磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力導(dǎo)學(xué)案-高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)

試卷第=page77頁(yè)，共=sectionpages77頁(yè)試卷第=page11頁(yè)，共=sectionpages33頁(yè)1.2磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．知道什么是洛倫茲力。利用左手定則判斷洛倫茲力的方向。2．知道洛倫茲力大小的推理過(guò)程。3．掌握垂直進(jìn)入磁場(chǎng)方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計(jì)算。4．了解v和B垂直時(shí)的洛倫茲力大小及方向判斷。理解洛倫茲力對(duì)電荷不做功。5．了解電視顯像管的工作原理?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】1．利用左手定則會(huì)判斷洛倫茲力的方向。2．掌握垂直進(jìn)入磁場(chǎng)方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計(jì)算?！緦W(xué)習(xí)難點(diǎn)】洛倫茲力方向的判斷?！緦W(xué)習(xí)過(guò)程】一、洛倫茲力的方向［演示實(shí)驗(yàn)］觀察磁場(chǎng)陰極射線在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)［實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象］在沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí)，電子束_________________，蹄形磁鐵靠近電子射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運(yùn)動(dòng)軌跡______________。［結(jié)論］_______________________________________。洛倫茲力方向的判斷——左手定則：伸開(kāi)__________，使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，若四指指向_______________的方向，那么拇指所受的方向就是________________________的方向。二、洛倫茲力的大小1．推導(dǎo)過(guò)程：設(shè)有一段長(zhǎng)度為L(zhǎng)的通電導(dǎo)線，橫截面積為S，導(dǎo)線每單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電量為q，定向移動(dòng)的平均速率為v，將這段導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中。2．洛倫茲力的計(jì)算公式（1）當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直時(shí)（v⊥B），F(xiàn)=___________（2）當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向成θ時(shí)（v∥B），F(xiàn)=____________［例題］求下圖中各電荷所受洛倫茲力的大小和方向。三、電子束的磁偏轉(zhuǎn)1．顯像管的工作原理（1）原理：___________________________________________。（2）構(gòu)造：___________________________________________。2．速度選擇器計(jì)算出選擇的速度：3．磁流體發(fā)電機(jī)【鞏固練習(xí)】1．假設(shè)有一個(gè)帶負(fù)電的粒子垂直于地球赤道射來(lái)，如圖所示。在地球磁場(chǎng)（不考慮磁偏角及地球的自轉(zhuǎn)）的作用下，這個(gè)粒子偏轉(zhuǎn)的方向是（）A．向北 B．向南 C．向東 D．向西2．在下列各組物理量中，全部屬于矢量的是（）A．電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì) B．電流、磁通量C．磁感應(yīng)強(qiáng)度、洛倫茲力 D．磁通量、安培力3．下列關(guān)于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的說(shuō)法中正確的是（）A．電場(chǎng)強(qiáng)度為零的點(diǎn)，電勢(shì)一定為零；B．電場(chǎng)強(qiáng)度處處相等的區(qū)域內(nèi)，電勢(shì)也一定處處相等；C．運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中某點(diǎn)不受洛倫茲力作用，則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定為零；D．由B=可知，B與F成正比，與IL成反比。4．一直導(dǎo)管的橫截面是半徑為R的圓，如圖所示，該直導(dǎo)管（導(dǎo)管壁的厚度可忽略）水平放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里；沿導(dǎo)管向左流動(dòng)的液體中含有一種質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電微粒，微粒受磁場(chǎng)力影響發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)管上、下壁a、b兩點(diǎn)間最終形成穩(wěn)定電勢(shì)差Uab，導(dǎo)管內(nèi)部的電場(chǎng)可看作勻強(qiáng)電場(chǎng)，忽略浮力，重力不可忽略，重力加速度為g，則液體流速和a、b兩點(diǎn)間電勢(shì)差Uab的正負(fù)為（）A．，Uab為正 B．，Uab為正C．，Uab為負(fù) D．，Uab為負(fù)5．下列說(shuō)法中正確的是（）A．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同B．如果把改為-q，且速度反向，大小不變，則洛倫茲力的大小、方向均不變C．洛倫茲力方向一定與帶電粒子速度方向垂直，磁場(chǎng)方向一定與帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直D．帶電粒子在只受到洛倫茲力作用下，運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、速度均不變6．如圖所示，在正方體的四條沿x軸方向的棱上，分別固定四根通有等大電流I0的等長(zhǎng)導(dǎo)線。正方體的中心點(diǎn)P處有不斷沿y軸正方向噴射粒子的粒子源，關(guān)于粒子剛被噴出時(shí)所受到的洛倫茲力方向，下列說(shuō)法中正確的是（）A．若粒子帶正電，其所受的洛倫茲力方向沿z軸正方向B．若粒子帶正電，其所受的洛倫茲力方向沿x軸正方向C．若粒子帶負(fù)電，其所受的洛倫茲力方向沿x軸正方向D．若粒子帶負(fù)電，其所受的洛倫茲力方向沿z軸負(fù)方向二、解答題7．法國(guó)擁有目前世界上最先進(jìn)的高危病毒實(shí)驗(yàn)室——讓·梅里厄P4實(shí)驗(yàn)室，該P(yáng)4實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)全程都在高度無(wú)接觸物理防護(hù)性條件下操作，一方面防止實(shí)驗(yàn)人員和其他物品攜帶上病毒，同時(shí)也防止病毒釋放到環(huán)境中。為了無(wú)損測(cè)量生物實(shí)驗(yàn)廢棄液體的流量，常用到一種電磁流量計(jì)，如圖甲所示。其原理可以簡(jiǎn)化為如圖乙所示模型:液體內(nèi)含有大量正、負(fù)離子，從容器右側(cè)流入，左側(cè)流出，空間存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，流量Q在數(shù)值上等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)容器橫截面的液體的體積。（1）該電磁流量計(jì)能用于測(cè)量不帶電液體的流速嗎?（2）液體中離子受到的洛倫茲力方向如何?（3）當(dāng)廢液穩(wěn)定流動(dòng)后，你能計(jì)算出M、N兩端的電壓U嗎?廢液的流量Q是多少?（用圖乙中的字母表示）8．如圖所示，表面光滑的絕緣平板水平放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于豎直面向里。平板上有一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，初始時(shí)刻帶電粒子靜止在絕緣平板上，與絕緣平板左側(cè)邊緣的距離為d。在機(jī)械外力作用下，絕緣平板以速度v豎直向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，一段時(shí)間后帶電粒子從絕緣平板的左側(cè)飛出。不計(jì)帶電粒子的重力。（1）指出帶電粒子的電性，并說(shuō)明理由；（2）求帶電粒子對(duì)絕緣平板的最大壓力。9．如圖，導(dǎo)體棒CD在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。(1)自由電荷會(huì)隨著導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)，并因此受到洛倫茲力。導(dǎo)體棒中自由電荷相對(duì)于紙面的運(yùn)動(dòng)大致沿什么方向？為了方便，可以認(rèn)為導(dǎo)體棒中的自由電荷是正電荷。(2)導(dǎo)體棒一直運(yùn)動(dòng)下去，自由電荷是否總會(huì)沿著導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)？為什么？(3)導(dǎo)體棒哪端的電勢(shì)比較高？10．對(duì)于不同類型的物體和運(yùn)動(dòng)情況，測(cè)量速率的方法往往是不同的，當(dāng)然測(cè)量速度的方法也受到歷史的局限性和實(shí)驗(yàn)室提供的儀器的限制。（1）歷史上，由于測(cè)量條件的限制，伽利略無(wú)法用直接測(cè)量運(yùn)動(dòng)速度的方法來(lái)尋找自由落體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。因此他設(shè)想用斜面來(lái)“沖淡”重力，“放慢”運(yùn)動(dòng)，而且把速度的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)路程和時(shí)間的測(cè)量，并把自由落體運(yùn)動(dòng)看成為沿傾角為90°的斜面下滑運(yùn)動(dòng)的外推。假設(shè)一個(gè)時(shí)間單位為T，一個(gè)長(zhǎng)度單位d，實(shí)驗(yàn)中記錄了小球沿光滑斜面在不同時(shí)間內(nèi)相對(duì)于起始點(diǎn)的距離，如下表所示，則分析表中數(shù)據(jù)可知，小球在t=3T時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于多少？（用已知量T、d表示即可）時(shí)間0T2T3T4T5T6T距離0d4d9d16d25d36d（2）帶電粒子的速度可以利用速度選擇器進(jìn)行測(cè)量。如下圖所示，真空環(huán)境中平行放置的金屬板間距為d，兩板間有垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，帶電粒子以某一速度兩金屬板的左側(cè)中間沿平行于金屬板面的方向射入兩板間，當(dāng)板間電壓為U時(shí)，帶電粒子恰好沿直線（圖中虛線）穿越兩板，不計(jì)帶電粒子的重力，求它的速度大??？（3）由于中子不帶電，因此中子的速度無(wú)法直接使用速度選擇器進(jìn)行測(cè)量，可以采用碰撞的方法進(jìn)行間接測(cè)量。低速中子與靜止的原子核發(fā)生相互作用，有一定概率會(huì)與原子核發(fā)生彈性正碰。假設(shè)一群低速中子的質(zhì)量為，速度大小相同，原子核質(zhì)量為M，這群中子中的一個(gè)中子與靜止的原子核發(fā)生彈性正碰后，利用電偏轉(zhuǎn)或磁偏轉(zhuǎn)的方法測(cè)得原子核被碰后的速度大小為，求這群中子的速度大??？8/8參考答案：1．D2．C3．C4．C5．B6．C7．（1）不能；（2）正離子受到的洛倫茲