6.2 磁场对运动电荷的作用 学案 (3)

6.2
磁场对运动电荷的作用
学案3
【学习目标】
1、知道什么是洛伦兹力
2、会利用左手定则判断洛伦兹力的方向
3、会计算垂直进入磁场方向的带电粒子所受洛伦兹力
【知识要点】　
1．运动电荷在磁场中受到的作用力，叫做
。　
2．洛伦兹力的方向的判断──左手定则：
让磁感线
手心，四指指向
的方向，或负电荷运动的
，拇指所指电荷所受
的方向。
3．洛伦兹力的大小:洛伦兹力公式　
。
4．洛伦兹力对运动电荷
，不会
电荷运动的速率。
5．显像管中使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的,叫做偏转线圈。为了与显像管的管颈贴在一起,偏转线圈做成
。
【典型例题】　
例1
单摆摆长L，摆球质量为m，带有电荷＋q，在垂直于纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中摆动，当其向左、向右通过最低点时，线上拉力大小是否相等？
解答：摆球所带电荷等效于一个点电荷，它在磁场中摆动时受到重力mg，线的拉力F与洛伦兹力F′，由于只有重力做功，故机械能守恒，所以摆球向左、向右通过最低点时的速度大小是相等的，设为V，向左通过最低点时洛伦兹力F′竖直向下，根据牛顿第二定律，如图4有

故有
当向右通过最低点时，洛伦兹力
的竖直向上，而大小仍为qvB，同理可得
显然F1＞F2
例2
如图所示，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。为使电子束偏转,由安装管颈的偏转线圈产生偏转磁场。
⑴如果要使电子束在水平方向偏离中心,打在荧光屏上的A点,偏转磁场应该沿什么方向
⑵如果要使电子束打在B点,磁场应该沿什么方向
解答：由左手定则，⑴中偏转磁场应该竖直向上　　⑵中偏转磁场应该竖直向下。　　
【达标训练】　
1、电视机显象管如图1的工作原理的示意图如图所示，阴极K发射的电子束（初速度可视为零）经高压加速电压U加速后正对圆心进入磁感应强度为B，半径为r的圆形匀强磁场区，偏转后打在荧光屏P上。
若电子的荷质比为k，那么电子通过圆形磁场区过程的偏转角是多少？
2、质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要仪器，它的构造原理如图所示，离子源S产生质量为m、电量为q的正离子，设粒子产生时速度很小，可忽略不计，离子经电压U加速后从缝隙S1垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场，沿圆弧经过半个圆周的运动达到照相底片P上而被记录下来，测量它在P上的位置距S1处的距离为y，试导出离子质量m与y值之间的函数关系。
3、我国科学家研制的阿尔法磁谱仪由“发现号”航天飞机搭载升空，用于探测宇宙中的反物质和暗物质（即由“反粒子”构成的物质）。“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和电量。但电荷符号相反，例如氚核的反粒子。设磁谱仪核心部分截面区域是半径为r的圆形匀强磁场，P为入射窗口，各粒子从P射入速度相同，均沿直径方向，P、a、b、c、d、e为圆周上等分点，如图所示，如果反质子射入后打在a点，那么反氚核粒子射入，将打在何处，其偏转角多大。
4、1879年美国物理学家霍尔在研究载流导体在磁场中受力性质时，发现了一种前所未知的电磁效应：若将通电导体置于磁场中，磁感应强度B垂直于电流I方向，如图所示，则在导体中垂直于电流和磁场的方向会产生一个横向是势差UH 、称其为霍尔电势差。根据这一效应，在测出霍尔电势差UH、导体宽度d、厚度b、电流I及该导体的霍尔系数H（H=1/nq，其中n为单位体积内载流子即定向移动的电荷的数目，q为载流子的电量）可精确地计算出所加磁场的磁感应强度表达式是什么？
答案：1、解：电子被加速
eU=
电子进入磁场洛仑兹力提供向心力
tan
2、解：正离子经电场加速
qU=mv2
①
正离子在磁场中偏转，洛仑兹力提供向心力
qvB=m
②
y=2r
③
由①②③得m=
3、解析：反质子和反氘核均带负电，均向下半圆偏转，设偏转圆心角为和，有
对反质子=120°，轨道半径R=
对反氚核，轨道半径R′==3R
由几何知识得
可见偏转角为=60°，正好打在b点。
4、本题思维的切入点应从电势差是怎么形成入手，载流子在磁场中运动受到洛伦兹力而发生偏转，载流子将在电、磁的共同作用下运动，达到稳定时电场力等于洛伦兹力，这一物理过程实际就是学生熟悉的速度选择器。
电场力等于洛伦兹力
Eq=qvB
匀强电场强度与电势差的关系
E=
电流强度的微观表达式
I=nqvs=nqvdb
【反思】
收获
疑问
图4
O′