高中物理 2.4 磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用學(xué)案 新人教版選修1-1

1、 2.4 磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.知道用電子射線管研究磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用.2.會(huì)用左手定則判斷洛倫茲力的方向.3.了解電子束的磁偏轉(zhuǎn)，理解其原理.4.知道電視機(jī)顯像管是利用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理，了解其工作過程一、洛倫茲力1定義：磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力叫洛倫茲力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)二、洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向遵循左手定則即伸開左手，使拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線從手心進(jìn)入，并使四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向；負(fù)電荷的受力方向

2、與正電荷的受力方向相反三、顯像管的工作原理1電視機(jī)顯像管應(yīng)用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理2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.一、洛倫茲力問題設(shè)計(jì)1觀察電子射線管，了解其結(jié)構(gòu)不加磁場，觀察電子束的徑跡，可以得出什么結(jié)論？把電子射線管放在蹄形磁鐵的兩極之間，觀察電子束的徑跡，又可得出什么結(jié)論？調(diào)換磁鐵南北極的位置，觀察電子束的徑跡，又可得出什么結(jié)論？答案不加磁場，電子束為直線；放在蹄形磁鐵的兩極之間時(shí)，電子束發(fā)生了偏轉(zhuǎn)調(diào)換磁鐵南北極，電子束的偏轉(zhuǎn)方向改變2保持電子射線管不動(dòng)，在緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)磁鐵從而改變磁場的方向，再次觀察電子束的徑跡，又可得出什么結(jié)論？答案電子束的偏轉(zhuǎn)方向改變

3、要點(diǎn)提煉1洛倫茲力(1)實(shí)質(zhì)通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)洛倫茲力是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的微觀本質(zhì)(2)方向安培力的方向根據(jù)左手定則判斷，而安培力是大量定向移動(dòng)的電荷所受洛倫茲力作用的宏觀表現(xiàn)，因此洛倫茲力的方向也可用左手定則來判斷說明由于電荷有正、負(fù)之分，故四指應(yīng)指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向相當(dāng)于指向電流的方向2洛倫茲力的特點(diǎn)(1)洛倫茲力與電荷運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)v0時(shí)，F(xiàn)洛0.(2)由于F洛始終與v垂直，所以洛倫茲力永不做功，這一點(diǎn)與安培力不同，安培力可以對通電導(dǎo)線做功二、電子束的磁偏轉(zhuǎn)和顯像管的工作原理問題設(shè)計(jì)探究洛倫茲力演示儀的結(jié)構(gòu)，請思考：1它是通過改

4、變什么達(dá)到改變電子速度和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的？答案通過改變電子槍兩極間的電壓改變電子的速度，通過改變線圈中電流的強(qiáng)弱改變磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小2沒有磁場時(shí)電子束沿直線運(yùn)動(dòng)；外加磁場后電子束沿圓周運(yùn)動(dòng)，圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與什么有關(guān)？答案磁場的強(qiáng)弱和電子的速度都能影響圓周運(yùn)動(dòng)的半徑要點(diǎn)提煉1磁偏轉(zhuǎn)由于受洛倫茲力的作用，電子束能在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，叫做磁偏轉(zhuǎn)電子束磁偏轉(zhuǎn)是電視機(jī)顯像管工作的基本原理之一2顯像管工作原理(1)顯像管工作原理如圖1所示圖1(2)加速：顯像管中有一個(gè)陰極，用低壓電源加熱時(shí)放出電子，經(jīng)高電壓加速后電子束打在熒光屏上，熒光屏就能發(fā)光但一細(xì)束電子打在熒光屏上只能使一個(gè)點(diǎn)發(fā)光，而實(shí)際上整個(gè)熒光屏都

5、發(fā)光，這是由于磁場作用于電子束的結(jié)果(3)偏轉(zhuǎn)：使電子束偏轉(zhuǎn)的磁場是由兩對線圈產(chǎn)生的，叫做偏轉(zhuǎn)線圈在偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平方向和豎直方向都加有偏轉(zhuǎn)磁場，其方向、強(qiáng)弱都在不斷變化，因此電子束打在熒光屏上的光點(diǎn)就不斷來回移動(dòng)(掃描)電子束從最上一行到最下一行掃描一遍叫做一場，電視機(jī)中每秒要進(jìn)行50場掃描，所以我們感到整個(gè)熒光屏都在發(fā)光一、洛倫茲力的方向例1如圖所示，磁場方向、正電荷的運(yùn)動(dòng)方向、電荷所受洛倫茲力的方向兩兩垂直，則下列選項(xiàng)正確的是()解析由左手定則可判定，A中力F洛應(yīng)向下；B中力F洛應(yīng)向右；C中力F洛應(yīng)向右答案D針對訓(xùn)練如圖2所示，在電子射線管正上方平行放置一根通有足夠強(qiáng)直流電流的長直導(dǎo)線，且導(dǎo)

6、線中電流方向水平向右，則電子束將會(huì)()圖2A向上偏轉(zhuǎn) B向下偏轉(zhuǎn)C向紙里偏轉(zhuǎn) D向紙外偏轉(zhuǎn)答案B解析由安培定則可知直導(dǎo)線下面的磁場方向垂直紙面向里，由左手定則并考慮負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的方向，相當(dāng)于正電荷運(yùn)動(dòng)的相反方向，所以電子束受到向下的力而向下偏轉(zhuǎn)，故B正確二、帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)例2如圖3所示，a、b是位于真空中的平行金屬板，a板帶正電，b板帶負(fù)電，板間場強(qiáng)為E.兩板間的空間中加勻強(qiáng)磁場，方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一束電子以大小為v0的速度沿圖中虛線方向射入，虛線平行于a、b板，要想電子沿虛線運(yùn)動(dòng)，則v0、E、B之間的關(guān)系應(yīng)滿足()圖3Av0E/B Bv0B/ECv0E/Be Dv0Be

7、/E解析要想使電子沿虛線運(yùn)動(dòng)，要求電子受到的電場力等于安培力，即EeBev0，v0E/B.答案A針對訓(xùn)練如圖4所示，沒有磁場時(shí)電子束打在熒光屏正中的O點(diǎn)為使電子束偏轉(zhuǎn)，由安裝在管頸的偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場圖4(1)如果要使電子束在水平方向偏離中心，打在熒光屏上的A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？(2)如果要使電子束打在B點(diǎn)，磁場應(yīng)該沿什么方向？答案見解析解析由左手定則，(1)中偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該垂直于紙面向外；(2)中偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該垂直于紙面向里1(對洛倫茲力的理解)關(guān)于安培力、電場力和洛倫茲力，下列說法正確的是()A電荷在電場中一定受電場力作用，電荷在磁場中一定受洛倫茲力作用B電荷所受電場力一定與該處電場

8、方向一致，電荷所受的洛倫茲力不一定與磁場方向垂直C安培力和洛倫茲力的方向均可用左手定則判斷D安培力和洛倫茲力本質(zhì)上都是磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用，安培力可以對通電導(dǎo)線做功，洛倫茲力對運(yùn)動(dòng)電荷也做功答案C2(洛倫茲力的大小)帶電荷量為q的粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的是()A只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同B如果把q改為q，速度反向，則洛倫茲力的大小不變C只要帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)，它一定受到洛倫茲力作用D帶電粒子受到洛倫茲力越小，則該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度越小答案B解析影響洛倫茲力大小的因素有電荷量、速度大小、磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小及速度與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向關(guān)系，A錯(cuò)；B中由左手定則可知，洛倫茲力方向不

9、變，B正確；當(dāng)磁場方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向平行時(shí)，F(xiàn)洛0，C錯(cuò)；磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場本身的性質(zhì)決定，與洛倫茲力的大小無關(guān)，D錯(cuò)3(帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng))如圖5所示是一只電子射線管，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，發(fā)現(xiàn)電子的徑跡往下偏，則()圖5A導(dǎo)線中的電流由A流向BB導(dǎo)線中的電流由B流向AC若要使電子的徑跡往上偏，可以通過改變AB中電流的方向來實(shí)現(xiàn)D電子的徑跡與AB中的電流方向無關(guān)答案BC解析因?yàn)锳B中通有電流，所以電子射線管中會(huì)有磁場電子是因?yàn)樵诖艌鲋惺艿铰鍌惼澚Φ淖饔枚l(fā)生偏轉(zhuǎn)的由左手定則可知，電子射線管中的磁場方向垂直于紙面向里，又根據(jù)安培定則可知，AB中的電流方向應(yīng)是由B流向A，A錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)AB中的電流方向由A流向B，則AB上方