2019-2020學(xué)年高中物理 第2章 4 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用學(xué)案 新人教版選修1-1

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1、四、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.理解安培力是導(dǎo)線中定向運(yùn)動(dòng)的電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)．(難點(diǎn)) 2．學(xué)會(huì)用左手定則判斷帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)方向的問(wèn)題．(重點(diǎn)) 3．知道電子束的磁偏轉(zhuǎn)原理及其在技術(shù)中的應(yīng)用．(難點(diǎn)) 一、洛倫茲力 1．定義 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的力叫洛倫茲力． 2．洛倫茲力與安培力的關(guān)系 通電導(dǎo)線受到的安培力，是導(dǎo)線中定向運(yùn)動(dòng)的電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)． 3．洛倫茲力的方向 洛倫茲力的方向遵循左手定則．即伸開(kāi)左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線穿入手心，并使四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，

2、那么，拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向；負(fù)電荷的受力方向與正電荷的受力方向相反． 二、顯像管的工作原理 1．在洛倫茲力演示儀中可以觀察到，沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，電子束是直進(jìn)的，外加磁場(chǎng)以后，電子束的徑跡變成圓形．磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和電子的速度都能影響圓的半徑． 2．電視機(jī)顯像管中電子束的偏轉(zhuǎn)利用的就是運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的原理來(lái)工作的． 3．顯像管中有一個(gè)陰極，工作時(shí)它能發(fā)射電子，熒光屏被電子束撞擊就能發(fā)光．電子束經(jīng)過(guò)水平偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和豎直偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，且偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱都在不斷變化，因此電子束打在熒光屏上的光點(diǎn)不斷移動(dòng)． 1．思考判斷 (1)靜止的電荷在磁場(chǎng)中可能受洛倫茲

3、力． (×) (2)電荷若沿磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)不受洛倫茲力． (√) (3)洛倫茲力的方向總是與粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直． (√) (4)電視機(jī)顯像管中電子束的偏轉(zhuǎn)是利用的洛倫茲力． (√) (5)電子束撞擊熒光屏?xí)r熒光屏?xí)l(fā)光． (√) (6)電視機(jī)顯像管中若磁場(chǎng)加強(qiáng)，電子束偏轉(zhuǎn)幅度變?。?(×) 2．航天員若要走出艙外，所穿的宇航服必須要能阻擋宇宙射線的輻射．而射向地球的絕大多數(shù)宇宙射線，在地磁場(chǎng)洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，基本到達(dá)不了地球表面．如圖所示，一束帶正電粒子流(類似于宇宙射線)沿圖中箭頭所示方向通過(guò)兩磁極間時(shí)，其偏轉(zhuǎn)方向?yàn)?　　) A．向上　B．向下 C．向N極 D．向S

4、極 A　[蹄形磁鐵磁極之間的磁場(chǎng)方向由N極指向S極，帶電粒子沿題圖箭頭的方向運(yùn)動(dòng)，根據(jù)左手定則，洛倫茲力方向向上，則粒子向上偏轉(zhuǎn)，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．] 3．(多選)關(guān)于電場(chǎng)力和洛倫茲力，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．電荷只要處在電場(chǎng)中，就會(huì)受到電場(chǎng)力，而電荷靜止在磁場(chǎng)中，不可能受到磁場(chǎng)力 B．電場(chǎng)對(duì)在其中的電荷一定做功，磁場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷也一定做功 C．電場(chǎng)力和洛倫茲力一樣，受力方向都在電場(chǎng)線和磁感線上 D．只有運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場(chǎng)中才可能受到洛倫茲力的作用 AD　[電荷在電場(chǎng)中一定受到電場(chǎng)力的作用，但只有運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場(chǎng)中才可能受到洛倫茲力的作用，洛倫茲力永遠(yuǎn)不做功．]

5、 4．如圖所示，陰極射線管發(fā)出的電子束在陽(yáng)極和陰極間強(qiáng)電場(chǎng)的作用下沿直線運(yùn)動(dòng)，如果在射線管所在區(qū)域內(nèi)加上垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則電子束的偏轉(zhuǎn)方向?yàn)?　　) A．向上偏轉(zhuǎn) B．向下偏轉(zhuǎn) C．垂直紙面向里偏轉(zhuǎn) D．垂直紙面向外偏轉(zhuǎn) B　[帶電粒子所受洛倫茲力的方向決定電子束的偏轉(zhuǎn)方向，可用左手定則判定，但在運(yùn)用左手定則判定洛倫茲力方向時(shí)，磁場(chǎng)垂直穿過(guò)手心，四指應(yīng)指向電子運(yùn)動(dòng)的反方向，則大拇指所指的方向即為洛倫茲力的方向，方向?yàn)樨Q直向下，故電子束向下偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)B正確．] 對(duì)洛倫茲力的理解 1.洛倫茲力與安培力的關(guān)系 通電導(dǎo)線受安培力是內(nèi)部大量定向移動(dòng)電荷受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)

6、；而洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)． 2．洛倫茲力的作用特點(diǎn) 由于洛倫茲力遵守左手定則，其方向總是與電荷的運(yùn)動(dòng)方向垂直，因此洛倫茲力只改變速度方向不改變速度大小，對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功． 3．洛倫茲力和電場(chǎng)力的比較 洛倫茲力 電場(chǎng)力 性質(zhì) 磁場(chǎng)對(duì)在其中運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 電場(chǎng)對(duì)放入其中電荷的作用力 產(chǎn)生 條件 磁場(chǎng)中靜止電荷、沿磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的電荷不受洛倫茲力 電場(chǎng)中的電荷無(wú)論是靜止還是沿任何方向運(yùn)動(dòng)，都要受到電場(chǎng)的作用力 方向 ①方向由電荷正負(fù)、磁場(chǎng)方向以及電荷運(yùn)動(dòng)方向決定，各方向之間關(guān)系遵循左手定則 ②洛倫茲力方向一定垂直于磁場(chǎng)方向以及電荷運(yùn)動(dòng)方向(電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方

7、向不一定垂直) ①方向由電荷正負(fù)、電場(chǎng)方向決定 ②正電荷受力方向與電場(chǎng)方向一致，負(fù)電荷受力方向與電場(chǎng)方向相反 做功 情況 一定不做功 可能做正功，可能做負(fù)功，也可能不做功 【例1】　(多選)一個(gè)電子穿過(guò)某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則(　　) A．此空間一定不存在磁場(chǎng) B．此空間可能有磁場(chǎng)，方向與電子速度方向平行 C．此空間可能有磁場(chǎng)，方向與電子速度方向垂直 D．此空間可能有正交的磁場(chǎng)和電場(chǎng)，它們的方向均與電子速度方向垂直 思路點(diǎn)撥：①“未發(fā)生偏轉(zhuǎn)”說(shuō)明電子做直線運(yùn)動(dòng)． ②做直線運(yùn)動(dòng)的條件是物體所受合力為零或合力與運(yùn)動(dòng)方向在一條直線上． BD　[依據(jù)對(duì)洛倫茲力的說(shuō)明可知：當(dāng)

8、v的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向平行時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷不受洛倫茲力的作用，帶電粒子仍然以速度v做勻速直線運(yùn)動(dòng)．因此一個(gè)電子穿過(guò)某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn)不能說(shuō)此空間一定不存在磁場(chǎng)，只能說(shuō)明此空間可能有磁場(chǎng)，方向與電子速度方向平行，或者說(shuō)明此空間可能有正交的磁場(chǎng)和電場(chǎng)，它們的方向均與電子速度方向垂直，導(dǎo)致電子所受合力為零．因此，本題的正確選項(xiàng)為B、D.] [注意事項(xiàng)]　 (1)電荷在電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力，而在磁場(chǎng)中不一定受洛倫茲力． (2)洛倫茲力方向與速度方向一定垂直，而電場(chǎng)力的方向與速度方向無(wú)必然聯(lián)系． 1．在以下幾幅圖中，洛倫茲力的方向判斷不正確的是(　　) C　[根據(jù)左手定則，垂直紙面向

9、里的磁感線穿過(guò)手心，四指指向正電荷的運(yùn)動(dòng)方向向右，大拇指指向洛倫茲力的方向，判斷出來(lái)洛倫茲力向上，故A正確．根據(jù)左手定則，垂直紙面向外的磁感線穿過(guò)手心，四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向向右，大拇指指向洛倫茲力的方向，判斷出來(lái)洛倫茲力向下，故B正確．當(dāng)速度與磁感線平行時(shí)，電荷不受洛倫茲力，故C錯(cuò)誤．根據(jù)左手定則，水平向左的磁感線穿過(guò)手心，四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向即向上，拇指指向洛倫茲力的方向，判斷出來(lái)洛倫茲力方向垂直紙面向外，故D正確．] 顯像管的工作原理 1.磁偏轉(zhuǎn) 借助磁場(chǎng)的作用，使電子束(或其他的運(yùn)動(dòng)電荷)改變運(yùn)動(dòng)方向的現(xiàn)象，稱為磁偏轉(zhuǎn)． 2．工作原理 顯像管原理示意圖如圖

10、所示，顯像管的最前端為熒光屏，最后端是電子槍，管頸處是兩個(gè)偏轉(zhuǎn)線圈．當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈未加磁場(chǎng)時(shí)，電子槍發(fā)出的電子束將轟擊在熒光屏的中心，熒光屏的中心就出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)．當(dāng)顯像管接收到影像信號(hào)時(shí)，磁偏轉(zhuǎn)裝置就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)變化的磁場(chǎng)，使電子束從熒光屏左上角開(kāi)始向右掃描出一條水平線，之后再掃描下面一條線．如此高頻率地反復(fù)掃描，并利用人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)，使熒光屏上的亮點(diǎn)構(gòu)成我們看到的影像． 【例2】　如圖所示為顯像管工作原理示意圖，沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)電子束打在熒光屏正中的O點(diǎn)，為使電子束偏轉(zhuǎn)，在管頸區(qū)域加有偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(由偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生)． (1)要使電子束在豎直方向偏離中心，打在熒光屏上的A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向

11、？ (2)電子束打在圖中的B點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向？ 思路點(diǎn)撥：解此題關(guān)鍵是電子槍發(fā)出電子帶負(fù)電，應(yīng)用左手定則時(shí)四指指向運(yùn)動(dòng)反方向． [解析]　(1)電子打到A點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中向上偏轉(zhuǎn)，由左手定則可知，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向應(yīng)該垂直紙面向外，電子才能打在A點(diǎn)． (2)電子向下偏轉(zhuǎn)，由左手定則知，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向應(yīng)該垂直紙面向里，電子才能打在B點(diǎn)． [答案]　(1)垂直紙面向外　(2)垂直紙面向里 2．如圖為說(shuō)明電視機(jī)顯像管偏轉(zhuǎn)線圈作用的示意圖．當(dāng)線圈中通過(guò)圖示方向的電流時(shí)，一束沿中心軸線O自紙內(nèi)射向紙外的電子流，將(　　) A．向左偏轉(zhuǎn)　　　　　 B．向右偏轉(zhuǎn) C．向上偏轉(zhuǎn)

12、D．向下偏轉(zhuǎn) B　[根據(jù)左右兩側(cè)通電螺線管的電流方向，可判斷出磁場(chǎng)的方向．在O點(diǎn)，磁感線的方向?yàn)樨Q直向上，再由左手定則判斷出電子受到向右的洛倫茲力，故電子流向右偏轉(zhuǎn)，B項(xiàng)正確．] 1．(多選)關(guān)于洛倫茲力的方向的判定，以下說(shuō)法正確的是(　　) A．用左手定則判定洛倫茲力的方向時(shí)，“四指指向”與電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向相同 B．用左手定則判定洛倫茲力的方向時(shí)，“四指指向”與電荷運(yùn)動(dòng)形成等效電流方向相同 C．正電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向即是該處磁場(chǎng)方向 D．若將在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)電荷＋q換為－q且速度方向反向，則洛倫茲力方向不變 BD　[運(yùn)用左手定則時(shí)，“四指指向”應(yīng)沿電荷定向移動(dòng)形成

13、的等效電流方向，而不一定沿電荷定向移動(dòng)方向，因?yàn)樨?fù)電荷定向移動(dòng)形成電流的方向與其運(yùn)動(dòng)方向反向．通過(guò)左手定則所確定的洛倫茲力與磁場(chǎng)之間關(guān)系可知：兩者方向相互垂直，而不是相互平行．] 2．如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)水平向右，電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方向水平向右，則該電子(　　) A．不受洛倫茲力 B．受洛倫茲力，方向向上 C．受洛倫茲力，方向向下 D．受洛倫茲力，方向向左 A　[電子運(yùn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)方向平行，該電子不受洛倫茲力，故以原來(lái)的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．] 3．(多選)如圖所示，一陰極射線管左側(cè)不斷有電子射出，若在管的正下方放一通電直導(dǎo)線AB時(shí)，發(fā)現(xiàn)射線的徑跡向下

14、彎曲，則(　　) A．導(dǎo)線中的電流從A到B B．導(dǎo)線中的電流從B到A C．若要使電子束的徑跡向上彎曲，可以改變AB中的電流方向來(lái)實(shí)現(xiàn) D．電子束的徑跡與AB中的電流方向無(wú)關(guān) BC　[電子在通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，無(wú)論直導(dǎo)線中的電流方向如何，電子的運(yùn)動(dòng)速度都是和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是垂直的．根據(jù)左手定則，由于是負(fù)電荷，四指應(yīng)指向左方，根據(jù)電子的偏轉(zhuǎn)方向可以確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶铮鶕?jù)安培定則，導(dǎo)線中的電流方向?yàn)锽到A.如果導(dǎo)線中的電流方向相反，則其產(chǎn)生磁場(chǎng)方向也相反，會(huì)影響到電子的偏轉(zhuǎn)方向，所以本題的正確選項(xiàng)是B、C.] 4．試判斷各圖中帶電粒子所受洛倫茲力的方向或粒子的帶電性． [解析]　(a)、(b)中已知B、v方向，由左手定則可判定洛倫茲力方向，圖(a)豎直向上，圖(b)垂直紙面向里，如解析圖(a)、(b)所示；(c)中已知B、v和F，由左手定則可判定粒子帶負(fù)電；同理(d)中由左手定則可判斷洛倫茲力方向垂直紙面向里，如解析圖(d)所示． [答案]　見(jiàn)解析圖 - 7 -