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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)電荷 學(xué)　習(xí)　目　標(biāo) 知　識(shí)　脈　絡(luò) 1.會(huì)運(yùn)用左手定則判斷洛倫茲力的方向，會(huì)計(jì)算特殊情況下洛倫茲力的大?。?重點(diǎn)、難點(diǎn)) 2.知道電子的發(fā)現(xiàn)． 3.了解極光產(chǎn)生的機(jī)理. 　　洛 倫 茲 力 1．定義 磁場對運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的方向(若是負(fù)電荷，則四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)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(dāng)運(yùn)動(dòng)方向與磁場垂直時(shí)洛倫茲力的大?。篎＝qvB. (2)當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)

2、方向與磁場方向互相平行時(shí)，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(yùn)動(dòng)，就一定會(huì)受到洛倫茲力．(×) 3．帶電粒子若沿磁場方向運(yùn)動(dòng)不受洛倫茲力．(√) 怎樣判斷負(fù)電荷在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)受洛倫茲力的方向？ 【提示】　負(fù)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(shí)四指應(yīng)指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向． 1．洛倫茲力是單個(gè)運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(diǎn) (1)安培力：當(dāng)I∥B時(shí)，F(xiàn)＝0；洛倫茲力：當(dāng)v∥B時(shí)，F(xiàn)＝0. (2)安

3、培力：當(dāng)I⊥B時(shí)，F(xiàn)＝BIl，洛倫茲力：當(dāng)v⊥B時(shí)，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(diǎn)：安培力推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)時(shí)，對導(dǎo)體做功；洛倫茲力的方向與運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向垂直，對運(yùn)動(dòng)電荷永遠(yuǎn)不做功． 1．(多選)下列說法正確的是(　　) A．運(yùn)動(dòng)電荷不受洛倫茲力的地方一定沒有磁場 B．運(yùn)動(dòng)電荷受的洛倫茲力方向既與其運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度大小不變，則所受洛倫茲力一定不變 D．洛倫茲力對運(yùn)動(dòng)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(dāng)v∥B時(shí)F

4、＝0，而v⊥B時(shí)F＝qvB.洛倫茲力的方向總與速度方向垂直，對運(yùn)動(dòng)電荷不做功．同時(shí)又總與磁感線方向垂直，故B、D正確．A、C錯(cuò)誤． 【答案】　BD 2．在下列選項(xiàng)所示的四幅圖中，正確標(biāo)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(hào)：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(cuò)誤；考慮到帶電粒子帶正電，可確定選項(xiàng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，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(dòng)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(shí)，要特別注意運(yùn)動(dòng)電荷的正負(fù)，四指應(yīng)指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，或指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向． 2．計(jì)算洛倫茲力的大小時(shí)，應(yīng)注意弄清v與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向關(guān)系．當(dāng)v⊥B時(shí)，洛倫茲力F＝qvB；當(dāng)

6、v∥B時(shí)，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(shí)了陰極射線的實(shí)質(zhì)是高速運(yùn)動(dòng)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(jì)、20世紀(jì)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(gè)巨大的磁體，當(dāng)宇宙射線掠過地球附近時(shí)，帶電粒子受到地磁場的作用朝地球的磁極方向運(yùn)動(dòng)．這些粒子在運(yùn)動(dòng)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(hù)作用．(√) 3．洛倫茲力僅改變宇宙射線中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向．(√) 電子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后所受洛倫茲力的大小是否改變？其運(yùn)動(dòng)軌跡是什么形狀？ 【提示】　不變　圓 1．帶電粒子進(jìn)入磁場的速度與磁場平行時(shí)，不受洛倫茲力的作用，粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)． 2.帶電粒子進(jìn)入磁場的速度與磁場垂直時(shí)，洛倫茲力提供向心力，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖3-2-2所示，由牛頓第二定律得qvB＝. 粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R＝， 粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T＝＝. 圖3-2-2 4．洛倫茲力使帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列各圖中均標(biāo)有帶正電荷粒子的

8、運(yùn)動(dòng)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(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(qiáng)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(hào)：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(fù)電 D．粒子從b到a，帶負(fù)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(yùn)動(dòng)方向?yàn)閺腷到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(qiáng)磁場中，一個(gè)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如果又順利垂直進(jìn)入另一磁感應(yīng)強(qiáng)度是原來磁感應(yīng)強(qiáng)度2倍的勻強(qiáng)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(yùn)動(dòng)， 洛倫茲力提供向心力qvB＝， 得r＝ ① T＝＝ ② 由①②可判斷B、D選項(xiàng)正確． 【答案】　BD 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T與速度v無關(guān). 5