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2．4电子束偏转的奥秘第2章打开电磁联系的大门1．通过实验，认识运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力．2．知道影响洛伦兹力大小和方向的因素．当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，会运用左手定则判断洛伦兹力的方向，会计算特殊情况下洛伦兹力的大小．3．了解磁偏转在技术上、科学上的应用，了解质谱仪、回旋加速器的工作原理．第2章打开电磁联系的大门一、洛伦兹力1．磁场对运动_____的作用力叫洛伦兹力．洛伦兹力可以使带电粒子发生偏转．2．当运动方向与磁场垂直时洛伦兹力的大小：____________．电荷f＝qvB二、洛伦兹力的方向1．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．让磁感线垂直穿过手心，四指指向__电荷运动的方向(如是__电荷，则四指指向负电荷运动的反方向)，拇指所指的方向就是__________的方向．2．洛伦兹力的方向处处垂直于运动电荷的_____，它只改变运动电荷速度的_____，不改变运动电荷速度的_____，垂直于磁场射入的电子在洛伦兹力作用下做__________．正负洛伦兹力速度方向大小圆周运动氦原子核(42He)三、磁偏转的应用1．分离放射线放射物质衰变时，会从原子核内发射三种射线：一种叫α射线，由带正电的__________________组成；一种叫_______，是带负电的高速_____流；还有一种叫γ射线，是不带电的_______．β射线电子光子流图中a、b、c各是什么粒子？提示：a为β粒子，b为γ射线，c为α粒子．2．质谱仪：质谱仪是科学研究中用来分析_______和测量______________的精密仪器．3．回旋加速器加速器是使带电粒子获得_______的设备．同位素带电粒子质量高能量一、对洛伦兹力的理解1．洛伦兹力是矢量，既有大小又有方向洛伦兹力的大小与电荷在磁场中的运动方向有关．同一电荷，按不同方向在同一磁场中运动，如图所示三种情况下，运动方向与磁场垂直时洛伦兹力最大，取为fmax；当运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力最小，f＝0；其它情况下0＜f＜fmax．洛伦兹力的方向可用左手定则判定．(1)通电直导线在磁场中所受的安培力的实质是导体内的运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现．(2)洛伦兹力f始终垂直于电荷的运动速度v的方向，所以f只改变v的方向，并不改变v的大小，因此，洛伦兹力对运动电荷永不做功．2．洛伦兹力和电场力的比较洛伦兹力电场力性质磁场对在其中运动的电荷的作用力电场对放入其中的电荷的作用力产生条件磁场中静止电荷、沿磁场方向运动的电荷不受洛伦兹力电场中的电荷无论静止，还是沿任何方向运动都要受到电场力洛伦兹力电场力方向①方向由电荷正负、磁场方向以及电荷运动方向决定，各方向之间关系遵循左手定则②洛伦兹力方向一定垂直于磁场方向以及电荷运动方向(电荷运动方向与磁场方向不一定垂直)①方向由电荷正负、电场方向决定②正电荷受力方向与电场方向相同，负电荷受力方向与电场方向相反洛伦兹力电场力做功情况不做功可能做正功，可能做负功，也可能不做功即时应用(即时突破，小试牛刀)关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动，下列说法正确的是()A．带电粒子沿电场线方向射入，电场力一定对带电粒子做正功，粒子动能增加B．带电粒子垂直于电场线方向射入，电场力对带电粒子不做功，粒子动能不变C．带电粒子沿磁感线方向射入，洛伦兹力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加D．不管带电粒子怎样射入磁场，洛伦兹力对带电粒子都不做功，粒子动能不变解析：选D．带电粒子在电场中受到的电场力F＝qE，F只与E有关，与运动状态无关，电场力做正功还是做负功由电场力与位移的夹角决定，故A错；带电粒子只要垂直电场线射入，不论正电荷还是负电荷，电场力都做功，故B错；带电粒子不论怎样射入磁场，洛伦兹力都不做功，故C错，D对．二、电子束的磁偏转及其作用1．电子束的磁偏转电子束在磁场中运动时，若速度方向与磁场方向垂直，根据左手定则，运动电荷所受洛伦兹力方向始终与其速度方向垂直．因此洛伦兹力不能改变运动电荷速度的大小，只能改变运动的方向，使其发生偏转．电荷将做匀速圆周运动．2．显像管的工作原理(1)显像管原理示意图如图所示(2)工作原理：显像管工作时，阴极发射电子，加速后电子在偏转电场、磁场作用下打到荧光屏上不同位置，荧光屏因大量电子撞击发光而形成图像．三、带电粒子在磁场中的运动垂直进入磁场中的运动电荷在磁场中做匀速圆周运动．运动半径：洛伦兹力充当向心力qvB＝mv2R，得出半径公式：R＝mvqB．运动周期：根据T＝2πRv得出周期公式：T＝2πmqB．题型1洛伦兹力方向的判断如图所示，是表示磁场磁感应强度B、负电荷运动方向v和磁场对电荷洛伦兹力f的相互关系图，这四个图中正确的是(B、v、f两两垂直)()[思路点拨]应用左手定则解决三者间方向的问题时，特别要注意“其余四指”的指向．[解析]由左手定则可判断A、B、C正确．[答案]ABC本题易错选D项．应用左手定则判断洛伦兹力的方向时，四指指向正电荷运动方向，由于读题不认真误将负电荷当成正电荷．1．来自宇宙的带有正、负电荷的粒子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些粒子在进入地球周围的空间时，下列说法正确的是()A．正离子将相对于预定地点向东偏转B．负离子将相对于预定地点向东偏转C．正离子将相对于预定地点向西偏转D．负离子将相对于预定地点向西偏转解析：选AD．地球表面地磁场方向由南向北，垂直于地球表面射向赤道的正、负粒子，由左手定则知正粒子受力方向向东，负粒子受力方向向西，因此，选项A、D是正确的．题型2带电粒子在磁场中的运动一带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段径迹如图所示，径迹上每一小段都可以看成圆弧，由于带电粒子使沿途空气电离，粒子的能量逐渐减小(电荷量不变)则可判定()A．粒子从a到b运动，带正电B．粒子从b到a运动，带正电C．粒子从a到b运动，带负电D．粒子从b到a运动，带负电[思路点拨]粒子的能量减小，导致粒子运动的半径变化，由左手定则判定粒子运动的速度方向及所带电荷的正负．[解析]粒子的能量减小→动能减小→速度减小，由R＝mvqB可知：v减小，半径R减小，粒子从b到a，根据左手定则可判定速度方向沿切线方向，所以粒子带正电．故选B．[答案]B带电粒子垂直进入磁场，仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动．可根据粒子的运动轨迹判断f洛的方向．进而结合左手定则判断粒子的电性．2．如图所示，在长直导线中有恒定电流I通过，导线正下方电子初速度v0方向与电流I的方向相同，电子将()A．沿路径a运动，轨迹是圆B．沿路径a运动，轨迹半径越来越大C．沿路径a运动，轨迹半径越来越小D．沿路径b运动，轨迹半径越来越大解析：选D．导线下方磁场方向垂直纸面向外，且离导线越远磁场越弱，故由左手定则和R＝mvqB知，选项D正确．题型3磁偏转的应用如图所示为磁流体发电机的示意图，将气体加热到很高的温度，使它成为等离子体(含有大量正、负离子)，让它以速度v通过磁感应强度为B的匀强磁场区，电极a和b的间距为d．(1)说明磁流体发电机的原理．(2)哪个电极为正极？(3)计算电极间的电势差．[思路点拨]这是一道联系实际的问题，要明确发电机的工作原理，综合运用所学的知识，利用共点力的平衡进行求解．解决此类复合场问题时，正确地对物体进行受力分析是关键．[解析](1)带电粒子进入磁场且受到洛伦兹力的作用而向两个极板运动，在两个极板上积累的电荷越来越多，从而在两个极板间产生竖直方向的电场，且越来越强，最终带电粒子所受电场力和磁场力平衡后，沿直线通过叠加场，这样就在两个极板间产生了持续的电势差．(2)b板为正极．(3)平衡时电场力等于洛伦兹力，即qE＝qvB，又E＝Ud因此U＝Bvd．[答案](1)见解析(2)b板为正极(3)Bvd3．查阅资料，了解质谱仪的工作原理．解析：质谱仪是利用电场和磁场控制电荷运动、测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具，其结构如图所示，容器A中含有电荷量相同而质量有微小差别的带电粒子，经过S1和S2之间的电场加速，它们进入磁场将沿着不同轨迹做圆周运动，打在照相底片的不同地方，在底片上形成若干细条，叫做谱线．从谱线的位置可以知道粒子做圆周运动的半径大小，如果再已知带电粒子的电荷量，就可以算出它的质量，这种仪器叫做质谱仪．同位素粒子从粒子源出来进入加速电场，在电场中被加速；然后又进入匀强磁场，在匀强磁场中做匀速圆周运动．加速过程中：qU＝12mv2．以速度v进入磁场做圆周运动：qvB＝mv2R．两式联立可得：R＝1B2mUq，由此可知不同质量的粒子半径不同，可以分开．答案：见解析