高中物理《3.5 运动电荷在磁场中受到的力》学案 新人教版选修31.doc

高中物理选修3-13.5 运动电荷在磁场中受到的力学案一、洛伦兹力1定义：_在磁场中所受的力2与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的_，而洛伦兹力是安培力的微观本质二、洛伦兹力的方向和大小1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平面内让_从掌心进入，并使四指指向_，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受_的方向负电荷受力的方向与正电荷受力的方向_(2)特点：洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁场方向都_，洛伦兹力只改变带电粒子的运动方向，不改变速度大小，对电荷不做功 2洛伦兹力的大小(1)一般公式：fqvbsin ，其中为_方向与_方向的夹角(2)当_时，fqvb.(3)当_时，f0.三、电视显像管的工作原理1电视显像管应用了电子束_的原理2扫描：电子束打在荧光屏上的位置在_的控制下一行一行的不断移动3偏转线圈：产生使电子束偏转的_.1、 洛伦兹力的方向和大小2、问题情境太阳发射出的带电粒子以3001 000 km/s的速度扫过太阳系，形成“太阳风”(如图1所示)这种巨大的辐射经过地球时，为什么不能直射地球？为什么会在地球两极形成绚丽多彩如同梦幻般的极光？1通过课本中的演示实验，我们得出什么结论？ 2用左手定则判断洛伦兹力方向和用左手定则判断安培力方向时，左手的用法相同吗？3洛伦兹力的大小如何确定？ 4洛伦兹力和安培力的关系是怎样的？要点提炼1_电荷在磁场中所受的作用力称为洛伦兹力2洛伦兹力的方向可用_定则来判断：伸开_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；让磁感线从掌心进入，并使四指指向_运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的_电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向3洛伦兹力的计算公式为fbqvsin ，式中指_方向与_方向的夹角4由左手定则可知，洛伦兹力的方向始终与运动电荷的速度方向_，所以洛伦兹力对带电粒子不做功二、电视机显像管的工作原理问题情境目前，电视机已走进了家家户户，给人们的生活带来了巨大的变化足不出户便可欣赏到千里之外的奥运赛事的精彩直播！电视机正在播放节目时，禁止将磁铁靠近荧光屏！你知道这是为什么吗？1电视机显像管的主要构造是什么？2显像管的工作原理是什么？3电子束怎样实现“扫描”图像？ 例1图2中各图已标出磁场方向、电荷运动方向、电荷所受洛伦兹力方向三者中的两个，试标出另一个的方向图2变式训练1如图3所示，将水平导线置于真空中，并通以恒定电流i.导线的正下方有一质子初速度方向与电流方向相同，则质子的运动情况可能是()图3a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运动变式训练2下列关于带电荷量为q的粒子在匀强磁场中运动的说法，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c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d当粒子只受洛伦兹力作用时，动能不变例2如图4所示，摆球带负电荷的单摆，在一匀强磁场中摆动匀强磁场的方向垂直于纸面向里摆球在a、b间摆动过程中，由a摆到最低点c时，摆线拉力大小为f1，摆球加速度大小为a1；由b摆到最低点c时，摆线拉力大小为f2，摆球加速度大小为a2，则()图4af1f2，a1a2 bf1f2，a1a2cf1f2，a1a2 df1f2，a1a2听课记录：例3如图5所示，套在很长的绝缘直棒上的小球其质量为m，带电荷量是q，小球可在棒上滑动将此棒竖直放在互相垂直、方向如图所示的匀强电场和匀强磁场中，电场强度大小为e，磁感应强度大小为b.小球与棒的动摩擦因数为，求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度图5 变式训练3质量为0.1 g的小物块，带有5104 c的电荷量，放在倾角为30的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于0.5 t的匀强磁场中，磁场方向如图6所示物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面(设斜面足够长，取g10 m/s2)，问：图6(1)物块带何种电荷？(2)物块离开斜面时的速度为多少？【即学即练】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()af、b、v三者必定均保持垂直bf必定垂直于b、v，但b不一定垂直于vcb必定垂直于f，但f不一定垂直于vdv必定垂直于f、b，但f不一定垂直于b2下列说法正确的是()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的作用，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3初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图7所示，则() 图7a电子将向右偏转，速率不变b电子将向左偏转，速率改变c电子将向左偏转，速率不变d电子将向右偏转，速率改变4一初速度为零的质子，经过电压为1 880 v的电场加速后，垂直进入磁感应强度为5.0104 t的匀强磁场中，则质子受到的洛伦兹力多大？(质子质量m1.671027 kg，g10 m/s2)参考答案课前自主学习一、1.运动电荷2.宏观表现二、1.(1)磁感线正电荷运动的方向洛伦兹力相反(2)垂直2.(1)速度磁感应强度(2)vb(3)vb三、1.磁偏转2.偏转磁场3.磁场核心知识探究一、问题情境1运动的电荷在磁场中要受到力的作用2左手用法相同3由公式fbqvsin 来确定4.通电导线受到的安培力是洛伦兹力的宏观表现要点提炼1运动2左手左正电荷正3速度磁感应强度4垂直二、问题情境1电视机显像管由电子枪、偏转线圈和荧光屏三部分组成2阴极发射电子，经过偏转线圈(偏转线圈产生的磁场和电子运动方向垂直)电子受洛伦兹力发生偏转，偏转后的电子打在荧光屏上，使荧光屏发光3在电视机显像管的偏转区，分别在竖直方向和水平方向产生偏转磁场，其方向、强弱都在不断地变化，因此电子束打在荧光屏上的光点就像如图所示那样不断移动，这在电视技术中叫做扫描解题方法探究例1(1)受力方向垂直于v斜向上；(2)受力方向垂直于v向左；(3)运动方向平行于斜面向下；(4)磁场方向垂直于纸面向外解析用左手定则判断，对q，四指应指向其运动方向的反方向分别可得，图(1)中q受洛伦兹力方向垂直于v斜向上；图(2)中q受洛伦兹力方向垂直于v向左；图(3)中q运动方向平行于斜面向下，图(4)中匀强磁场方向垂直于纸面向外变式训练1b首先判断出电流i在导线下方产生的磁场为垂直纸面向外，然后由左手定则即可判断质子的运动轨迹应为b.变式训练2bd洛伦兹力的大小不仅与速度的大小有关，还与其方向有关，故a项错误；用左手定则判定洛伦兹力方向时，负电荷运动的方向跟正电荷运动的方向相反，故把q换成q，且速度反向而大小不变时，洛伦兹力的方向不变，又因速度方向与b的夹角也不变，故洛伦兹力的大小、方向均不发生变化，b项正确；洛伦兹力的方向一定跟电荷速度方向垂直，但电荷进入磁场的速度方向可以是任意的，因而磁场方向与电荷的运动方向的夹角也可以是任意的，故c项错误；洛伦兹力对运动电荷不做功，不改变运动电荷的动能，故d项正确例2b由于洛伦兹力不做功，所以从b和a到达c点的速度大小相等由a可得a1a2.当由a运动到c时，以小球为研究对象受力分析如图甲所示，f1f洛mgma1.当由b运动到c时，受力分析如图乙所示，f2f洛mgma2.由以上两式可得：f2f1，故b正确例3g解析此类问题属于涉及加速度的力学问题，必定得用牛顿第二定律解决，小球受力分析如图所示，根据牛顿第二定律列出方程有 mgfnma，fnqeqvb0，所以a故知v0时，a最大，amg.同样可知，a随v的增大而减小，当a减小到零时，v达最大，故mg(qvmbqe)得vm.变式训练3(1)负电荷(2)3.46 m/s解析(1)由左手定则可知物块带负电荷(2)当物块离开斜面时，物块对斜面的压力fn0，对物块受力分析如图所示，则有fmgcos 30，即qvbmgcos 30. 解得v3.46 m/s.即学即练1b根据左手定则，f一定垂直于b、v；但b与v不一定垂直 2d运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力fqvbsin ，所以f的大小不但与q、v、b有关系，还与v的方向与b的夹角有关系，当0或180时，f0，此时b不一定等于零，所以a、b