（新人教版选修3-1）物理：3.5《磁场对运动电荷的作用》学案

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五、磁场对运动电荷的作用
【要点导学】
1、本节学习磁场对运动电荷的作用力（洛伦兹力），通过本节的学习，应知道洛伦兹力是安培力的微观表现，会推导公式F=qvB，并会用此公式解答有关问题，会用左手定则解答有关带电粒子在磁场中受力方向的问题，知道电视机显象管的工作原理。
2、洛伦兹力的方向：和确定安培力的方向一样，确定洛伦兹力的方向也可以用左手定则.由于电流方向规定为_______定向移动的方向，所以用左手定则判断洛伦兹力方向时，四指应该指向______运动的方向.磁场可以和电荷的运动速度方向不垂直，但洛伦兹力一定既垂直于电荷的速度方向，又垂直于磁感应强度方向，即垂直于速度方向和磁感应强度方向所构成的________。
3、计算洛伦兹力的公式：如果电流方向与磁场方向不垂直，设磁场与电流方向的夹角等于θ，洛伦兹力公式为__________，它表示电荷的运动方向与磁场方向在一条直线上，电荷将______磁场的作用力；当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，电荷受到的磁场力最大等于_________。
4．洛伦兹力与电场力的对比
电荷在电场中就会受到电场力，其大小等于________，和电荷是否运动______．磁场对静止的电荷____作用力，对运动的电荷也______有作用力，只有对运动方向与磁感应强度方向_________的电荷才有作用力．电场力移动电荷时，必然伴随着_____做功，涉及到______与其它形式的能的转化．洛伦兹力移动电荷时，对电荷____做功.
5、电视机显象管的工作原理：电视机显象管中的电子偏转是利用了_______________
_________________________。产生偏转电场的线圈称为__________。
6、动量：是矢量，大小为质量与速率的乘积，方向为速度方向。
【范例精析】
例1、一个长螺线管中通有恒定直流电，把一个带电粒子（不计粒子重力）沿着管轴线射入管中，粒子在管中做什么运动？
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解析：通电螺管内部的磁场是沿管轴线的，如图3-5-1所示，即带电粒子的速度方向与磁感线在同一直线上（速度与磁感应强度方向之间的夹角等于00或1800），所以粒子将不受洛伦兹力，又不计粒子的重力，所以粒子将匀速直线穿过磁场区域．
拓展：磁场对静止的电荷无相互作用力，对运动的电荷也不一定有作用力，只有当电荷的运动方向与磁感应强度方向不在一直线上时才有洛伦兹力作用．如果螺线管中通交变电流，电子如何运动？
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例2、 如图3-5-2所示，一阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线的径迹向弯曲，则（ ）
A．导线中的电流从A到B
B．导线中的电流从B到A
C．若要使电子束的径迹向上弯曲，可以改变AB中的电流方向来实现
D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关
解析： 电子在通电直导线产生的磁场中运动，无论直导线中的电流方向如何，电子的运动速度都是和磁感应强度的方向是垂直的．根据左手定则，由于是负电荷，四指应指向左方，根据电子的偏转方向可以确定磁感应强度的方向为垂直纸面向里．根据安培定则，导线中的电流方向为B到A．如果导线中的电流方向相反，则其产生磁场方向也相反，会影响到电子的偏转方向，所以本题的正确选项是BC．
拓展：本题运动电荷带负电，所以四指应指向其运动速度方向的反方向．磁感应强度方向、粒子的速度方向中任意一个反向，都会导致洛伦兹力反向，如果两个都反向，则洛伦兹力方向保持不变．
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例3、如图3-5-3所示，质量为m，带电量为q的小球，在倾角为α的光滑斜面上由静止开始下滑，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，若带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为零，问：（1）小球带电性质如何？（2）此时小球下滑的速度和位移分别是多大？
解析：（1）小球沿斜面下滑，要对斜面的压力为零，说明其受到的洛伦兹力应垂直斜面向上，根据左右定则，四指应与小球运动方向一致，所以小球带正电．
（2）当小球对斜面压力为零时，有 mgcosα=Bqv……①
得小球此时的速度为 v=mgcosα/Bq……②
由于小球沿斜面方向做匀加速运动，加速度为a=gsinα……③
由匀加速运动的位移公式 v2=2ax……④
得x=m2gcos2α/(2B2q2sinα)……⑤
拓展：小球在运动过程中只有重力做功，机械能是守恒的，随着速度的增加，洛伦兹力随之增大，是一个变力，但是小球在斜面方向上的合力是恒力，所以小球做匀加速运动，故本题可以用匀变速运动来处理；当速度达到一定值时，小球对斜面的压力为零，以后小球将离开斜面在空中运动，所以本题的位移是小球在斜面运动的最大位移．
【能力训练】
1．关于带电粒子所受洛伦兹力f、磁感应强度B和粒子速度v三者方向之间的关系，下列说法正确的是( B )
（A）f、B、v三者必定均相互垂直
（B）f必定垂直于B、v，但B不一定垂直v
（C）B必定垂直于f、v，但f不一定垂直于v
（D）v必定垂直于f、B，但f不一定垂直于B
2．如图3-5-4所示是磁场B、负电荷速度v和磁场对运动电荷作用力f三者方向的相互关系图，其中正确的是（B、f和v两两垂直）( ABC )
3．电子射入只存在磁场的空间区域后( AB )
（A）动能不可能变化 （B）动量一定变化
（C）能作匀速直线运动 （D）一定作匀变速直线运动
4．如图3-5-5所示，绝缘劈两斜面光滑且足够长，它们的倾角分别为α、β（α<β），处在垂直纸面向里的匀强磁场中，将质量相等、带等量异种电荷的小球A和B，同时从两斜面的顶端静止释放，不考虑两电荷之间的库仑力，则( AD )
（A）在斜面上两球作匀加速运动，且aA（B）在斜面上两都作变加速运动
（C）两球沿斜面运动的最大位移xA（D）两球沿斜面运动的时间tA>tB
5．电子以4×106m／s的速率垂直射入磁感应强度0．5T的匀强磁场中，受到的磁场力为_____N．如果电子射入磁场时速度v与B的方向间的夹角是180°，则电子受的磁场力为_______N．
3.2×10-13，0
6．氢核和氘核以相同的动量垂直射入同一匀强磁场中，它们所受洛仑兹力大小之比为_________．
2:1
7．如图3-5-6所示，虚线框内空间中同时存在着匀强电场和匀强磁场，匀强电场的电力线竖直向上，电场强度E=6×104伏/米，匀强磁场的磁力线未在图中画出．一带正电的粒子按图示方向垂直进入虚线框空间中，速度v=2×105米/秒．如要求带电粒子在虚线框空间做匀速运动，磁场中磁感线的方向如何？磁感应强度大小多大？(带电粒子所受重力忽略不计)
垂直低面向外、0.3特
8．如图3-5-7所示，在竖直平面内有一个正交的匀强电场和匀强磁场磁感应强度为1T，电场强度为173N／C．一个带正电的微粒，q＝2×10－6C，质量m=2×10-6kg，在这正交的电场和磁场内恰好做匀速直线运动，则带电粒子运动的速度大小多大？方向如何？
20m/s，与电场强度成60°斜向上
9．在图3-5-8中虚线所围的区域内，存在电场强度为 E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场，已知从左方水平射入的电子，穿过这个区域时未发生偏转，设重力可以忽略不计，则在这区域中的E和B的方向可能是( ABC)
（A）E和B都沿水平方向，并与电子运动的方向相同21世纪教育网
（B）E和B都沿水平方向，并与电子运动的方向相反
（C）E竖直向上，B垂直纸面向外[21世纪教育网
（D）竖直向上，B垂直纸面向里
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