高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册磁场对运动电荷的作用力学案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册磁场对运动电荷的作用力学案，共6页。学案主要包含了洛伦兹力，洛伦兹力与现代科技等内容，欢迎下载使用。
1．理解洛伦兹力的实质，推导公式。理解利用左手定则判断洛伦兹力的方向。
2．掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算，理解洛伦兹力对电荷不做功。
3．了解电视显像管的工作原理。
学习过程：
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，讨论：
(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？
一、洛伦兹力
1.洛伦兹力：运动电荷在 中受到的力.
2.洛伦兹力的方向
(1)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 从掌心进入，并使四指指向 电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是 电荷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 .
(2)特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的平面.
例：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( )
讨论并推导洛伦兹力公式：
已知长为L的直导线通有电流I时，在方向垂直于导线的磁场中受到的安培力为F=BIL其中B为磁感应强度，试由此公式导出单个运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力f的表达式。
3.洛伦兹力的大小
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)当电荷运动方向与磁场方向垂直时：F＝ ；
(2)当电荷运动方向与磁场方向平行时：F＝ ；
(3)当电荷在磁场中静止时：F＝ .
例：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．
4.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 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) 力对电荷不做功，但 力却可以对导体做功。
例：（多选）关于安培力和洛伦兹力，下面的说法正确的是( )
A．安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力
B．安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力
C．这两种力都是效果力，其实并不存在，原因是不遵守牛顿第三定律
D．安培力对通电导体能做功，洛伦兹力对运动电荷不能做功
讨论：洛伦兹力与电场力的比较
三、洛伦兹力与现代科技
1．显像管
显像管电视机原理：电视机显像管利用了 的原理．
显像管结构：电视机显像管由电子枪、 和荧光屏组成扫描：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 .
2．速度选择器：速度选择器只选择速度(大小、方向)而不选择粒子的质量和电荷量．
3．磁流体发电机
巩固练习：
1.关于带电粒子所受洛伦兹力f、磁感应强度B和粒子速度v三者方向之间的关系，下列说法正确的是（ ）
A．f、B、v三者必定均相互垂直 B．f必定垂直于B、v，但B不一定垂直v
C．B必定垂直于f、v，但f不一定垂直于v
D．v必定垂直于f、B，但f不一定垂直于B
2.如图所示，一圆柱形磁铁竖直放置，在它的右侧上方有一带负电小球，现使小球获得一水平速度，小球若能在水平面内做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（ ）
A．带电小球受到的洛仑兹力提供向心力
B．俯视观察，小球的运动方向只能是顺时针
C．俯视观察，小球的运动方向只能是逆时针
D．俯视观察，小球的运动方向可以是顺时针，也可以是逆时针
3.如图所示，一电子束沿垂直于电场线与磁感线方向入射后偏向A极板，为了使电子束沿射入方向做直线运动，可采用的方法是（ ）
A．将变阻器滑动头P向右滑动 B．将变阻器滑动头P向左滑动
C．将极板间距离适当减小 D．将极板间距离适当增大
4. 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（ ）
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
5. 如图所示为洛伦兹力演示仪的结构示意图．由电子枪产生电子束，玻璃泡内充有稀薄的气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹．前后两个励磁线圈之间产生匀强磁场，磁场方向与两个线圈中心的连线平行．电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压U和励磁线圈的电流I来调节．适当调节U和I，玻璃泡中就会出现电子束的圆形径迹．下列调节方式中，可能让圆形径迹半径增大的是( )
A．同时增大U和IB．同时减小U和I
C．增大U，减小ID．减小U，增大I
课后作业：
1.下列关于运动电荷和磁场的说法中，正确的是（ ）
A．运动电荷在某点不受洛伦兹力作用，这点的磁感应强度必为零
B．只要带电粒子在磁场中某点的速度大小不变，带电粒子所受洛伦兹力大小就不变
C．电子束垂直进入磁场发生偏转，这是洛伦兹力对电子做功的结果
D．电荷与磁场没有相对运动，电荷就一定不受磁场的作用力
2.下列表示运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向正确的是（ ）
A．B．C．D．
3.一束混合粒子流从一发射源射出后，进入如图所示的磁场，分离为1、2、3三束粒子流，不考虑重力及粒子间的相互作用，则下列选项不正确的是（ ）
A．1带正电B．1带负电C．2不带电D．3带负电
4.质量为m、电荷量为q的小物块，从倾角为θ的光滑绝缘斜面上由静止下滑，整个斜面置于方向水平向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，如图所示。若带电小物块下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零，下面说法中正确的是（ ）
A．小物块一定带正电 B．小物块在斜面上运动时做匀加速直线运动
C．小物块在斜面上运动时做加速度增大、而速度也增大的变加速直线运动
D．小物块在斜面上下滑过程中，当小物块对斜面压力为零时的速率为mgBq
5.（多选）在两平行金属板间，有如图所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场。α粒子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，恰好能沿直线匀速通过。则下列说法正确的是（ ）
A．若质子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将不偏转
B．若电子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，电子将向下偏转
C．若质子以大于v0的速度，沿垂直于电场方向和磁场方向从两板正中央射入时，质子将向上偏转
D．若增大匀强磁场的磁感应强度，其他条件不变，电子以速度v0沿垂直于电场和磁场的方向，从两板正中央射入时，电子将向下偏转
6.如图，竖直平面内，两竖直直线MN、PQ间（含边界）存在竖直向上的匀强电场和垂直于竖直平面向外的匀强磁场，MN、PQ间距为d，电磁场上下区域足够大．一个质量为m，电量为q的带正电小球从左侧进入电磁场，初速度v与MN夹角θ=60°，随后小球做匀速圆周运动，恰能到达右侧边界PQ并从左侧边界MN穿出．不计空气阻力，重力加速度为g．求：
（1）电场强度大小E；
（2）磁场磁感应强度大小B；
（3）小球在电磁场区域运动的时间．
7.空间某区域内存在水平方向的匀强磁场，在磁场区域内有两根相距l1=0.8m的平行金属导轨PQ、MN，固定在竖直平面内，如图所示。PM间连接有R=1Ω的电阻；QN间连接着两块水平放置的平行金属板a、b，两板相距l2=0.2m。一根电阻r=3Ω的细导体棒cd可以沿导轨平面向右运动。导体棒与导轨接触良好，不计导轨和导线的电阻。若导体棒cd以速率v向右匀速运动时，在平行金属板a、b之间有一个带电液滴恰好以速率v在竖直平面内做匀速圆周运动。若导轨足够长，试确定：
（1）液滴所带电的性质，并说明理由。
（2）要使液滴在平行金属板内做匀速圆周运动且不与两板相碰，导体棒cd运动的速率v的取值范围。（g取10m/s2）
（3）对于确定的速率v，带电液滴做匀速圆周运动，从某点开始发生的位移大小等于圆周运动的直径所需的时间。