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四、磁场对运动电荷的作用课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引学习目标1.知道洛伦兹力,了解影响洛伦兹力方向的因素,知道洛伦兹力与安培力的关系.2.能用左手定则解答有关带电粒子在磁场中运动方向的问题.3.了解电子束的磁偏转原理及其在技术中的应用.重点难点重点:洛伦兹力的方向.难点:左手定则的应用.课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引一、洛伦兹力1.磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力.通电导体所受到的安培力是作用在导体中运动电荷上的洛伦兹力的宏观表现.2.洛伦兹力的方向遵循左手定则.即伸开左手,使拇指与其余四指垂直,并且都与手掌在同一个平面内,让磁感线从掌心进入,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;负电荷的受力方向与正电荷的受力方向相反.课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引预习交流1如图是一幅北极极光照片.极光是地球上距地面几百千米高处的一种自然现象,通常出现在地球的南、北极区域.极光是那样的绚丽多彩,令人震撼!你知道这梦幻般的极光是如何形成的吗?上网查一查.震撼人心的极光答案:宇宙中的带电粒子进入地球磁场后,在磁场作用如运动而产生的.课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引二、电子束的磁偏转及显像管的工作原理1.带电粒子垂直磁场方向射入,若只考虑洛伦兹力,粒子沿圆轨道运动.2.影响洛伦兹力大小的因素有磁感应强度B和运动电荷的速度v以及二者的方向关系.3.显像管利用了磁偏转原理.显像管中有一个阴极,工作时它能发射电子,荧光屏被电子束撞击就能发光.课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习导引预习交流2电视机是家庭中一个非常重要的电器,自从它进入家庭之后,就把美丽的画面、动听的声音带给了人们,丰富了我们的精神文化生活,提高了我们的生活质量.你想了解它吗?就请你进入电子的世界吧!如图是电视机显像管的剖面图,显像管是如何使荧光屏形成绚丽多彩的图像的呢?答案:利用了磁偏转原理.课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测一、洛伦兹力活动与探究为了研究磁场对电荷的作用,某同学用如图所示电子射线管做实验,他发现:电子射线管发出的电子束,在未加磁场时,其运动径迹是,如图甲所示;加磁场后,如果电子束运动方向与磁场方向垂直,电子束发生偏转,如图乙所示,说明运动的电子受到了作用.答案:直线磁场力解析:在未加磁场时,电子不受力(不计重力),所以电子沿初速度方向直线运动.当加磁场后,因为电荷有速度且与磁场方向垂直,所以受到磁场力作用,而发生偏转.课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU迁移与应用例12013年12月22日“玉兔”号月球车与嫦娥三号着陆器完成第5次互拍后,月球车离开嫦娥三号着陆器,开始月面测试工作,并前往更远的地区继续月面巡视勘察.空间探测器运用高科技手段对月球近距离勘探,在月球的重力分布、磁场分布及元素测定方面取得了新成果.月球上的磁场极其微弱,通过探测器拍摄电子在月球磁场中的运动轨迹,可分析月球磁场的强弱分布情况.如图所示是探测器通过月球表面甲、乙、丙、丁四个位置时拍摄到的电子运动轨迹照片,设电子的速率相同,且与磁场方向垂直,则可知磁场从强到弱的位置排列正确的是()A.乙→甲→丁→丙B.丁→丙→乙→甲C.丙→丁→甲→乙D.甲→乙→丙→丁问题导学当堂检测点击查看题图关闭课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU[思路点拨]本题是牛顿第二定律的直接应用.Bqv=mv2r得r=mvBq.解析:电子在磁场中做圆周运动,由牛顿第二定律得eBv=mv2r,所以有r=mveB,在e、m、v相同时,r与1B成正比,由题图知r甲r乙r丙,选项D正确.答案:D问题导学当堂检测课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU迁移训练1带电荷量为+q的粒子在匀强磁场中运动,下面说法正确的是()A.只要速度的大小相同,所受洛伦兹力的大小就相同B.洛伦兹力方向一定与电荷运动的速度方向垂直,磁场方向也一定与电荷的运动方向垂直C.如果把+q改为-q,且速度反向而大小不变,则洛伦兹力的大小、方向都不变D.粒子只受洛伦兹力作用时的动能不变答案:CD解析:洛伦兹力的大小不仅与速度的大小有关,还与其方向有关,由此判断A项错误.由左手定则可以判断B项错误,C项正确.洛伦兹力对运动电荷不做功,不改变运动电荷的动能,D项正确.问题导学当堂检测课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力.1.静止电荷在磁场中不受洛伦兹力作用.2.当运动电荷运动方向与磁场方向平行时,洛伦兹力为零.3.当运动电荷运动方向与磁场方向垂直时,电荷所受洛伦兹力最大,F洛=Bvq.问题导学当堂检测课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU4.洛伦兹力的方向由左手定则判定:左手定则:伸开左手,使拇指跟其余四指垂直,且处于同一平面内,让磁感线垂直穿入手心,四指指向正电荷运动的方向(若是负电荷,则四指指向负电荷运动的反方向),则拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向.(1)电荷有正、负之分,故四指应指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向.(2)当电荷运动方向与磁场方向垂直时,由左手定则可知,洛伦兹力F的方向既与磁场B的方向垂直,又与电荷的运动方向垂直,即力F垂直于v与B所决定的平面.(3)安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现.5.洛伦兹力总与速度方向垂直,所以洛伦兹力只改变速度方向,不改变速度大小.因此洛伦兹力永不做功.问题导学当堂检测课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU二、带电粒子仅在洛伦兹力作用下的运动活动与探究如图所示,没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点.为使电子束偏转,由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场.显像管原理示意图(俯视图)(1)如果要使电子束在水平方向偏离中心,打在荧光屏上的A点,偏转磁场应该沿什么方向?(2)如果要使电子束打在B点,磁场应该沿什么方向?问题导学当堂检测课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU答案:(1)垂直纸面向外(2)垂直纸面向里解析:(1)据左手定则,四指指电子运动的反方向,即向左指,打到A点时受洛伦兹力向上,则大拇指向上指,所以手心向里,即磁场方向应垂直纸面向外;(2)同理电子打到B点时,受洛伦兹力向下,即大拇指向下指,由左手定则判定手心向外,则磁场方向垂直纸面向里.问题导学当堂检测课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移与应用例2三个粒子a、b、c(不计重力)以相同的速度射入匀强磁场中,运动轨迹如图所示,其中b粒子做匀速直线运动,则a粒子带电,c粒子带电.[思路点拨]本题可直接用左手定则判定,要注意四指指向负电荷运动的反方向.解析:根据左手定则四指指向正电荷运动方向(负电荷运动的反方向),大拇指指向电荷受洛伦兹力方向,所以c粒子带正电,a粒子带负电,b粒子不带电.答案:负正点击查看题图关闭课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移训练2显像管是电视机中的一个重要元件,如图所示为电视机显像管的偏转线圈示意图,圆心墨点表示电子枪射出的电子,它的方向由纸内指向纸外.当偏转线圈通过图示方向的电流时,电子束应()A.向左偏转B.向上偏转C.不偏转D.向下偏转答案:B解析:两偏转线圈就是两个通电螺线管,其产生的磁场类似于条形磁铁,所以由安培定则首先确定O点处合磁场方向水平向左,所以电子由纸内向纸外运动时受洛伦兹力方向由左手定则可判知应向上,所以电子向上偏转,B项正确.点击查看题图关闭课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU带电粒子在洛伦兹力作用下的运动性质带电粒子以一定的速度v进入磁感应强度为B的匀强磁场中(不考虑其他力的作用).(1)当v与B方向相同或相反时,洛伦兹力为零,所以带电粒子做匀速直线运动.(2)当v与B方向垂直时,洛伦兹力与速度方向垂直,只改变速度方向,不改变速度大小,所以带电粒子做匀速圆周运动.问题导学当堂检测课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测123451.下列说法正确的是()A.所有电荷在电场中都要受到电场力的作用B.所有电荷在磁场中都要受到磁场力的作用C.一切运动电荷在磁场中都要受到磁场力的作用D.运动电荷在磁场中,只有当垂直于磁场方向的速度分量不为零时,才受到磁场力的作用答案:AD解析:电荷在电场中都受电场力,选项A正确.静止的电荷不受磁场力,B项错误.即使是运动的电荷,当运动方向与磁场方向平行时也不受磁场力作用,C项错误,D项正确.课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测123452.如图是表示磁场磁感应强度B、负电荷运动方向v和磁场对电荷作用力F的相互关系图,这四个图中画得正确的是(B、v、F两两垂直)()答案:ABC解析:磁感应强度B、负电荷运动的方向和洛伦兹力的方向符合左手定则,但对负电荷,四指应该指向其运动的反方向.所以只有D项不符合.课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU12345问题导学当堂检测3.一个带电粒子在穿过某一空间而未发生偏转,则()A.此空间一定不存在磁场B.此空间可能有磁场,方向与电子速度方向平行C.此空间可能有磁场,方向与电子速度方向垂直D.可能带电粒子速度太小答案:B课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU12345问题导学当堂检测4.关于安培力和洛伦兹力,下面的说法中正确的是()A.洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力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.安培力和洛伦兹力,二者是等价的D.安培力对通电导体能做功,但洛伦兹力对运动电荷不能做功答案:BD解析:安培力是洛伦兹力的宏观表现,其本质都是磁场对运动电荷的作用,所以A错,B对,C错.洛伦兹力总垂直于电荷的运动方向,所以不做功,而安培力却可以与运动方向不垂直,所以可以做功,D对.课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU12345问题导学当堂检测5.地球有一个较强的磁场叫地磁场,由于地磁场的作用,可以使从太阳发出的高能粒子流在射向地面时发生偏转,因此起到保护地球上的生命免受高能粒子流伤害的作用.已知地球赤道上空地磁场的磁感线方向是由南向北的,从太阳喷射出的质子(带正电)垂直于地面射向赤道,在地磁场的作用下,这些质子将向哪个方向偏转()A.向东B.向南C.向西D.向北答案:A解析:地球表面地磁场方向由南向北,质子是氢原子核,带正电.根据左手定则可判定,质子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东,选项A正确.