人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學(xué)案4：1 2磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE11.2磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，感受磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。2．知道什么是洛倫茲力，會(huì)用左手定則判斷洛倫茲力的方向。3．了解洛倫茲力公式的推導(dǎo)過(guò)程，會(huì)用公式分析求解洛倫茲力。4．了解電視顯像管的基本構(gòu)造和工作原理?！夹轮骄俊揭弧⒙鍌惼澚Φ姆较?.定義：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的磁場(chǎng)力叫洛倫茲力。2.磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷是否有力的作用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷會(huì)產(chǎn)生力的作用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力方向與磁場(chǎng)方向有關(guān)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)洛倫茲力定義：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力叫做洛倫茲力。通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的安培力，實(shí)際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。3.洛倫茲力方向的判斷左手定則：（1）伸開左手，使拇指與其余四指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(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(chǎng)中所受洛倫茲力的方向。（2）若四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向,那么拇指所指的方向就是負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向。判斷洛倫茲力方向的步驟：（1）電流方向和電荷運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系。（2）F安的方向和洛倫茲力方向的關(guān)系。（3）電荷運(yùn)動(dòng)方向、磁場(chǎng)方向和洛倫茲力方向的關(guān)系。4.洛倫茲力的特點(diǎn)：（1）洛倫茲力的方向既垂直于磁場(chǎng)方向，又垂直于速度方向，即垂直于磁場(chǎng)和速度所組成的平面。（2）洛倫茲力對(duì)電荷不做功，即不改變速度的大小，只改變速度的方向。二、洛倫茲力的大小1.洛倫茲力大小的推導(dǎo)有一通電直導(dǎo)線長(zhǎng)為l，橫截面積為S，電流為I，導(dǎo)線中單位體積的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電量為q，運(yùn)動(dòng)速率為v，向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。導(dǎo)體受到的安培力：F=BIlI的微觀表達(dá)式：I=eq\f(Q,t)=eq\f(nSvtq,t)=nqSv自由電荷數(shù)：N=nlS每個(gè)自由電荷所受的洛倫茲力大小：F=F當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度v方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B方向的夾角為θ，電荷所受的洛倫茲力大小為：F＝Bqvsin_θ，即磁場(chǎng)對(duì)靜止電荷沒(méi)有力的作用。（1）當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，洛倫茲力最小——F=0。（2）當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，洛倫茲力F最大。實(shí)驗(yàn)表明：磁場(chǎng)越強(qiáng)（磁感強(qiáng)度越大）、電荷量越大、運(yùn)動(dòng)速度越快，電荷受到的洛倫茲力越大。當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí)洛倫茲力的大小跟三個(gè)因素相關(guān)：磁感應(yīng)強(qiáng)度B，電荷量q，電荷運(yùn)動(dòng)快慢v。洛侖茲力：F=qvB(v垂直B）（3）當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向有一定方向時(shí)，洛倫茲力——F=qvBsinB、v夾角對(duì)洛倫茲力的影響：①當(dāng)θ＝90°時(shí)，v⊥B，sinθ＝1，F(xiàn)洛＝qvB，即運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)垂直時(shí)，洛倫茲力最大。②當(dāng)v∥B時(shí)，θ＝0°，sinθ＝0，F(xiàn)洛＝0，即運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)平行時(shí)，不受洛倫茲力。③若不垂直，F(xiàn)洛＝qvBsinθ。洛倫茲力與安培力的關(guān)系：①安培力是洛倫茲力的集體表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力微觀表現(xiàn)。②大小關(guān)系：F安＝NF洛（N是導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)的電荷數(shù)）③方向關(guān)系：F安與F洛方向相同④F安與F洛本質(zhì)都是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力⑤洛倫茲力總不做功，而安培力可以做功。2.洛倫茲力和電場(chǎng)力的區(qū)別：（1）電荷在電場(chǎng)中一定受到電場(chǎng)力的作用,與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)；而電荷在磁場(chǎng)中不一定受到磁場(chǎng)力作用,只有相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)且運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向不平行的電荷才受磁場(chǎng)力作用。大?。篎電＝Eq，F(xiàn)洛=Bqvsinθ。（2）電荷所受電場(chǎng)力方向總是平行于電場(chǎng)線的切線方向；而電荷所受磁場(chǎng)力的方向總是既垂直于磁場(chǎng)方向，又垂直于運(yùn)動(dòng)方向。（3）電場(chǎng)力要對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功（電荷在等勢(shì)面上運(yùn)動(dòng)除外）；而電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)力一定不會(huì)對(duì)電荷做功。洛倫茲力電場(chǎng)力性質(zhì)磁場(chǎng)對(duì)在其中運(yùn)動(dòng)的電荷的作用力電場(chǎng)對(duì)放入其中電荷的作用力產(chǎn)生條件v≠0且v不與B平行電場(chǎng)中無(wú)論電荷處于何種狀態(tài)F≠0大小F＝qvB(v⊥B)F＝qE方向滿足左手定則F⊥B、F⊥v正電荷受力方向與電場(chǎng)方向相同，負(fù)電荷受力方向與電場(chǎng)方向相反做功情況任何情況下都不做功可能做正功、負(fù)功，也可能不做功作用效果只改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度方向，不改變速度大小既可以改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度大小，也可以改變電荷運(yùn)動(dòng)的方向三、電子束的磁偏轉(zhuǎn)電視顯像管的工作原理1.主要構(gòu)造:電子槍（陰極）、偏轉(zhuǎn)線圈、熒光屏等2.電視顯像管原理：陽(yáng)極發(fā)射電子，經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)線圈，偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電子運(yùn)動(dòng)方向垂直，電子受洛倫茲力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏上，使其發(fā)光。3.掃描在偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平和豎直方向都加有偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其方向、強(qiáng)弱都在不斷變化，因此電子束打在熒光屏上的點(diǎn)也在不斷移動(dòng)，這在電視技術(shù)中稱為掃描。〖典例精析〗例1．在下列四個(gè)選項(xiàng)中，正確標(biāo)明了帶正電粒子所受洛倫茲力F方向的是()例2．關(guān)于安培力和洛倫茲力，下列說(shuō)法正確的是()A．安培力和洛倫茲力是性質(zhì)不同的兩種力B．安培力可以對(duì)通電導(dǎo)線做功，洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷一定不做功C．運(yùn)動(dòng)電荷在某處不受洛倫茲力作用，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零D．洛倫茲力既不能改變帶電粒子的動(dòng)能，也不能改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)例3．如圖所示，一個(gè)帶正電荷量為q的小帶電體處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，若小帶電體的質(zhì)量為m，為了使它對(duì)水平絕緣面正好無(wú)壓力，應(yīng)該()A．使B的數(shù)值增大 B．使磁場(chǎng)以速率v＝eq\f(mg,qB)向上移動(dòng)C．使磁場(chǎng)以速率v＝eq\f(mg,qB)向右移動(dòng) D．使磁場(chǎng)以速率v＝eq\f(mg,qB)向左移動(dòng)例4．為了測(cè)量某化肥廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計(jì)。該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口，在垂直于上下表面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)面固定有金屬板作為電極，污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U。若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積)，下列說(shuō)法正確的是()A．若污水中正離子較多，則前內(nèi)側(cè)面比后內(nèi)側(cè)面電勢(shì)高B．前內(nèi)側(cè)面的電勢(shì)一定低于后內(nèi)側(cè)面的電勢(shì)，與哪種離子多無(wú)關(guān)C．污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大D．污水流量Q與電壓U成正比，與a、b有關(guān)〖隨堂演練〗1．一束混合粒子流從一發(fā)射源射出后，進(jìn)入如圖所示的磁場(chǎng)，分離為1、2、3三束粒子流，則下列選項(xiàng)不正確的是()A．1帶正電B．1帶負(fù)電C．2不帶電D．3帶負(fù)電2．兩個(gè)帶電粒子以相同的速度垂直磁感線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩粒子質(zhì)量之比為1∶4，電荷量之比為1∶2，則兩帶電粒子受洛倫茲力之比為()A．2∶1B．1∶1C．1∶2D．1∶43．運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。將陰極射線管的兩極與高壓電源連接后，加上如圖所示的磁場(chǎng)，可觀察到從負(fù)極向右射出的高速電子流(電子帶負(fù)電)的偏轉(zhuǎn)情況是()A．平行紙面向上偏轉(zhuǎn) B．平行紙面向下偏轉(zhuǎn)C．垂直紙面向里偏轉(zhuǎn) D．垂直紙面向外偏轉(zhuǎn)4．如圖所示，在兩水平極板間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向下，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，一帶電粒子以某一速度沿水平直線通過(guò)兩極板。若不計(jì)重力，下列四個(gè)物理量中哪一個(gè)改變時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)改變？()A．粒子速度的大小 B．粒子所帶的電荷量C．電場(chǎng)強(qiáng)度 D．磁感應(yīng)強(qiáng)度5．〖多選〗目前世界上一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)，它的發(fā)電原理如圖所示，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負(fù)電的粒子，從整體來(lái)說(shuō)呈中性)沿圖中所示方向噴射入磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中有兩塊金屬板P、Q，這時(shí)金屬板上就聚集了電荷。下列說(shuō)法正確的是()A．P板帶正電B．有電流從b經(jīng)用電器流向aC．金屬板P、Q間的電場(chǎng)方向向上D．等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是粒子所受洛倫茲力大于所受電場(chǎng)力

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖典例精析〗例1．〖答案〗D〖解析〗根據(jù)左手定則可知，A項(xiàng)中洛倫茲力方向應(yīng)該垂直紙面向里，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)中洛倫茲力方向應(yīng)該是垂直紙面向外，故B錯(cuò)誤；C項(xiàng)中洛倫茲力方向應(yīng)該豎直向下，故C錯(cuò)誤；D項(xiàng)中洛倫茲力方向應(yīng)該豎直向上，故D正確。例2．〖答案〗B〖解析〗安培力和洛倫茲力都是磁場(chǎng)力，A錯(cuò)誤；洛倫茲力方向永遠(yuǎn)與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，所以洛倫茲力不做功，安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，它雖然對(duì)引起電流的定向移動(dòng)的電荷不做功，但對(duì)導(dǎo)線可以做功，B正確；電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向平行時(shí)，洛倫茲力為零，但B不為零，C錯(cuò)誤；洛倫茲力不改變帶電粒子的速度大小，但改變速度的方向，D錯(cuò)誤。例3．〖答案〗D〖解析〗為使小帶電體對(duì)絕緣面無(wú)壓力，則應(yīng)使它受到的洛倫茲力剛好平衡重力，磁場(chǎng)不動(dòng)而只增大B，小帶電體在磁場(chǎng)里不受洛倫茲力，故A錯(cuò)誤；磁場(chǎng)向上移動(dòng)相當(dāng)于小帶電體向下運(yùn)動(dòng)，受洛倫茲力向右，不能平衡重力，故B錯(cuò)誤；磁場(chǎng)以速率v向右移動(dòng)，等同于小帶電體以速率v向左運(yùn)動(dòng)，此時(shí)洛倫茲力向下，也不能平衡重力，故C錯(cuò)誤；磁場(chǎng)以速率v向左移動(dòng)，等同于小帶電體以速率v向右運(yùn)動(dòng)，此時(shí)洛倫茲力向上，由平衡條件可知，當(dāng)qvB＝mg時(shí)，帶電體對(duì)水平絕緣面無(wú)壓力，此時(shí)v＝eq\f(mg,qB)，故D正確。例4．〖答案〗B〖解析〗由左手定則可判斷：若流動(dòng)的是正離子，則正離子向里偏，前內(nèi)側(cè)面電勢(shì)低于后內(nèi)側(cè)面電勢(shì)；若流動(dòng)的是負(fù)離子，則負(fù)離子向外偏，仍然是前內(nèi)側(cè)面電勢(shì)低于后內(nèi)側(cè)面的電勢(shì)，故A錯(cuò)誤，B正確。污水穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，對(duì)任一離子，有qvB＝qE＝eq\f(qU,b)，所以U＝Bbv，電勢(shì)差與離子濃度無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤。流量Q＝Sv＝bc·eq\f(U,Bb)＝eq\f(cU,B)，可以看出流量與a、b均無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)誤?！茧S堂演練〗1．〖答案〗B〖解析〗根據(jù)左手定則，帶正電的粒子向左偏，即粒子1帶正電；不偏轉(zhuǎn)說(shuō)明不帶電，即粒子2不帶電；帶負(fù)電的粒子向右偏，即粒子3帶負(fù)電。故選項(xiàng)B不正確。2．〖答案〗C〖解析〗帶電粒子的速度方向與磁感線方向垂直時(shí)，洛倫茲力F＝qvB，與電荷量成正比，與質(zhì)量無(wú)關(guān)，C項(xiàng)正確。3．〖答案〗D〖解析〗電子流受到洛倫茲力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電子流帶負(fù)電，應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力時(shí)，四指應(yīng)指向電子流運(yùn)動(dòng)的反方向，磁感線垂直穿過(guò)掌心，則拇指垂直于紙面向外，故電子流垂直紙面向外偏轉(zhuǎn)，所以選項(xiàng)D正確。4．〖答案〗B〖解析〗帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由平衡條件知qE＝qvB，同時(shí)消除q，可以看出，帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)