力的方法
1．可以先分段运用F＝ILBsinθ求解每段导线所受安培力的大小，然后求合力．
2．还可以先确定有效长度，匀强磁场中，弯曲导线的有效长度等于连接两端点的直线的长度．然后代入公式F＝ILBsinθ计算．2．例2中，若磁场方向竖直向下，则导线段abcd受到的磁场力为多大，方向如何？【问题导思】
1．公式Φ＝BS的应用条件是什么？
2．磁通量是标量，其正负有何含义？
3．如何求合磁通？
4．磁通量与磁感线有何关系？磁通量 1．公式、条件、正负及变化
2．与磁感线条数的关系
磁通量是指穿过某个面的磁感线的“净条数”，当有不同方向的磁场同时穿过同一面积时，磁通量指的是合磁场的磁感线穿过该面积的条数，即此时的磁通量为合磁通量．1．在匀强磁场中，磁通量Φ＝BS，S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积．
2．当平面转过180°时，磁通量的变化量ΔΦ＝|Φ1－Φ2|＝2BS. 如图3－3－5所示，线圈平面与水平方向夹角θ＝60°，磁感线竖直向下，线圈平面面积S＝0.4 m2，匀强磁场磁感应强度B＝0.6 T，则穿过线圈的磁通量Φ为多少？把线圈以cd为轴顺时针转过120°角，则通过线圈磁通量的变化量为多少？图3－3－5
【审题指导】 解答该题可按以下思路．
(1)确定垂直于B的面积．
(2)用Φ＝BS求磁通量．
(3)磁通量变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1.【答案】 0.36 Wb3.如图3－3－6所示，S1与S2分别是半径为r1和r2的同心导体圆环，磁感应强度为B的匀强磁场的方向与环面垂直，范围以S1为边界，则穿过环S1的磁通量为________，穿过环S2的磁通量为________．图3－3－6 如图3－3－7所示，两光滑的平行金属轨道与水平面成θ角，两轨道间距为L，一金属棒垂直两轨道水平放置．金属棒质量为m，电阻为R，轨道上端的电源电动势为ε，内阻为r.为使金属棒能静止在轨道上，可加一方向竖直向上的匀强磁场，则该磁场的磁感应强度B应是多大？综合解题方略——安培力综合分析 图3－3－7
【审题指导】 (1)由立体图画出截面图；
(2)受力分析．
(3)由平衡条件结合欧姆定律列式求解．【规范解答】 导体棒受力分析如图所示：
则FN＝mg/cosθ①
I＝ε/(R＋r)②
F安＝BIL③
F安＝mgtanθ④
由②③④解得：
B＝mg(R＋r)tanθ/εL
【答案】 mg(R＋r)tanθ/εL安培力是通电导体受的磁场力，从力学角度分析，对通电导体仍可借助牛顿定律，功能关系等力学规律分析．【备课资源】(教师用书独具)
1.如图教3－3－1所示，长度为10 cm的一段直导线AB，与磁场方向垂直地放置在磁感应强度B＝3×10－2T的匀强磁场中，今在导线中通以10 A的电流，方向自B向A，导线以固定点O为转动轴(设OA＝3OB)，由图中位置按顺时针方向转过60°时，求：图教3－3－1(1)导线受到的磁场力的大小和方向．
(2)如果在AB的竖直面上，OA从图中位置以O点为转动轴，由纸面向外转30°角时，情况又如何？
【解析】 (1)F＝BILsinθ＝3×10－2×10×0.1×sin30°N＝3×10－2×10×0.1×0.5 N＝1.5×10－2 N，它作用在导线上，方向垂直于纸面向外．
(2)F＝BILsinθ＝3×10－2×10×0.1×sin90° N＝3×10－2N，力的方向与导线垂直，且与原OA方向成120°角，指向纸外．
【答案】 见解析2.如图教3－3－2所示，可以自由移动的直导线放在蹄形磁铁的正上方，当导线通以图示方向电流I时，导线将(从上往下看)( )
A．顺时针转动，同时下降
B．顺时针转动，同时上升
C．逆时针转动，同时下降
D．逆时针转动，同时上升图教3－3－2
【解析】 特殊位置法：作出通电瞬间直导线所在处的磁场分布如图甲所示，由左手定则得N极正上方导线受到的安培力垂直纸面向外，S极正上方导线受到的安培力垂直纸面向里，可见从上往下看，导线在两安培力作用下按逆时针转动．当转动到导线与纸面垂直时，如图乙所示，导线受到的安培力方向竖直向下，导线继续向下运动，故导线在安培力作用下逆时针转动(从上往下看)，同时下降．【答案】 C1．关于安培力、磁感应强度的说法，正确的是( )
A．通电导体不受磁场力作用的地方一定没有磁场
B．将I、L相同的通电导体放在同一匀强磁场的不同位置，受安培力一定相同
C．磁感线指向磁感应强度减小的方向
D．以上说法都不正确
【解析】 由F＝BILsinθ，当I∥B时，F＝0，此时通电导线不受磁场力，但导线处有磁场，故A错；如果I、L相同，放在同一匀强磁场中因放置角度不同，安培力也可能不同，故B不对；在匀强磁场中沿磁感线方向磁感应强度不变，故C错，正确答案为D.
【答案】 D
2．关于通电直导线所受安培力F、磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系，下列说法正确的是( )
A．F、B、I三者必保持垂直
B．F必定垂直于B、I，但B不一定垂直于I
C．B必定垂直于F、I，但F不一定垂直于I
D．I必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B
【解析】 左手定则是判断安培力的方向、电流方向、磁场方向的一种方法，要正确理解左手定则的内容．
由左手定则知，安培力的方向总是既垂直于磁场方向又垂直于电流方向(即安培力垂直于磁场方向和电流方向所确定的平面)，但磁场方向不一定总垂直于电流方向．答案为B.
【答案】 B3．(双选)下列等式中正确的是( )
A．1 T＝1 Wb/m2 B．1 T＝1 kg/A·s2
C．1 T＝1 kg·m2/A·s2 D．1 T＝1 N/A·m
【答案】 AB 4．(2012·佛山一中高二检测)如图3－3－8所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒，导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是( )图3－3－8【答案】 A
5．面积S＝0.5 m2的闭合金属圆环处于磁感应强度B＝0.4 T的匀强磁场中，当磁场与环面垂直时，穿过环面的磁通量是________；当金属圆环转过90°，环面与磁场平行时，穿过环面的磁通量是________．
【解析】 根据公式Φ＝B·S＝0.4×0.5 Wb＝0.2 Wb；当金属环面与磁场平行时，没有磁感线穿过，故Φ＝0.
注意：Φ＝B·S中的S指的是与B垂直的面积．
【答案】 0.2 Wb 0课后知能检测本小节结束
请按ESC键返回课件55张PPT。教师用书独具演示●课标要求
1．知道直流电动机的主要构造及原理．
2．知道磁电式电流表的主要构造及原理．第四节 安培力的应用
●课标解读
1．理解直流电动机的工作原理．
2．理解磁电式电流的工作原理．
●教学地位
本节是安培力在实际中的应用，在高考中很少单独命题，但本节知识对现实生活有重要意义．●新课导入建议
电动机和我们的生活息息相关，在我们的家庭中使用的电风扇、空调机、吹风机中都有电动机，在工农业生产和科学研究当中也经常用到电动机，那么电动机为什么在通电之后就会转动起来呢？通过本节的学习就会明白其中的原理．●教学流程设计课前预习安排：
1．看教材
2．填写【课前自主导学】(同学可观察实物) 步骤1：导入新课，分析本节教学地位分析 步骤2：老师提问，检查预习的效果 步骤3：师生互动完成“探究1互动方式(可借助电动机模型) 步骤4：教师讲解例题总结规律 步骤5：完成【迁移应用】，检查完成情况且点评 步骤6：师生互动完成“探究2”方式同上 步骤7：完成“探究3”重在总结规律方法 步骤8：让学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况 演示结束步骤9：学生总结本节主要知识，点评布置课下完成【课后知能检测】 1.基础知识
(1)分类：电动机有_______电动机和交流电动机，交流电动机又分为_______和三相电动机．直流电动机 直流单相(2)原理：如图3－4－1所示当电流通过线圈时，右边线框受到的安培力方向______，左边线框受到_____的安培力，在安培力作用下线框转动起来．图3－4－1向下向上2．思考判断
(1)电动机是利用安培力使线圈转动的．(√)
(2)电动机工作时，将其他形式的能转化为电能．(×)
(3)电动机的转速可通过改变输入电压调节．(√)
3．探究交流
假如直流电动机通电前，线圈刚好与磁场垂直，即位于教材P85图3－4－2中的(b)、(d)两图所示的位置，通电后，电动机能否正常工作？
【提示】 不能．假如线圈处于这两个位置，通电后线圈各边所受的力都在线圈平面内，不能使线圈转动.1.基本知识
(1)装置，磁电式电流表是在强蹄形磁铁的两极间有一个固定的____________，铁芯外面套一个可以转动的_____，在铝框上绕有线圈．铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针．线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流通过两个弹簧流入线圈．磁电式电流表 圆柱形铁芯铝框(2)原理：如图3－4－2所示，当电流通过线圈时，线圈上跟铁芯轴线平行的两边受到________产生力矩，使线圈发生转动．同时由于螺旋弹簧被扭转，产生一个阻碍线圈转动的力矩，最终达到平衡．线圈转动的角度由指针显示出来，根据电流与______关系，可以得出电流的______．图3－4－2安培力偏角强弱2．思考判断
(1)磁电式电表只能测定电流的大小不能确定被测电流的方向．(×)
(2)磁电式电表线圈受到的安培力始终与线圈平面垂直．(√)
3．探究交流
磁电式电流表表盘的刻度为什么是均匀的？
【提示】 因为磁电式电表，两极间装有极靴，极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，所以表盘的刻度是均匀的．【问题导思】
1．直流电动机是如何实现向一方向转动的？
2．直流电动机的线圈转至不同位置，安培力的方向如何？直流电动机 结构及原理分析：如图3－4－3所示．
a．受力使线圈转动 b．无电流不受力c．受力使线圈转动 d．无电流不受力
图3－4－3
(1)当线圈由位置d经位置a运动到位置b时，图中左边受力方向向上，右边受力方向向下，使线圈顺时针转动；当线圈在位置b时不受力，由于惯性继续转动；
(2)当线圈由位置b经位置c运动到位置d时，由于电流换向，图中左边受力方向向上，右边受力方向向下，使线圈继续顺时针转动；当线圈在位置d时不受力，由于惯性继续转动；然后，线圈重复以上过程转动下去． (双选)关于直流电动机，下列说法正确的是( )
A．直流电动机的工作原理是磁场对电流的作用
B．直流电动机正常工作时将电能转化为磁场能
C．直流电动机的换向器是两个彼此绝缘的半铜环组成的
D．电源的正负极和磁场的方向都改变，直流电动机的转动方向也改变
【审题指导】 了解电动机的构造原理是解决本题的关键．
【解析】 直流电动机是因为受安培力而转动故A正确；其正常工作时要消耗电能输出机械能故B错误；为了保证直流电动机中的线圈在一周之内的转动过程中，线圈中的电流正好换向，必须有一个改变电流方向的装置——换向器，它必须由两部分组成且彼此绝缘，能随线圈一起转动，C正确；直流电动机的转动方向由电流方向和磁场方向共同决定，因此如果两方向同时改变其转动方向不变，D错．
【答案】 AC1．(双选)要使一台直流电动机的转速增大一些，下面哪些方法可行( )
A．减小线圈的面积
B．增加线圈的匝数
C．将磁极对调
D．加大磁场的磁感应强度
【解析】 电动机的转速与所受安培力的力矩大小有关，对于相同的线圈，每边受到的安培力随I或B的增大而增大，而减小线圈面积时，安培力的力矩变小．故B、D都有可能增大转速．
【答案】 BD【问题导思】
1．磁电式电表指针是如何实现偏转的？
2．指针偏转角与电流有何关系？磁电式电表 1．偏转原理图3－4－4 (双选)一只电流表，发现读数偏小，为纠正这一偏差，可行的措施是( )
A．减少表头线圈的匝数
B．减小永久磁铁的磁性
C．增加分流电阻的阻值
D．增加表头线圈的匝数
【审题指导】 纠正偏转角度偏小其实质就是要求在电流大小一定的情况下，适当增加偏转的角度．
【解析】 电流大小一定的情况下，线圈匝数越多，磁感应强度越大，安培力越大，偏转角度越大，所以A、B错，D对，电流表表头和分流电阻并联，在总电流一定的情况下，欲使读数增大，必须增大通过表头的电流，根据并联电路的电阻之比等于电流的反比，表头电阻不变，增加分流电阻的阻值，可使线圈中电流增大，C对．
【答案】 CD2．一只电压表读数偏小，为纠正这一偏差，可以采取的措施是( )
A．减少表头线圈的匝数
B．增大表内的串联电阻
C．增强表头的永久磁铁的磁性
D．转紧表内的螺旋弹簧
【解析】 电压大小一定的情况下，线圈匝数越多，磁感应强度越大，安培力越大，偏转角度越大，所以A错，C对；电压表表头和分压电阻串联，在总电压一定的情况下，欲使读数增大，必须增大通过表头的电流，根据串联电路的电阻之比等于电压之比，表头电阻不变，应减小分压电阻的阻值，B错；为使偏转角度更大，应该转松螺旋弹簧，D错．
【答案】 C (2012·广东北江中学高二检测)如图3－4－5所示，一个矩形线圈abcd可绕其中心轴OO′转动，现在把它放到匀强磁场B中，当线圈中通以如图所示的电流时，请回答以下问题：综合解题方略——探究磁场对通 电圈的作用 图3－4－5(1)在如图所示的位置时，ab、cd、ad和bc四个边受安培力的情况如何？线圈将如何运动？
(2)从如图位置逆时针转过90°时(俯视)，ab、cd两边受安培力的大小有何变化？
(3)从如图位置逆时针转过180°时(俯视)，ab、cd两边受安培力的大小、方向有何变化？
(4)线圈abcd能否在磁场中连续转动呢？
【审题指导】 解答该题应把握以下两点．
(1)用左手定则正确判断安培力方向．
(2)明确安培力方向与线圈转动方向的关系．
【规范解答】 在题图中位置时，由左手定则判知：ab边受力向外，cd边受力向里，而ad和bc边均不受安培力，且在以后的转动中，ad和bc边受的安培力等大反向，对线圈的转动不产生影响．这时线圈将沿逆时针方向转动(俯视)．当转过90°时，ab和cd边受的安培力等大反向，但由于惯性，线圈仍会继续逆时针转动．继续转动时，安培力将阻碍线圈的转动，转过180°时，线圈将会瞬时静止，而后再反向转回，故线圈不会在磁场中连续转动．
【答案】 见规范解答线圈中通入恒定不变的电流时，线圈在磁场中不会连续转动，只能在半周内往复运动．如果线圈中通入的是交流电，线圈就会连续转动起来，从而带动外部的机器做功，这是交流电动机的基本原理．
【备课资源】(教师用书独具)
(双选)如图教3－4－1所示的天平可用来测定磁感应强度．天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面．当线圈中通有电流I(方向如图)时，在天平左、右两盘各加质量分别为m1、m2的砝码，天平平衡．当电流反向(大小不变)时，右盘再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡．由此可知( )图教3－4－1【答案】 AB1．要想提高磁电式电流表的灵敏度，不可采用的办法有( )
A．增加线圈匝数
B．增加永久性磁铁的磁感应强度
C．减少线圈面积
D．减小转轴处摩擦【答案】 C
2．关于磁电式电流表以下选项错误的是( )
A．指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的
B．通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大
C．在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场
D．在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关
【答案】 C
3．赤道上某处有一竖直的避雷针，当带有正电的乌云经过避雷针的上方时，避雷针开始放电，则地磁场对避雷针的作用力的方向为( )
A．正东 B．正南
C．正西 D．正北
【解析】 电流方向向下，磁感线方向自南向北，由左手定则判断知，A正确．
【答案】 A4.如图3－4－6所示，直导线MN与矩形线框abcd在同一平面内，直导线中通有向上的电流I，矩形线框中通有沿逆时针方向的电流I0，则直导线中电流I的磁场对通电矩形线框各边的安培力合力( )
A．大小为零
B．大小不为零，方向向左
C．大小不为零，方向向右
D．大小不为零，方向向上图3－4－6
【解析】 ad、bc边所受安培力大小相等，方向相反，互相抵消，而ab、cd边所受的安培力不能抵消，由于ab边离MN近些，故斥力大于引力，C选项正确．
【答案】 C5．(2012·成都高二检测)如图3－4－7所示，水平方向有一匀强磁场，磁感应强度大小为B＝0.2 T，有一段通电导线竖直放置，长度为L＝0.8 m，当导线中通入大小为I＝1 A，方向如图所示的电流时，试问：图3－4－7
(1)导线所受安培力有多大？方向如何？
(2)若将导线在纸面内沿顺时针方向转过90 °，则安培力的大小是多少？
(3)若将导线在垂直纸面的平面内转动，分别说明它所受安培力的大小和方向是否变化？【解析】 (1)由于电流方向与磁场方向垂直，故F＝BIL＝0.16 N，由左手定则可判断出安培力的方向垂直纸面向里．
(2)将导线在纸面内沿顺时针方向转过90 °，此时电流方向与磁场方向平行，故安培力的大小F＝0.
(3)将导线在垂直纸面的平面内转动，由于任意位置电流方向与磁场方向均垂直，故安培力的大小不变，由左手定则知，安培力的方向不断改变．
【答案】 (1)0.16 N 垂直纸面向里 (2)0 (3)F大小不变，方向不断改变 课后知能检测本小节结束
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1．知道洛伦兹力的概念．
2．会计算洛伦兹力的大小．判断洛伦兹力的方向．第五节 研究洛伦兹力
●课标解读
1．理解洛伦兹力的产生，记住洛伦兹力计算公式．
2．准确判断洛伦兹力方向．
3．理解速度选择器原理．
●教学地位
本节知识是高考命题的热点，经常命制综合题，同时本节知识也是磁场的核心内容．●新课导入建议
电场对电荷有电场力的作用，磁场对电荷有没有力的作用呢？磁场对电荷的力的方向和大小是怎样的呢？它和电流所受的安培力又有怎样的关系呢？带着这些问题，我们进入本节课的学习．●教学流程设计课前预习安排：
1．读教材
2．填写【课前自主导学】(同学可讨论) 步骤1：导入新课，分析本节教学地位 步骤2：教师提问，检查预习效果 步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式(多画图形、让学生体验) 步骤4：教师讲解总结判断方向和步骤 步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查且点评 步骤6：师生互动完成“探究2”方式同上 步骤7：完成“探究3”重在总结方法技巧规律 步骤8：让学生完成【当堂双基达标】，验证学习效果 演示结束步骤9：学生总结本节主要知识，教师点评，布置完成【课后知能检测】 1.基础知识
(1)洛伦兹力：__________在磁场中所受的磁场的作用力．
(2)洛伦兹力的方向判定——左手定则
内容：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指______，且处于__________内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入______，四指指向________运动的方向，那么，拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向．洛伦兹力的方向 运动电荷垂直同一平面手心正电荷2．思考判断
(1)通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的宏观表现．(√)
(2)洛伦兹力的方向与磁场方向平行．(×)
(3)洛伦兹力将使粒子的速度变大．(×)
3．探究交流
应用左手定则如何判定负电荷所受洛伦兹力方向
【提示】 应用左手定则判定负电荷所受洛伦兹力方向时，四指应指向负电荷运动的反方向，大拇指指向为洛伦兹力方向.1.基础知识
(1)推导：设有一段长为L的通电导线，横截面积为S，单位体积内含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电
荷量为q，定向移动的平均速度为v，垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中．
导体所受安培力F＝_____
导体中的电流I＝______
导体中的自由电荷总数N＝_____洛伦兹力的大小 BILnqSvnSL(2)洛伦兹力的计算公式：f＝______.qvBqvB2．思考判断
(1)带电粒子在磁场中运动一定受洛伦兹力．(×)
(2)公式f＝qvB，用于任何情况．(×)
(3)洛伦兹力和安培力是性质不同的两种力．(×)
3．探究交流
当B与v成θ角时，应如何计算洛伦兹力的大小呢？
【提示】 方法一：将v向垂直于B的方向分解，该垂直分速度为vsinθ，则洛伦兹力等于qB(vsinθ)，方法二：将磁感应强度向垂直于v的方向分解，该垂直分量为Bsinθ，则洛伦兹力等于qv(Bsinθ)，方法三：直接利用公式f＝qvBsinθ求解．【问题导思】
1．洛伦兹力对运动电荷有何作用？
2．洛伦兹力方向与电荷运动方向及磁场方向有何关系？
3．洛伦兹力对电荷做不做功？洛伦兹力的方向 1．洛伦兹力的方向
洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向和磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动方向和磁场方向所决定的平面，f、B、v三者的方向关系是：f⊥B，f⊥v，但B与v不一定垂直．
2．洛伦兹力的作用效果
洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化．但无论怎么变化，洛伦兹力都与运动方向垂直．所以洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，洛伦兹力不做功．1．应用左手定则时，当v与B不垂直时，洛伦兹力仍垂直于v、B决定的平面，但磁感线不一定要垂直穿过掌心，磁感线方向一定与大拇指垂直，不一定与四指垂直．
2．判断安培力与洛伦兹力时都用左手，高中阶段判断其他现象时用到的都是右手，例如判定感应电流的方向判定磁场的方向等． 关于电荷在磁场中运动速度、磁场和电荷受到洛伦兹力三者之间的方向关系如图所示，其中正确的是( )
【审题指导】 (1)明确电荷的电性、磁场方向及运动方向．
(2)利用左手定则判断安培力方向．
【解析】 根据左手定则，A中电荷所受洛伦兹力方向向下，A正确；B中电荷所受洛伦兹力方向向下，B错误；C中电荷运动方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力，C错；D中电荷所受洛伦兹力方向垂直纸面向外，D错误．
【答案】 A判断洛伦兹力方向的注意事项
1．注意电荷的正负，尤其是判断负电荷所受洛伦兹力方向时，四指应指向电荷运动的反方向．
2．注意洛伦兹力方向一定垂直于B和v所决定的平面．
3．当v与B的方向平行时，电荷受到洛伦兹力为零．1．判断图3－5－1中各带电粒子的受力方向．
图3－5－1
【解析】 (1)与v垂直斜向左上方．
(2)与v垂直斜向右下方．
(3)垂直纸面向里．
(4)v与B平行，不受洛伦兹力的作用．
【答案】 见解析【问题导思】
1．洛伦兹力大小与哪些因素有关？
2．洛伦兹力与电场力有何区别？洛伦兹力大小
1．洛伦兹力的大小
①只有运动电荷受洛伦兹力，静止电荷不受洛伦兹力．②当v与B垂直时f＝qvB
当v 与B夹角为θ时，f＝qvBsinθ，其中θ＝0°或θ＝180°时，f＝0.即v与B平行时运动电荷不受洛伦兹力，θ＝90°时，f＝qvB，洛伦兹力最大．2．洛伦兹力与安培力
(1)区别
①洛伦兹力是指单个运动带电粒子所受的磁场力，而安培力是指通电直导线所受到的磁场力．
②洛伦兹力恒不做功，而安培力可以做功．
(2)联系
①安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释．
②大小关系：F安＝Nf(N是导体中定向运动的电荷数)
③方向关系：洛伦兹力与安培力的方向一致，均可用左手定则进行判断．3．洛伦兹力与电场力1．电荷在电场中一定受电场力，而在磁场中不一定受洛伦兹力．
2．洛伦兹力方向一定与速度方向垂直，但电场力方向与速度方向无直接关系． 如图3－5－2所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面向外、强度为B的匀强磁场中．质量为m、带电量为＋Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑．在滑块下滑的过程中，下列判断正确的是( )图3－5－2
A．滑块受到的摩擦力不变
B．滑块到达地面时的动能与B的大小无关
C．滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下
D．B很大时，滑块可能静止于斜面上
【审题指导】 (1)用左手定则确定洛伦兹力方向．
(2)滑块受滑动摩擦力f＝μN.
(3)用功能关系分析
【解析】 根据左手定则可知，滑块受到垂直斜面向下的洛伦兹力，C对；随着滑块速度的变化，洛伦兹力大小变化，它对斜面的压力大小发生变化，故滑块受到的摩擦力大小变化，A错；B越大，滑块受到的洛伦兹力越大，受到的摩擦力也越大，摩擦力做功越多，据动能定理，滑块到达地面时的动能就越小，B错；由于开始时滑块不受洛伦兹力就能下滑，故B再大，滑块也不可能静止在斜面上，D错．
【答案】 C2．如图3－5－3所示，一个带正电q的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，若小带电体的质量为m，为了使它对水平绝缘面正好无压力，应该( )
图3－5－3【答案】 D (2012·淖州高二检测)如图3－5－4所示，匀强电场方向水平向右，匀强磁场方向垂直于纸面向里，一质量为m、带电量为q的微粒以速度v与磁场方向垂直，与电场成45°角射入复合场中，恰能做匀速直线运动．求电场强度E和磁感应强度B的大小．综合解题方略——带电粒子在磁 场直线运动分析 图3－5－4
【审题指导】 【规范解答】 假设粒子带负电，则所受电场力方向水平向左，洛伦兹力方向斜向右下方与v垂直，可以从力的平衡条件判断出：这样的粒子不可能做匀速直线运动，所以粒子应带正电荷，受力情况如图所示，根据合外力为零可得带电粒子在磁场中若受洛伦兹力做直线运动，则一般是匀速直线运动．解决此类问题应用好平衡条件．【备课资源】(教师用书独具)
1.质量为0.1 g的小物块，带有5×10－4 C的电荷量，放在倾角为30°的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于0.5 T的匀强磁场中，磁场方向如图教3－5－1所示，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面(设斜面足够长，g＝10 m/s2)问：图教3－5－1(1)物块带电性质？
(2)物块离开斜面时的速度为多少？
(3)物块在斜面上滑行的最大距离是多少？【解析】 (1)由左手定则可知物块带负电荷．
(2)当物块离开斜面时，物块对斜面压力为0，受力如图所示，则：
qvB－mgcos30°＝0，解得v＝3.46 m/s.【答案】 见解析2.一种测量血管中血流速度仪器的原理如图教3－5－2所示，在动脉血管左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接电压表，设血管直径是2.0 mm，磁场的磁感应强度为0.08 T，电压表测出的电压为0.10 mV，则血流速度大小为______________m/s.(取两位有效数字)图教3－5－2【答案】 0.633.如图教3－5－3所示．带电荷量为q的小球质量为m，放在内壁光滑长度为L的玻璃管内，小球直径略小于管的内径．现将玻璃管竖直放置，小球位于管的底部静止．在地面上方加一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，将玻璃管置于匀强磁场中．若玻璃管以水平速度v0向右匀速运动，经时间t后小球从玻璃管顶部飞出．问：
(1)小球做的是什么运动？
(2)小球飞出管口时的速度是多少？图教3－5－3【解析】 如图所示，小球的速度v是由水平速度v0和竖直向上的速度v1合成的，如图甲．这两个分速度v0和v1分别产生的洛伦兹力为f0和f1.洛伦兹力的分力f0和f1分别与v0和v1垂直；洛伦兹力的合力f与合速度v垂直，故洛伦兹力不对小球做功．甲 乙玻璃管左侧对小球的弹力做正功，因为水平向右的弹力与小球的合速度v之间夹一锐角．
水平方向是匀速直线运动，竖直方向是匀加速直线运动，相当于类平抛运动．
小球飞出管口的速度有两种表示方法：
【答案】 见解析．1．如下图所示的磁感应强度B、电荷的运动速度v和磁场对电荷的作用力f的相互关系图中，画得正确的是(其中B、f 、v两两垂直)( )
【解析】 由于B、f、v两两垂直，根据左手定则得：A、B、D选项中受洛伦兹力都与图示f的方向相反，故A、B、D错误，C正确．
【答案】 C
2．下列说法正确的是( )
A．运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用
B．运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度一定为零
C．洛伦兹力既不能改变点电荷的动能，也不能改变点电荷的速度
D．洛伦兹力对点电荷不做功
【解析】 运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力F＝qvBsinθ，所以F的大小不但与q、v、B有关系，还与v的方向与B的夹角θ有关系，当θ＝0°或180°时，F＝0，此时B不一定等于零，所以A、B错误；又洛伦兹力与粒子的速度始终垂直，所以洛伦兹力对点电荷不做功，粒子的动能也就不变，但粒子速度方向要变，所以C错，D对．
【答案】 D3．图3－5－5所示是电子射线管示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，则下列措施中可采用的是( )
图3－5－5A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向
B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C．加一电场，电场方向沿z轴负方向
D．加一电场，电场方向沿y轴正方向
【解析】 若加一磁场，电子受到洛伦兹力的作用，亮线向下偏转，说明洛伦兹力方向向下，又因电子沿x轴正向射出，由左手定则知磁场方向应沿y轴正方向，A错，B对；若加一电场电子应受到向下的静电力作用，故电场方向沿z轴正向，C、D均错．
【答案】 B4.如图3－5－6所示，一带负电荷的滑块从粗糙的绝缘斜面的顶端，由静止状态开始滑至底端时速度为v.若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，则它滑至底端时的速率与v相比( )
A．不变
B．变大
C．变小
D．不能确定图3－5－6【解析】 以下滑的滑块为研究对象，受力分析如图所示．下滑过程中，f洛＝qvB增大，FN增大，故f＝μFN增大．由动能定理得滑至底端时速率变小，故C正确．
【答案】 C5．(2012·茂名一中高二检测)如图3－5－7所示，一个质量为m、带电荷量为＋q的小球静止在光滑的绝缘平面上，并处于匀强磁场中，磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度为B.为了使小球能飘离平面，该匀强磁场在纸面移动的最小速度应为多少？方向如何？图3－5－7
【解析】 设磁场移动的最小速度为v，则此时一定满足带电粒子所受洛伦兹力刚好克服重力，即大小与重力相等，方向向上．
根据左手定则判断带电粒子应该向右运动，即匀强磁场向左运动．
并且qvB＝mg，解得：v＝mg/qB
所以匀强磁场水平向左移动，速度大小为v＝mg/qB.
【答案】 mg/qB 向左课后知能检测本小节结束
请按ESC键返回课件95张PPT。教师用书独具演示●课标要求
1．知道洛伦兹力在技术中的应用．
2．理解带电粒子在洛伦兹力作用下的运动．第六节 洛伦兹力与现代技术
●课标解读
1．理解质谱仪、回旋加速器的工作原理．
2．理解带电粒子在磁场做圆周运动规律．
3．分析有关问题．
●教学地位
高考在本节中常命制试题，本节是高考的热点，同时本节知识在高科技中有重要应用．●新课导入建议
回旋加速器是用来加速带电粒子的仪器，图教3－6－1中是劳伦斯和他的第一台回旋加速器．现在，回旋加速器已经在科研、医学等方面被广泛应用．它是根据带电粒子在磁场中做圆周运动的原理制成的．图教3－6－1
那么在洛伦兹力的作用下，带电粒子为什么会做圆周运动呢？带电粒子在磁场中运动的规律在生活和实践中还有哪些应用呢？我们今天就一起来研究带电粒子在匀强磁场中的运动规律．●教学流程设计课前预习安排：
1．读教材
2．填写【课前自主导学】 步骤1：导入新课，分析本节教学地位 步骤2：教师提问，检查预习效果 步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式(再补充一例题拓展思路) 步骤4：教师讲解题目总结规律 步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查且点评 步骤6：完成“探究2”方式同上 步骤7：师生互动完成“探究3”方式(实例加分析) 步骤8：完成“探究4”重在总结方法技巧 步骤9：让学生完成【当堂双基达标】，验证学习效果 演示结束步骤10：学生总结本节主要知识，教师点评布置课下完成【课后知能检测】 1.基础知识
(1)实验探究
①装置是________________，它是一个特制的电子射线管，管内下方的电子枪射出的_______，可以使管内的_____发出辉光，从而显示出电子的径迹．带电粒子在磁场中的运动 洛伦兹力演示仪电子束氢气②实验现象
a．当没有磁场作用时，电子的运动轨迹是______．
b．当电子垂直射入磁场时，电子的运动轨迹是_________．
c．结论：增大电子的速度时圆周半径______，增强磁场磁感应强度时，圆周半径______．直线圆弧线增大减小(2)带电粒子在洛伦兹力作用下的圆周运动
①运动性质：______圆周运动．
②向心力：由_________提供．
③半径公式：r＝_____.
④周期公式：T＝_____.匀速洛伦兹力
2．思考判断
(1)带电粒子仅在洛伦兹力作用下，一定做周期性运动．(√)
(2)带电粒子仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动时，速度越大，周期越小．(×)
(3)粒子在磁场中做匀速圆周运动时，速度越大，运转半径越大．(√)3．探究交流
在满足什么条件时，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动？
【提示】 当带电粒子满足以下三个条件时，在磁场中做匀速圆周运动
(1)带电粒子的速度方向与磁场方向垂直．
(2)磁场为匀强磁场或粒子所经位置的磁感应强度方向始终与粒子速度方向垂直，且磁感应强度大小不变．
(3)带电粒子在磁场中只受洛伦兹力作用，或虽受其他力的作用，但除洛伦兹力以外的其他力的合力为0.1.基础知识
(1)质谱仪
①用途：研究物质的同位素，同位素是原子序数相同、__________不同的原子．
②原理图：如图3－6－1所示．洛伦兹力在现代技术中的应用 图3－6－1原子质量加速电场qU半个④测粒子质量的方法：通过测量落在底片上的不同粒子的_______，即可求出带电粒子的荷质比 ，若已知电量，可求得粒子的______．
⑤质谱线：电荷量相同而质量有微小差别的粒子通过质谱仪打在照相底片的_________，底片上形成若干谱线状的细条．每一条谱线对应一定的质量，由此可准确地测出各种同位素的________．
⑥意义：质谱仪是由汤姆生的学生阿斯顿发明的，他首先得到氖－20和氖－22的质谱线，证实了同位素的存在．半径质量不同位置原子量(2)回旋加速器
①主要构造：两个_______，两个大型电磁铁．
②原理图：(如图3－6－2所示)
图3－6－2D形盒③工作原理：
磁场的作用：带电粒子______磁场方向射入磁场时，受到磁场的洛伦兹力作用而做_________运动．
交变电压的作用：在两D形盒狭缝间产生__________ ，使带电粒子每经过一次狭缝加速一次．
交变电压的周期(或频率)：与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期(或频率) ______．
④用途：加速器是使带电粒子获得高能量的装置，是科学家探究物质奥秘的有力工具．垂直匀速圆周周期性变化的电场相同
2．思考判断
(1)回旋加速器的加速电压越大，带电粒子获得的最大动能越大．(×)
(2)利用回旋加速器加速带电粒子，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R.(√)
(3)带电粒子做匀速圆周运动的半径与带电粒子进入磁场时速度的大小有关，而周期与速度、半径都无关．(√)3．探究交流
回旋加速器所用交变电压的周期由什么决定？【问题导思】
1．带电粒子的运动轨迹由哪些因素决定？
2．带电粒子在磁场中做圆周运动的圆心、半径及周期如何确定？带电粒子在匀强磁场中的运动
1．运动轨迹
(1)匀速直线运动
当带电粒子的速度方向与磁场平行时，不受洛伦兹力作用，带电粒子在磁场中做匀速直线运动．
(2)当带电粒子的速度方向与磁场垂直时，仅在洛伦兹力作用下带电粒子在磁场中做匀速圆周运动．2．带电粒子在磁场匀速圆周运动
(1)周期及半径的确定图3－6－3(2)圆心的确定
①已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图3－6－4(a)所示，图中P为入射点，M为出射点)．
②已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图3－6－4(b)，P为入射点，M为出射点)．图3－6－4(3)圆心角的确定
①带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向间的夹角φ叫偏向角．偏向角等于圆心角即α＝φ，如图3－6－5.
图3－6－5②某段圆弧所对应的圆心角是这段圆弧弦切角的二倍，即α＝2θ.1．带电粒子仅在洛伦兹力作用下运动时，速度大小不变，速度方向时刻改变．
2．当带电粒子垂直匀强磁场进入时，洛伦兹力充当向心力，只改变速度方向，不改变速度大小． 如图3－6－6所示，一束电子(电荷量为e)以速度v垂直射入磁感应强度为B，宽度为d的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角为30°，则电子的质量是__________，穿透磁场的时间是_____________．
图3－6－6带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的处理方法
1．画轨迹：先定圆心，再画完整圆弧，后补画磁场边界，最后确定粒子在磁场中的轨迹(部分圆弧)．
2．找联系：r与B、v有关，如果题目要求计算速率v，一般要先计算r，t与角度和周期T有关，如果题目要求计算粒子在磁场中运动的时间t，一般要先计算粒子在磁场中运动的部分圆弧所对应的圆心角和粒子的周期．
3．用规律：根据几何关系求半径和圆心角，再根据半径和周期公式与B、v等联系在一起．1．已知氢核与氦核的质量之比m1∶m2＝1∶4，电荷量之比q1∶q2＝1∶2，当氢核与氦核以v1∶v2＝4∶1的速度，垂直于磁场方向射入磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核半径之比r1∶r2＝________，周期之比T1∶T2＝________.【答案】 2∶1 1∶2【问题导思】
1．带电粒子穿出有界磁场的条件是什么？
2．如何确定粒子在有界磁场中运动的时间？带电粒子在有界匀强磁场中圆 周运动分析
1．穿出条件：刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切．
2．运动时间
当速度v一定时，弧长(或弦长)越长，圆心角越大，带电粒子在有界磁场中运动时间越长．3．几种常见的边界类型
(1)若粒子垂直于磁场边界入射，且仍能从此边界出射，则出射时与此边界垂直，运动轨迹为半圆．
图3－6－7(2)若粒子以与边界线夹角为α或β射入磁场且仍从此边界出射，则射出时与边界的夹角仍为α或β.
图3－6－8(3)若磁场为一圆形有界磁场，粒子以过圆心的速度方向垂直入射，则出磁场时速度方向的反向延长线必过圆心．
图3－6－9 如图3－6－10所示，在y<0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面并指向纸面外，磁感应强度为B.一带正电的粒子以速度v0从O点射入磁场，入射速度方向在xOy平面内，与x轴正方向的夹角为θ.若粒子射出磁场的位置与O点的距离为L，求该粒子电量与质量之比．图3－6－10
【审题指导】 (1)粒子轨迹关于入射点和出射点连线的中垂线对称．
(2)运用几何关系列式．【解析】 根据带电粒子在有界磁场中运动的对称性，作出运动轨迹，如图所示，找出圆心A，向x轴作垂线，垂足为H，由几何关系得：2．(2012·惠州一中高二检测)如图3－6－11所示，在半径为r的圆形区域内，有一个匀强磁场，一带电粒子以速度v0从M点沿半径方向射入磁场区，并由N点射出，O点为圆心．∠MON＝120°，求：带电粒子在磁场区的偏转半径R及在磁场区中的运动时间．图3－6－11【解析】 首先应确定带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的圆心．具体方法是：过M和N点作圆形磁场区半径OM和ON的垂线，两垂线的交点O′即为带电粒子做圆周运动时圆弧轨道的圆心，如图所示．【问题导思】
带电粒子在速度选择器、质谱仪及回旋加速器中如何运动分别如何分析？洛伦兹力在现代技术中的应用 2．质谱仪
质谱线：电荷量相同，而质量有微小差别的一群带电粒子，经过电场加速，进入磁场后将沿着不同半径做圆周运动，而打在照相底片上不同的地方，在底片上形成若干线状的细条，叫质谱线．3．速度选择器
(1)原理：如图3－6－12所示，带电粒子所受重力可忽略不计，粒子在两板间同时受到电场力和洛伦兹力作用，只有当二力平衡时，粒子才不发生偏转，沿直线穿过两板间．图3－6－12 回旋加速器是用于加速带电粒子流，使之获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间狭缝中形成匀强电场，使粒子每穿过狭缝都得到加速；两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面．粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出粒子电量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rm，其运动轨迹如图3－6－13所示，问(1)粒子在盒内做何种运动？
(2)粒子在两盒间狭缝内做何种运动？
(3)所加交变电压频率为多大？粒子运动角速度多大？
(4)粒子离开加速器时速度多大？
(5)设两D形盒间电场的电势差为U，盒间距离为d，求加速到上述能量所需时间．图3－6－13【解析】 (1)D形盒由金属导体制成，可屏蔽外电场，因而盒内无电场，盒内存在垂直盒面的磁场，故粒子在盒内磁场中做匀速圆周运动．
(2)两盒间狭缝内存在匀强电场，且粒子速度方向与电场方向在同条直线上，故粒子作匀加速直线运动．3.如图3－6－14是等离子体发电机示意图，平行金属板间匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，两板间距离为20 cm，要使输出电压为220 V，则等离子体垂直射入磁场的速度v＝________，a是电源的________极．图3－6－14【答案】 2 200 m/s 正 如图3－6－15所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场．一带电粒子a(不计重力)以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O′点(图中未标出)穿出．若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个同样的粒子b(不计重力)仍以相同初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b( )综合解题方略——带电粒子在复合场中的综合分析A．穿出位置一定在O′点下方
B．穿出位置一定在O′点上方
C．运动时，在电场中的电势能一定减小
D．在电场中运动时，动能一定减小图3－6－15
【审题指导】 解答此题应注意以下几点：
(1)由于不知带电粒子带电的正、负，故不能确定电场力和洛伦兹力的具体方向．
(2)粒子恰好做直线运动，说明电场力和洛伦兹力大小相等，方向相反．
(3)撤去磁场，只在电场力作用下偏转，可以根据电场力做功情况确定其能量转化情况．
【规范解答】 粒子a沿直线运动，说明电场力与洛伦兹力等大反向，O、O′在同一水平线上，但由于不能确定粒子a的带电性，去掉磁场后，不能确定电场力方向，也就不能确定b粒子向哪偏转，b到达右边界的位置不能确定．A、B错；但b在偏转过程中，电场力一定对它做正功，其电势能减小，动能增加，C对，D错．
【答案】 C解决带电粒子在复合场中运动的问题有哪些方法
1．带电粒子在复合场中处于静止或匀速直线运动状态时，带电粒子所受合力为零，应利用平衡条件列方程求解．
2．带电粒子做匀速圆周运动时，重力和电场力平衡，洛伦兹力提供向心力，应利用平衡方程和向心力公式求解．
3．当带电粒子在复合场中做非匀变速曲线运动时，带电粒子所受洛伦兹力必不为零，且其大小和方向不断变化，但洛伦兹力不做功，这类问题一般应用动能定理求解．【备课资源】(教师用书独具)
1.如图教3－6－2所示，ABCD是一个正方形的匀强磁场区域，甲、乙两种带电粒子分别从A、D射入磁场，均从C点射出，已知甲、乙两种粒子荷质比的比为1∶4，求：
(1)甲、乙的速率之比v甲∶v乙；
(2)甲、乙通过该磁场所用的时间之比t甲∶t乙．图教3－6－2【答案】 (1)1∶2 (2)2∶1
2．如图教3－6－3为质谱仪原理示意图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电压为U的加速电场后进入粒子速度选择器．选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强为E、方向水平向右．已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点垂直MN进入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场．带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的H点．可测量出G、H间的距离为L，带电粒子的重力可忽略不计．求：图教3－6－3
(1)粒子从加速电场射出时速度v的大小．
(2)粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向．
(3)偏转磁场的磁感应强度B2的大小．1．(双选)一带正电的粒子以速度v0垂直飞入如图3－6－16所示的电场和磁场共存的区域，B、E及v0三者方向如图所示．已知粒子在运动过程中所受的重力恰好与电场力平衡，则带电粒子在运动过程中( )
A．机械能守恒
B．加速度始终不变
C．动能始终不变
D．电势能与机械能总和守恒图3－6－16
【解析】 因为带电粒子所受的重力与电场力大小相等，电荷在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，且洛伦兹力不做功，故动能不变，C正确；但是在电荷运动过程中，电势能与重力势能发生变化，而电势能与机械能总和守恒，D正确．
【答案】 CD2.在某一空间同时存在相互正交的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的方向竖直向上，磁场方向如图3－6－17所示．两个带电液滴在此复合场中恰好能在竖直平面内做匀速圆周运动，则( )图3－6－17
A．它们的运动周期一定相等
B．它们做圆周运动的方向可能相反
C．若它们的质量和速度大小的乘积相等，轨道半径就一定相等
D．若它们的动能相等，轨道半径就一定相等【答案】 A3.如图3－6－18所示，真空中同时存在着竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，三个带有等量同种电荷的油滴A、B、C在场中做不同的运动．其中A静止，B向右做匀速直线运动，C向左做匀速直线运动，则三油滴质量大小关系为( )
A．A最大
B．B最大
C．C最大
D．都相等图3－6－18【答案】 C4．(双选)如图3－6－19所示，有一混合正离子束先后通过正交的电场、匀强磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这些混合正离子在区域Ⅰ中都不偏转，进入Ⅱ后偏转半径r也相同，则它们一定具有相同的( )
A．速度
B．质量
C．电荷量
D．比荷图3－6－19【答案】 AD图3－6－20
(1)这个带电小颗粒运动的方向和速度大小．
(2)如果小颗粒运动到图中P点时，把磁场突然撤去，小颗粒将做什么运动？若运动中小颗粒将会通过与P点在同一电场线上的Q点，那么从P点运动到Q点所需时间有多长？(g取10 m/s2)
【答案】 (1)0.8 m/s方向与水平方向成60°角斜向右上方．
(2)0.14 s课后知能检测本小节结束
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