(共35张PPT)
第一章
电与磁
第六节 洛伦兹力初探
自
主
预
习
探
新
知
垂直
运动电荷
垂直
玻璃屏幕
垂直
方向
偏转
电子枪
线圈
荧光屏
×
×
×
×
√
√
合
作
探
究
攻
重
难
洛伦兹力的方向
课
堂
小
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素
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答案
解析答案
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O
××××
××××
××××
B
C
D
谢谢次赏
谢谢欣赏课时分层作业(六)
(时间：40分钟 分值：100分)
一、选择题(本题共6小题，每小题7分)
1．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
B [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错误；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，F＝0，C错误；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错误．]
2．带电粒子以一定的速度垂直射入匀强磁场中，(不计粒子的重力)带电粒子在磁场中将做( )
A．匀速直线运动
B．匀加速直线运动
C．匀速圆周运动
D．无法确定
C [带电粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力，洛伦兹力始终与速度方向垂直，只改变速度的方向，不改变速度的大小，因而做匀速圆周运动，故C正确．]
3．如图所示，一束带电粒子沿着通有电流的螺线管的轴线射入管内，则粒子在管内的运动状态是( )
A．匀速直线运动
B．匀加速直线运动
C．匀减速直线运动
D．因不知电流方向，无法判断
A [螺线管内部为匀强磁场，方向与轴线平行．带电粒子沿轴线射入，速度方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力，做匀速直线运动．]
4．关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动，下列说法正确的是( )
A．带电粒子沿电场线射入电场，电场力对带电粒子一定做正功，粒子动能增加
B．带电粒子垂直于电场线方向射入电场，电场力对带电粒子不做功，粒子动能不变
C．带电粒子沿磁感线方向射入磁场，洛伦兹力对带电粒子一定做正功，粒子动能增加
D．不管带电粒子怎样射入磁场，洛伦兹力对带电粒子都不做功，粒子动能都不变
D [带电粒子沿电场线射入电场，因粒子电性未知，故电场力可能做正功，也可能做负功，粒子动能变化也不确定；粒子垂直电场线射入电场，粒子在电场力作用下做类平抛运动，电场力做正功，粒子动能增加；带电粒子射入磁场，由于洛伦兹力方向始终与速度方向垂直不做功，粒子动能不变．所以D正确．]
5．在以下几幅图中，洛伦兹力的方向判断正确的是( )
B [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于纸面向外．]
6．汤姆生通过对阴极射线的研究发现了电子．如图所示，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( )
A．向上
B．向下
C．向左
D．向右
B [根据左手定则可判断电子所受洛伦兹力的方向向下．]
二、非选择题(8分)
7．如图所示，一个带正电的粒子以速度v1在xOy平面内运动时，它所受匀强磁场B的洛伦兹力F洛1的方向指向z轴负方向，如果此粒子以速度v2沿z轴正向运动，则粒子所受洛伦兹力F洛2的方向指向x轴正向，由此可知B的方向为________．
[答案] 指向y轴负方向
一、选择题(本题共4小题，每小题7分)
1．如果运动电荷除磁场力外不受其他任何力的作用，则带电粒子在磁场中做下列运动可能成立的是( )
A．做匀速直线运动
B．做匀变速直线运动
C．做变加速直线运动
D．做匀变速曲线运动
A [当v∥B时，f＝0，故运动电荷不受洛伦兹力作用而做匀速直线运动．当v与B不平行时，f≠0且f与v恒垂直，即f只改变v的方向，故运动电荷做匀速圆周运动．]
2．(多选)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．相对于预定点向东偏转
C．做曲线运动
D．相对于预定点，稍向北偏转
BC [地球表面地磁场方向由南向北，质子带正电，由左手定则可判定，质子自赤道上空竖直下落过程中所受洛伦兹力方向向东，将偏东做曲线运动．]
3．(多选)如图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( )
A．导线中的电流由A流向B
B．导线中的电流由B流向A
C．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
BC [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．]
4．如图所示，一带负电的粒子从上向下射入相互垂直的匀强电场和匀强磁场并存的区域，磁感应强度为B，若使该粒子做匀速运动，电场强度方向应(不计重力)( )
A．与磁场方向平行且向里 B．与磁场方向平行且向外
C．与磁场方向垂直且向左
D．与磁场方向垂直且向右
C [由左手定则可知，此粒子所受洛伦兹力方向水平向左，要使粒子做匀速运动，粒子所受电场力应向右，由于粒子带负电，故电场强度方向与磁场方向垂直且向左．]
二、非选择题(本题共2小题，共22分)
5．(8分)如图所示为磁流体发电机示意图，若飞入的等离子体均为一价离子，则打在下极板的是什么性质的离子？
[解析] 由左手定则可以判断正电荷向下偏转，负电荷向上偏转，所以打在下极板的是带正电离子．
[答案] 正电离子
6．(14分)如图为电视机显像管原理示意图，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，在管颈区域加有偏转磁场(由偏转线圈产生)．请回答下列问题：
(1)电子束在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应沿什么方向？
(2)电子束打在图中的B点，偏转磁场应沿什么方向？
(3)如果要使电子束打在荧光屏上的位置由中心O逐渐向A点移动，偏转磁场的强弱应该怎样变化？
[解析] (1)由左手定则可判断出偏转磁场垂直纸面向外．
(2)由左手定则可判断出偏转磁场垂直纸面向里．
(3)如果要使电子束打在荧光屏上的位置由中心O逐渐向A点移动，应逐渐增大电子受到的洛伦兹力．因带电粒子通过磁场的区域越强，其偏转程度越大，所以磁感应强度应由零逐渐增大．
[答案] 见解析第六节 洛伦兹力初探
[学习目标] 1.了解什么是洛伦兹力．2.知道洛伦兹力的应用．(重点)3.会判断洛伦兹力的方向．(重点、难点)
一、磁场对运动电荷的作用
1．洛伦兹力的定义：磁场对运动电荷的作用力．
2．洛伦兹力的方向：洛伦兹力的方向与磁场方向垂直，与运动电荷的运动方向垂直．电视机的显像管正是利用洛伦兹力来工作的．
二、磁偏转与显像管
1．磁偏转：借助垂直于电子束运动方向的磁场使电子束改变方向或者发生偏转的方法称为磁偏转．
2．显像管的结构：主要由电子枪、线圈、荧光屏和玻璃屏幕四部分组成．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)洛伦兹力的方向与磁场方向平行．
(×)
(2)洛伦兹力将使粒子的速度变大．
(×)
(3)静止的带电粒子在磁场中也要受到洛伦兹力的作用．
(×)
(4)在显像管中，电子受洛伦磁力的作用，径迹发生偏转．
(√)
(5)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．
(×)
(6)电子撞击荧光屏时荧光屏会发光．
(√)
[提示] (1)洛伦兹力的方向与磁场方向垂直．
(2)洛伦兹力不改变速度的大小．
(3)静止的带电粒子在磁场中不受洛伦兹力的作用．
(5)回旋加速器使带电粒子获得的最大动能与加速电压无关．
2．关于运动电荷和磁场的说法中，正确的是( )
A．运动电荷在某点不受洛伦兹力作用，这点的磁感应强度必为零
B．电荷的运动方向、磁感应强度方向和电荷所受洛伦兹力的方向一定互相垂直
C．电子射线由于受到垂直于它的磁场作用而偏转，这是因为洛伦兹力对电子做功的结果
D．电荷与磁场没有相对运动，电荷就一定不受磁场的作用力
D [运动电荷处于磁感应强度为零处，所受洛伦兹力为零，但当运动电荷的速度方向和磁场方向一致时(同向或反向)也不受洛伦兹力的作用；运动电荷受到的洛伦兹力垂直于磁场方向和电荷运动方向所决定的平面，即洛伦兹力既垂直于磁场方向，也垂直于电荷的运动方向，但磁场方向和电荷运动方向不一定垂直；因为洛伦兹力一定垂直于电荷的运动方向，所以洛伦兹力永远不做功；运动电荷受洛伦兹力的作用，这里的运动应是与磁场的相对运动．]
3．如图为阴极射线管的结构示意图，阴极射线发出的电子束在阴极和阳极间强电场的作用下沿直线运动，如果在射线管所在区域内加上垂直纸面向里的匀强磁场，则电子束的偏转方向为( )
A．向上偏转
B．向下偏转
C．向纸内偏转
D．向纸外偏转
B [带电粒子所受洛伦兹力的方向可用左手定则判定．在用左手定则判定洛伦兹力方向时，四指应指向电子运动的反方向，磁场垂直穿过手心，则大拇指所指的方向即为洛伦兹力的方向．]
洛伦兹力的方向
1．洛伦兹力方向与安培力方向的确定是一样的，都是由左手定则判定．判断洛伦兹力的方向时一定要注意F垂直于v与B所决定的平面．
2．当运动电荷的速度v的方向与磁感应强度的方向平行时，运动电荷不受洛伦兹力作用，仍以初速度v做匀速直线运动．而磁场中静止的电荷也不受洛伦兹力的作用．导体平行磁场方向放置时，定向移动的电荷不受洛伦兹力，所以导体也不受安培力．
3．洛伦兹力对运动电荷永不做功，而安培力对运动导体却可以做功．由于洛伦兹力F始终垂直于电荷速度v的方向，不论电荷做什么性质的运动，也不论电荷是什么样的运动轨迹，F只改变v的方向，并不改变v的大小，所以洛伦兹力对运动电荷不做功．
【例1】 如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)( )
A B C D
C [由于B、F、v两两垂直，根据左手定则得：A、B、D选项中电荷所受的洛伦兹力都与图示F的方向相反，故A、B、D错误，C正确．]
确定洛伦兹力的方向需明确运动电荷的电性，特别注意负电荷的运动方向与左手四指的指向应相反．
［跟进训练］
1．带正电荷q的粒子(不计重力)进入匀强磁场中，能在磁场中受力发生垂直纸面向里偏转的是( )
D [选项A、B中电荷运动方向与磁场方向平行不受洛伦兹力．由左手定则知，C项中电荷受洛伦兹力垂直纸面向外，D项电荷受洛伦兹力垂直纸面向里．]
带电粒子在磁场中偏转及其应用
1．电视机显像管原理
显像管由电子枪(应用热电子发射和电场加速的原理，发出高速电子束)、线圈(利用电流的磁效应产生磁场)、荧光屏(荧光物质在高速电子的轰击下发光)和玻璃屏幕(保护作用)四部分组成(如图所示)．
电子枪产生的高能电子束，穿过磁偏转线圈产生的磁场时，受洛伦兹力的作用，运动径迹发生偏转，打在荧光物质上，产生亮点．通过受视频信号控制的偏转线圈中的电流的变化改变磁场，屏上的亮点的位置随之改变．
彩色显像管中三支电子枪同时工作或一支电子枪同时发出三束电子．
2．回旋加速器
美国物理学家劳伦斯于1932年发明．其结构如图所示，核心部件为两个D形盒(加匀强磁场)和其间的夹缝(加交变电场)．
(1)磁场的作用：带电粒子以某一速度从D形盒中心附近垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，带电粒子每次进入D形盒都运动相同的时间(半个周期)后沿平行电场方向进入夹缝的电场．带电粒子被加速后在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径增大，但周期却不变．(如图所示)
(2)电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的夹缝区域存在周期性变化的并垂直于两个D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速．
(3)交变电压的作用：为保证带电粒子每次经过夹缝时都被加速，使之能量不断提高，需在夹缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压．
【例2】 显像管是电视机中的一个重要元件，如图所示为电视机显像管的偏转线圈示意图，圆心墨点表示电子枪射出的电子，它的方向由纸内指向纸外，当偏转线圈通以图示方向的电流时，电子束应( )
A．向左偏转
B．向上偏转
C．不偏转
D．向下偏转
思路点拨：①由安培定则判断O点处磁场方向．
②由左手定则判断电子受洛伦兹力的方向．
B [由安培定则判断电子所在处的磁场方向水平向左，再由左手定则判断运动的电子受洛伦兹力方向向上．选项B正确．]
(1)洛伦兹力方向垂直磁场方向，也垂直于速度方向．
(2)显像管工作原理是磁场使电子束发生偏转．
［跟进训练］
2．回旋加速器中( )
A．电场和磁场同时用来加速带电粒子
B．只有电场用来加速带电粒子
C．电场和磁场用来防止外界粒子进入回旋加速器
D．一带电粒子不断被加速的过程中，交变电源的电压也要不断增大
B [回旋加速器中电场是用来加速带电粒子的，且交变电源的电压不需要改变；而磁场是用来让粒子做匀速圆周运动的，以便粒子周期性地进入电场被加速．]
1．关于电荷在磁场中的受力，下列说法中正确的是( )
①静止电荷一定不受洛伦兹力作用，运动电荷也不一定受洛伦兹力作用
②洛伦兹力的方向不可能与磁场方向平行
③洛伦兹力的方向与带电粒子运动的速度方向有可能平行
④粒子运动的方向与磁场不垂直时，一定不受洛伦兹力作用
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
A [静止电荷不受洛伦兹力，而运动电荷只有当其运动方向与磁场方向不平行时才受洛伦兹力，并且洛伦兹力方向一定与速度方向垂直，故A正确．]
2．对阴极射线管的认识，下列说法错误的是( )
A．阴极射线管是用来观察电子束运动轨迹的装置
B．阴极射线管内部抽成真空
C．借助阴极射线管我们可以看到每个电子的运动轨迹
D．阴极射线管工作时，它的阴极和阳极之间存在强电场
C [运动的电子是用肉眼看不到的，在阴极射线管中我们是借助大量电子轰击荧光物质发光来观察电子束运动径迹的，但不是一个电子的轨迹．]
3．如图所示，表示磁场感应强度B，电流I，安培力F的相互关系图，错误的是( )
D [安培力的方向由左手定则判定：伸开左手，使大姆指跟其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，大拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的受力方向．]
