2018版高中物理 第3章 打開電磁學(xué)的大門 第2節(jié) 磁場中的運動電荷學(xué)案 魯科版選修1-1

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1、第2節(jié) 磁場中的運動電荷 學(xué) 習(xí) 目 標 知 識 脈 絡(luò) 1.會運用左手定則判斷洛倫茲力的方向,會計算特殊情況下洛倫茲力的大?。?重點、難點) 2.知道電子的發(fā)現(xiàn). 3.了解極光產(chǎn)生的機理.   洛 倫 茲 力 1.定義 磁場對運動電荷的作用力. 2.方向 洛倫茲力的方向用左手定則來判斷:伸開左手,使拇指與其余四指垂直,且處于同一平面內(nèi).讓磁感線垂直手心,四指指向正電荷運動的方向(若是負電荷,則四指指向負電荷運動的反方向),拇指所指的方向就是洛倫茲力的方向. 3.大小 (1)當運動方向與磁場垂直時洛倫茲力的大?。篎=qvB. (2)當帶電粒子的運動

2、方向與磁場方向互相平行時,F(xiàn)=0. 1.靜止的帶電粒子在磁場中也要受到洛倫茲力的作用.(×) 2.帶電粒子只要在磁場中運動,就一定會受到洛倫茲力.(×) 3.帶電粒子若沿磁場方向運動不受洛倫茲力.(√) 怎樣判斷負電荷在磁場中運動時受洛倫茲力的方向? 【提示】 負電荷在磁場中受力的方向與正電荷受力的方向相反,利用左手定則時四指應(yīng)指向負電荷運動的反方向. 1.洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力,而安培力是導(dǎo)體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn). 2.洛倫茲力與安培力的共同點 (1)安培力:當I∥B時,F(xiàn)=0;洛倫茲力:當v∥B時,F(xiàn)=0. (2)安

3、培力:當I⊥B時,F(xiàn)=BIl,洛倫茲力:當v⊥B時,F(xiàn)=qvB. (3)洛倫茲力與安培力的方向都是根據(jù)左手定則來判斷. 3.安培力和洛倫茲力的不同點:安培力推動導(dǎo)體運動時,對導(dǎo)體做功;洛倫茲力的方向與運動電荷的速度方向垂直,對運動電荷永遠不做功. 1.(多選)下列說法正確的是(  ) A.運動電荷不受洛倫茲力的地方一定沒有磁場 B.運動電荷受的洛倫茲力方向既與其運動的方向垂直,又與磁感線方向垂直 C.帶電荷量為q的電荷,在磁場中運動速度大小不變,則所受洛倫茲力一定不變 D.洛倫茲力對運動電荷不做功 【解析】 洛倫茲力的大小不但與速度大小有關(guān),還與速度方向有關(guān),如當v∥B時F

4、=0,而v⊥B時F=qvB.洛倫茲力的方向總與速度方向垂直,對運動電荷不做功.同時又總與磁感線方向垂直,故B、D正確.A、C錯誤. 【答案】 BD 2.在下列選項所示的四幅圖中,正確標明了在磁場中帶正電的粒子所受洛倫茲力f方向的是(  ) 【導(dǎo)學(xué)號:18152065】 【解析】 由左手定則可知,洛倫茲力的方向一定與速度和磁場垂直,故C、D均錯誤;考慮到帶電粒子帶正電,可確定選項A正確. 【答案】 A 3.初速度為v0的電子,沿平行于通電長直導(dǎo)線的方向射出,直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始運動方向如圖3-2-1所示,則(  ) 圖3-2-1 A.電子將向右偏轉(zhuǎn),速率不變

5、B.電子將向左偏轉(zhuǎn),速率改變 C.電子將向左偏轉(zhuǎn),速率不變 D.電子將向右偏轉(zhuǎn),速率改變 【解析】 電子在通電長直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場中運動,由安培定則判定直導(dǎo)線右側(cè)區(qū)域內(nèi)的磁場方向是垂直紙面向里的,再由左手定則判定電子所受洛倫茲力方向向右,所以電子向右偏轉(zhuǎn),但洛倫茲力的方向始終與速度方向垂直,洛倫茲力始終對電子不做功,電子的動能保持不變,速率不變,故選A. 【答案】 A 1.用左手定則判斷洛倫茲力方向時,要特別注意運動電荷的正負,四指應(yīng)指向正電荷運動的方向,或指向負電荷運動的反方向. 2.計算洛倫茲力的大小時,應(yīng)注意弄清v與磁感應(yīng)強度B的方向關(guān)系.當v⊥B時,洛倫茲力F=qvB;當

6、v∥B時,F(xiàn)=0. 電 子 的 發(fā) 現(xiàn) 1.電子的發(fā)現(xiàn):英國物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)陰極射線在磁場中偏轉(zhuǎn),并且通過分析證實了陰極射線的實質(zhì)是高速運動的電子流. 電子的發(fā)展與X射線和物質(zhì)放射性的發(fā)現(xiàn)一起被稱為19世紀、20世紀之交的三大發(fā)現(xiàn). 2.極光的解釋:在地球的兩極,有一種自然奇觀——極光,出現(xiàn)在南半球的稱為南極光,出現(xiàn)在北半球的稱為北極光. 地球是個巨大的磁體,當宇宙射線掠過地球附近時,帶電粒子受到地磁場的作用朝地球的磁極方向運動.這些粒子在運動過程中撞擊大氣,激發(fā)氣體原子產(chǎn)生光輻射,這就是極光. 1.電子的發(fā)現(xiàn)促使人們?nèi)ヌ剿髟觾?nèi)部的奧秘.(√) 2.地磁場

7、對地球上的生命起著十分重要的保護作用.(√) 3.洛倫茲力僅改變宇宙射線中帶電粒子的運動方向.(√) 電子垂直進入勻強磁場后所受洛倫茲力的大小是否改變?其運動軌跡是什么形狀? 【提示】 不變 圓 1.帶電粒子進入磁場的速度與磁場平行時,不受洛倫茲力的作用,粒子做勻速直線運動. 2.帶電粒子進入磁場的速度與磁場垂直時,洛倫茲力提供向心力,粒子做勻速圓周運動,如圖3-2-2所示,由牛頓第二定律得qvB=. 粒子做勻速圓周運動的半徑R=, 粒子做勻速圓周運動的周期T==. 圖3-2-2 4.洛倫茲力使帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動,下列各圖中均標有帶正電荷粒子的

8、運動速度v,洛倫茲力F及磁場B的方向,虛線圓表示粒子的軌跡,其中可能出現(xiàn)的情況是(  ) 【解析】 根據(jù)左手定則,以及洛倫茲力使帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動,即洛倫茲力提供向心力,所以其中可能出現(xiàn)的情況只有A. 【答案】 A 5.一帶電粒子,沿垂直于磁場的方向射入一勻強磁場,粒子的一段徑跡如圖3-2-3所示,徑跡上每一小段都可以看成圓弧,由于帶電粒子使沿途空氣電離,粒子的能量逐漸減小(電荷量不變)則可判定(  ) 【導(dǎo)學(xué)號:18152066】 圖3-2-3 A.粒子從a到b,帶正電 B.粒子從b到a,帶正電 C.粒子從a到b,帶負電 D.粒子從b到a,帶負電

9、 【解析】 由于粒子的能量逐漸減小,由qvB=m知R=,粒子的半徑應(yīng)逐漸減小,所以粒子的運動方向為從b到a,根據(jù)左手定則可判定粒子帶正電,故B正確. 【答案】 B 6.(多選)在勻強磁場中,一個帶電粒子做勻速圓周運動,如果又順利垂直進入另一磁感應(yīng)強度是原來磁感應(yīng)強度2倍的勻強磁場,則(  ) A.粒子的速度加倍,周期減半 B.粒子的速度大小不變,軌道半徑減半 C.粒子的速度減半,軌道半徑變?yōu)樵瓉淼?/4 D.粒子的速度大小不變,周期減半 【解析】 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動, 洛倫茲力提供向心力qvB=, 得r= ① T== ② 由①②可判斷B、D選項正確. 【答案】 BD 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期T與速度v無關(guān). 5

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