物理选择性必修 第二册2 磁场对运动电荷的作用力学案及答案

这是一份物理选择性必修 第二册2 磁场对运动电荷的作用力学案及答案，共6页。学案主要包含了情景导入，学习目标，探究思考，成果展示，精讲点评，例题精讲，达标训练等内容，欢迎下载使用。
高二物理导学案第二节   磁场对运动电荷的作用力【情景导入】  如图所示，电子由阴极向阳极运动(向右运动)过程中发生了向下偏转，试问：(1)什么力使电子在运动过程中向下偏转？该力的方向如何？(2)电子运动轨迹附近的磁场方向如何？电子所受洛伦兹力与磁场方向、电子运动方向存在什么关系？【学习目标】 通过实验探究，感受磁场对运动电荷有力的作用． 知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向. 3．了解洛伦兹力公式的推导过程，会用公式分析求解洛伦兹力. 4．了解电视显像管的基本构造和工作原理 【教材阅读知识提纲与填空】一、洛伦兹力的方向1．洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的力．2．洛伦兹力的方向(1)特点：运动的带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力的方向，与运动方向和磁感应强度方向都垂直．(2)左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向．负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反.二、洛伦兹力的大小1．洛伦兹力与安培力的关系：安培力是洛伦兹力的宏观表现．2．洛伦兹力的大小(1)如果带电粒子速度方向与磁感应强度方向垂直，F＝qvB.(2)如果电荷运动的方向与磁场方向夹角为θ，F＝qvBsin_θ.三、电子束的磁偏转1．显像管电视机原理：电视机显像管利用了电子束磁偏转的原理．2．显像管结构：电视机显像管由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成．3．扫描：在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点不断移动，这在显示技术中叫作扫描.   【探究思考】       探究点  一、洛伦兹力的方向问题1、电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用吗？怎样判断负电荷在磁场中运动时受洛伦兹力的方向？  探究点  二、洛伦兹力的大小问题2、如图所示，磁场的磁感应强度为B．设磁场中有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q且定向运动的速率都是v.(1)导线中的电流是多少？导线在磁场中所受安培力多大？(2)长为L的导线中含有的自由电荷数为多少？每个自由电荷所受洛伦兹力多大？提示　(1)I＝nqvS；F安＝ILB＝nqvSLB．(2)N＝nSL；F洛＝＝qvB． 探究点  三、磁场与现代科技问题3、如图所示，是一横截面边长为a的正方形的金属导体．匀强磁场B沿x轴正方向．设自由电子定向移动速度为v.(1)金属导体上、下两个侧面，哪个侧面的电势较高？(2)导体上、下两个侧面的电势差是多大？提示　(1)上侧面．(2)Bva.  【成果展示】【精讲点评】        1．决定洛伦兹力方向的三个因素：电荷的正负、速度方向、磁感应强度的方向．当电性一定时，其他两个因素决定洛伦兹力的方向，如果只让一个反向，则洛伦兹力必定反向； 如果让两个同时反向，则洛伦兹力方向不变．2．洛伦兹力的特点：洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化．但无论怎样变化，洛伦兹力都与运动方向垂直，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小．3．洛伦兹力与安培力的关系(1)安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力是安培力的微观本质．(2)洛伦兹力对电荷不做功，但安培力却可以对导体做功．4．洛伦兹力的大小：F＝qvBsin θ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角．(1)当v⊥B时，θ＝90°，sin θ＝1，F＝qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大．(2)当v∥B时，θ＝0°，sin θ＝0，F＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力．5．现代科技：（1）速度选择器能从S2飞出的带电粒子所受的电场力与洛伦兹力平衡，即qE＝qvB．故只要带电粒子的速度满足v＝，即使电性不同，比荷不同，也可沿直线穿出右侧的小孔S2，而其他速度的粒子要么上偏，要么下偏，无法穿出S2.因此利用这个装置可以达到选择某一速度带电粒子的目的，故称为速度选择器．（2）磁流体发电机有qvB＝qE，所以此时两极板间电势差U＝Ed＝Bdv，根据闭合电路欧姆定律可得电流大小I＝.（3）霍尔效应    （4）电磁流量计电荷随液体流动，受到竖直方向的洛伦兹力，使正负电荷在上下两侧聚积，形成电场．当电场力与洛伦兹力平衡时，达到稳态，此时q＝qvB，得v＝，液体流量Q＝v＝. 【例题精讲】例题1、试判断下列图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向，其中垂直于纸面指向纸里的是(　D　)例题2、如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小．解析　(1)因v⊥B，所以F＝qvB．(2)v与B的夹角为30°，将v分解成垂直磁场的分量和平行磁场的分量，v⊥＝vsin 30°，F＝qvBsin 30°＝qvB．(3)由于v与B平行，所以不受洛伦兹力，F＝0.(4)v与B垂直，F＝qvB．答案　(1)qvB　(2)qvB　(3)0　(4)qvB例3、如图所示为磁流体发电机的示意图，假设板间距离为d，磁感应强度为B，正、负离子的电荷量均为e，射入速度为v，外接电阻为R.试问：(1)图中哪个板是正极？(2)发电机的电动势是多少？(3)设喷入的离子流每立方米有n个负电荷，离子流的横截面积为S，则发电机的功率是多大？解析　(1)由左手定则可判定上板为正极．(2)对于匀速穿过磁场的离子：evB＝Ee，其中E＝，所以发电机的电动势为U＝Bdv.(3)发电机的功率P＝UI，其中U＝Bdv，单位时间内到一个板的电荷数为Svn，电荷量为nSve，即回路中的电流I＝neSv，所以发电机的功率P＝nedSBv2.答案　(1)上板　(2)Bdv　(3)nedSBv2 【达标训练】1、如图所示，美国物理学家安德森在研究宇宙射线时，在云雾室里观察到有一个粒子的径迹和电子的径迹弯曲程度相同，但弯曲方向相反，从而发现了正电子，获得了诺贝尔物理学奖．云雾室中磁场方向可能是(　B　)A．垂直纸面向外　　 B．垂直纸面向里C．沿纸面向上 D．沿纸面向下2、两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1∶4，电荷量之比为1∶2，则两带电粒子受洛伦兹力之比为(　C　)A．2∶1　 B．1∶1　C．1∶2　 D．1∶43、(多选)不计重力的负粒子能够在如图所示的正交匀强电场和匀强磁场中匀速直线穿过．设产生匀强电场的两极板间电压为U，距离为d，匀强磁场的磁感应强度为B，粒子带电荷量为q，进入速度为v，以下说法正确的是(　BC　)A．若同时增大U和B，其他条件不变，则粒子一定能够沿直线穿过B．若同时减小d和增大v，其他条件不变，则粒子可能沿直线穿过C．若粒子向下偏，且能够飞出极板间，则粒子动能一定减小4、(多选)为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计．该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口．在垂直于上下表面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满管口从左向右流经该装置时，接在M、N两端间的电压表将显示两极间的电压U.若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是(　AD　)A．N端的电势比M端的高B．若污水中正、负离子数相同，则前后表面的电势差为零C．电压表的示数U跟a和b都成正比，跟c无关D．电压表的示数U跟污水的流量Q成正比5．(洛伦兹力特点)带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用．下列表述正确的是(　B　)A．洛伦兹力对带电粒子做功             B．洛伦兹力不改变带电粒子的动能C．洛伦兹力的大小与速度无关            D．洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向6．(洛伦兹力方向)如图所示为电视机显像管偏转线圈的示意图，当线圈通以图示的直流电时，形成的磁场如图所示，一束沿着管颈轴线射向纸内的电子将(　D　)A．向上偏转　　　　 B．向下偏转C．向左偏转 D．向右偏转7．(磁场与现代科技)(多选)目前世界上有一种新型发电机叫磁流体发电机，如图表示它的原理：将一束等离子体(包含正、负离子)喷射入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，于是金属板上就会聚集电荷，产生电压．以下说法正确的是(　ACD　)A．B板带正电                    B．A板带正电C．其他条件不变，只增大射入速度，UAB增大D．其他条件不变，只增大磁感应强度，UAB增大8．(洛伦兹力大小和方向)一个带正电的微粒(重力不计)穿过如图所示的匀强磁场和匀强电场区域时，恰能沿直线运动，则欲使微粒向下偏转时应采用的方法是(　C　)A．减小电场强度 B．增大电荷量C．减小入射速度 D．增大磁感应强度