6.2 磁场对运动电荷的作用 学案 (1)

6.2
磁场对运动电荷的作用
学案1
【学习目标】
1、知道什么是洛伦兹力，知道电荷运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力为零；运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力最大，大小为f=qvB 。
2、用左手定则熟练判定洛伦兹力的方向。
【重点难点】
洛伦兹力的大小、方向，左手定则。
【学习过程】
1、洛仑兹力
叫洛仑兹力。通电导线所受到的安培力实际上是作用在运动电荷上的洛仑兹力的
。
2、洛仑兹力的方向
用左手定则判定。应用左手定则要注意：
（1）判定负电荷运动所受洛仑兹力的方向，应使四指指向电荷运动的
方向。
（2）洛仑兹力的方向总是既垂直于
又垂直于
，即总是垂直于
所决定的平面。但在这个平面内电荷运动方向和磁场方向却不一定垂直，当电荷运动方向与磁场方向不垂直时，应用左手定则不可能使四指指向电荷运动方向的同时让磁感线垂直穿入手心，这时只要磁感线从手心穿入即可。
3、洛仑兹力的大小
f=
，其中是带电粒子的运动方向与磁场方向的夹角。
（1）当=90°，即v的方向与B的方向垂直时，f=
，这种情况下洛仑兹力
。
（2）当=0°，即v的方向与B的方向平行时，f=
最小。
（3）当v=0，即电荷与磁场无相对运动时，f=
，表明了一个重要结论：磁场只对相对于磁场运动的电荷有作用力，而对相对磁场静止的电荷没有作用力。
4、洛仑兹力作用效果特点
由于洛仑兹力总是垂直于电荷运动方向，因此洛仑兹力总是
功。它只能改变运动电荷的速度
（即动量的方向），不能改变运动电荷的速度
（或动能）。
【典型例题】　
例1
如图所示为质谱仪的示意图。速度选择器部分的匀强电场场强E=1.2×105V/m，匀强磁场的磁感强度为B1=0.6T。偏转分离器的磁感强度为B2=0.8T。求：
（1）能通过速度选择器的粒子速度多大？
（2）质子和氘核进入偏转分离器后打在照相底片
上的条纹之间的距离d为多少？
解析：粒子通过速度选择器时，所受电场力和磁场力方向相反、大小相等，粒子可匀速穿过速度选择器。由于质子和氘核以相同速度进入磁场后，做圆周运动的半径不同，打在两条不同的条纹上。
（1）能通过速度选择器的离子所受电场力和洛伦兹力等大反向。
即eB1v=eE
（2）粒子进入磁场B2后做圆周运动，洛伦兹力提供向心力。
eB2v=m
R=
设质子质量为m，则氘核质量为2m，
m
例2
如右图所示为一种可用于测量电子电荷量e与质量m比值e/m的阴极射线管，管内处于真空状态，图中L是灯丝，当接上电源时可发出电子，A是中央有小圆孔的金属板，当L和A间加上电压时（其电压值比灯丝电压大很多），电子将被加速并沿图中虚直线所示的路径到达荧光屏S上的O点，发出荧光。P1、P2为两块平行于虚直线的金属板，已知两板间距为d，在虚线所示的圆形区域内可施加一匀强磁场，已知其磁感强度为B，方向垂直纸面向外。a、b1、b2、c1、c2都是固定在管壳上的金属引线。E1、E2、E3是三个电压可调并可读出其电压值的直流电源。
（1）试在图中画出三个电源与阴极射线管的有关引线的连线。
（2）导出计算e/m的表达式。要求用应测物理量及题给已知量表示。
解析：（1）各电源的连线如图所示。
（2）设加速电压U2，电子加速后穿过小孔的速度为v，则有
①
施加磁场后，要使电子仍打在O点，应在P1、P2之间加上适当的电压U3，使电子所受的电场力和洛伦兹力平衡，
②
由①、②两式可解得
【训练测试】
1.以下说法正确的是
(　　)
A．电荷处于磁场中一定受到洛伦兹力
B．运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力
C．洛伦兹力对运动电荷一定不做功
D．洛伦兹力可以改变运动电荷的速度大小
2．一个运动电荷通过某一空间时，没有发生偏转，那么就这个空间是否存在电场或磁场，下列说法中正确的是
(　　)
A．一定不存在电场
B．一定不存在磁场
C．一定存在磁场
D．可以既存在磁场，又可以存在电场
3．在你身边，若有一束电子从上而下运动，在地磁场的作用下，它将
(　　)
A．向东偏转　　　　　
B．向西偏转
C．向北偏转
D．向南偏转
4．一个长螺线管中通有交流电，把一个带电粒子沿管轴线射入管中，不计重力，粒子将在管中
(　　)
A．做圆周运动
B．沿轴线来回运动
C．做匀加速直线运动
D．做匀速直线运动
5．右图为一“滤速器”装置的示意图．a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间．为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO′运动，由O′射出．不计重力作用，可能达到上述目的的办法是(　　)
A．使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里
B．使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里
C．使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外
D．使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外
【参考答案】
1．答案：C
2．答案：D
解析：当运动电荷运动方向与电场线方向相同或运动方向与磁感线平行，均不会发生偏转．
3．答案：B
解析：由左手定则判定．
4．答案：D
解析：通有交流电的螺线管内部磁场方向始终与轴线平行，带电粒子沿着磁感线运动时不受洛伦兹力，所以应一直保持原运动状态不变．
5．答案：AD
【反思】
收获
疑问