3.5磁场对运动电荷的作用力精品学案.doc

选修3-1第三章35(1) 磁场对运动电荷的作用基本内容 1运动电荷在磁场中受到的作用力，叫做 。2洛伦兹力的方向的判断左手定则：让磁感线 手心，四指指向 的方向，或负电荷运动的 ，拇指所指电荷所受 的方向。3洛伦兹力的大小:洛伦兹力公式 。 4洛伦兹力对运动电荷 ，不会 电荷运动的速率。5显像管中使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的,叫做偏转线圈。为了与显像管的管颈贴在一起,偏转线圈做成 。例题点拨训练加固试判断图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向.课堂练习1.试判断下列各图带电粒子所受洛仑兹力的方向、或磁场的方向、或粒子运动方向(F,v,B两两垂直)2.电子的速率v=3.0106m/s，沿着与磁场垂直的方向射入B=0.10T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？3、当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则 （ ）A带电粒子速度大小改变；B带电粒子速度方向改变；C带电粒子速度大小不变；D带电粒子速度方向不变。4.来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将( )A. 竖直向下沿直线射向地面B. 相对于预定地面向东偏转C. 相对于预定点稍向西偏转D. 相对于预定点稍向北偏转35(2) 磁场对运动电荷的作用【训练1】如右图所示，一个质量m=0.1 g的小滑块，带有q=510-4C的电荷放置在倾角=30的光滑斜面上（绝缘），斜面置于B=0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，小滑块由静止开始沿斜面滑下，其斜面足够长，小滑块滑于某一位置时，要离开斜面.求：（1）小滑块带何种电荷？（2）小滑块离开斜面的瞬时速度是多大？（3）该斜面的长度至少多长？（g取10 m/s2）【训练2】如图所示，A、B两绝缘物体叠放在粗糙的水平面上，地面上方存在如图所示的匀强磁场， A物体带有正电荷，现使、两个物体以初速度v向右相对静止的运动，则（ ）AA、B两物体间的摩擦力大小不变B地面对B物体的摩擦力不断增大CA、B两物体间的摩擦力不断增大D地面与B间的摩擦力不断减少一、速度选择器1.粒子受力特点：同时受方向相反的电场力和磁场力作用。2.粒子匀速通过速度选择器的条件：电场力和洛伦兹力平衡：qE=qvB，v=E/B速度大小只有满足v=E/B的粒子才能沿直线匀速通过。例1、在图所示的平行板之间，电场强度E和磁感应强度B相互垂直，具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器.若带正电粒子入射速度 则下列说法正确的是( )A. 粒子动能一定增加，电场力做正功B. 粒子所受洛伦兹力一定增大，洛伦兹力做正功C. 粒子动能一定减少，洛伦兹力不做功D. 电场力不做功，洛伦兹力做正功注意：(1).速度选择器两极板间距离极小，粒子稍有偏转，即打到极板上。(2).速度选择器对正、负电荷均适用。(3).速度选择器中的E、B的方向具有确定的关系，仅改变其中一个方向，就不能对速度做出选择。(4).速度选择器只能单向选择，如上图中粒子从右侧进入会受到相同方向的电场力和洛伦玆力而打到板上二、磁流体发电机磁流体发电机原理：等离子体喷入磁场B，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到A、B板上， 产生电势差。设板间距离为d，当等离子体以速度v匀速通过A、B板间时，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势。此时离子受力平衡：E场q=Bqv，即E场=Bv，故电源电动势E=E场d=Bdv。例2.目前世界上正在研究新型发电机磁流体发电机，它的原理图如图所示，设想在相距为d的两平行金属板间有磁感应强度为B的匀强磁场，两板通过开关和灯泡相连。将气体加热到使之电离后，由于正、负离子一样多，且带电荷量均为q，因而称为等离子体，将其速度v喷入甲、乙两板之间，这时甲、乙两板就会聚集电荷，产生电压，这就是磁流体发电机的原理，它可以直接把内能转化为电能。试问：(1)图中哪个极板是发电机的正极？(2)发电机的电动势多大？(3)设喷入两极间的离子流每立方米有n个负电荷，离子流的横截面积为S，则发电机的最大功率多大？三、电磁流量计电磁流量计原理：如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动，导电液体中的自由电荷在洛伦兹力作用下横向偏转，a、b间出现电势差。当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差保持稳定。由例3.电磁流量计广泛应用于测量可导电流体(如污水)在管中的流量(在单位时间内通过管内横截面的流体的体积)。为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中a、b、c，流量计的两端与输送流体的管道相连(图中虚线)。图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面，当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串联了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值，已知流体的电阻率为，不计电流表的内阻，则可求得流量为( )四、霍尔元件B d h A A I 例4如图所示，厚度为h，宽度为d的导体板放在与它垂直的、磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体的上侧面A和下侧面A之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和磁感强度B之间的关系为，式中的比例系数K称为霍尔系数霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上、下两侧之间就会形成稳定的电势差 设电流I是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为，电荷量为e回答下列问题：（1）达到稳定状态时，导体上侧面A的电势_下侧面A的电势（填“高于”、“低于”或“等于”）（2）电子所受的洛伦兹力的大小为_（3）当导体上、下两侧之间的电势差为U时，电子所受的静电力的大小为_（4）由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数为K，其中n代表导体板单位体积中电子的个数达标提升1. 一个电子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此空间可能有方向与电子速度平行的磁场 C此空间可能有磁场 ，方向与电子速度垂直D以上说法都不对2.如下图所示，在真空中，水平导线中有恒定电流I通过，导线的正下方有一质子初速度方向与电流方向相同，则质子可能的运动情况是()A沿路径a运动B沿路径b运动C沿路径c运动 D沿路径d运动3有关电荷所受电场力和洛伦兹力的说法中，正确的是 （ ）A电荷在磁场中一定受磁场力的作用B电荷在电场中一定受电场力的作用C电荷受电场力的方向与该处的电场方向一致D电荷若受磁场力，则受力方向与该处的磁场方向垂直4如右图所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面向外、强度为B的匀强磁场中质量为m、带电荷量为Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑在滑块下滑的过程中，下列判断正确的是()A滑块受到的摩擦力不变B滑块到达地面时的动能与B的大小无关C滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下DB很大时，滑块可能静止于斜面上5如图所示，带电小球在匀强磁场中沿光滑绝缘的圆弧形轨道的内侧来回往复运动，它向左或向右运动通过最低点时 （ ）速度相同B加速度相同C所受洛伦兹力相同 D轨道给它的弹力相同6如果运动电荷在磁场中运动时除磁场力作用外不受其他任何力作用，则它在磁场中的运动可能是（ ）A匀速圆周运动 B匀变速直线运动C变加速曲线运动 D匀变速曲线运动7下列说法中正确的是()A运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用B运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感应强度一定为零C洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的速度D洛伦兹力对带电粒子不做功8、如下图所示是电视机显像管及其偏转线圈的示意图电流方向如图所示，试判断正对读者而来的电子束将向哪边偏转()A向上 B向下C向左 D向右9、长方体金属块放在匀强磁场中，有电流通过金属块，如图所示，则下面说法正确的是()A金属块上下表面电势相等B金属块上表面电势高于下表面电势C金属块上表面电势低于下表面电势D无法比较两表面的电势高低10、在方向如图所示的匀强电场(场强为E)和匀强磁场(磁感应强度为B)共存的场区中，一电子沿垂直电场线和磁感线的方向以速度v0射入场区，设电子射出场区时的速度为v，则()A若v0E/B，电子沿轨迹运动，射出场区时，速度vv0B若v0E/B，电子沿轨迹运动，射出场区时，速度vv0C若v0E/B，电子沿轨迹运动，射出场区时，速度vv0D若v0E/B，电子沿轨迹运动，射出场区时，速度vv011如右图为一“滤速器”装置的示意图a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO运动，由O射出不计重力作用可能达到上述目的的办法是()A使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里B使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里C使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外D使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外12：如图所示，一个带正电q的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，若小带电体的质量为m，为了使它对水平绝缘面正好无压力，应该（ ）A使B的数值增大B使磁场以速率 v，向上移动C使磁场以速率v，向右移动D使磁场以速率v，向左移动13.一种测量血管中血流速度仪器的原理如图所示，在动脉血管左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接电压表，设血管直径是2.0 mm，磁场的磁感应强度为0.08 T，电压表测出的电压为0.10 mV，则血流速度大小为多少？(取两位有效数字)14如图为一电磁流量计的示意图，其截面为正方形的非磁性管，每边边长为d，导电液体流动，在垂直液体流动方向上加一指向纸内的匀强磁场，磁感应强度为B.现测得液体a、b两点间的电势差为U，求管内导电液体的流量Q.15、将导体放在沿x方向的匀强磁场中，并通有沿y方向的电流时，在导体的上下两侧面间会出现电势差，此现象称为霍尔效应。利用霍尔效应的原理可以制造磁强计，测量磁场的磁感应强度。磁强计的原理如图所示，电路中有一段金属导体，它的横截面为边长等于a的正方形，放在沿x正方向的匀强磁场中，导体中通有沿y方向、电流强度为I的电流，已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电量为e，金属导体导电过程中，自由电子所做的定向移动可以认为是匀速运动，测出导体上下两侧面间的电势差为U。求：（1）导体上、下侧面那个电势较高？（2）磁场的磁感应强度是多少？ SB R导电流体 16、图为磁流体发电机的示意图。设两金属板间的距离为d，两极板间匀强磁场的磁感应强度为B。等离子体垂直进入磁场的速度为v,单个离子所带的电量为q。离子通道（即两极板内所围成空间）的等效电阻为r，负载电阻为R。求（1）该发电机的电动势；（2）发电机的总功率。17、如图示，套在很长的绝缘直棒上的带正电的小球，其质量为m，带电荷量为q，小球可在棒上滑动，现将此棒竖