选修3—1《磁场》4：磁场对运动电荷的作用——洛仑兹力.doc

四、磁场对运动电荷的作用洛仑兹力教学目标1、掌握磁场对运动电荷的作用力洛仑兹力，并会用左手定则判断洛仑兹力的方向，会推导洛仑兹力的大小2、熟练掌握f=Bqv的计算3、掌握带电粒子在洛仑兹力作用下的运动匀速圆周运动及处理方法重点难点重点：洛仑兹力方向的判断和洛仑兹力大小的推导和计算难点：在洛仑兹力作用下的匀速圆周运动的处理设计思想磁场对通电导线有安培力的作用的实质是磁场对运动电荷作用的宏观表现，据此让学生能从安培力推导出洛仑力的大小，对洛仑兹力方向也用左手定则判断就不难理解了。由于洛仑兹力与速度垂直，因而对运动电荷不做功（只改变速度方向，不改变速度的大小），再借助于实验演示，让学生明白运动电荷只在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动的事实。本节课重在让学生抓住洛仑兹力的特点，解决在洛仑兹力参与下力学问题。教学资源 洛仑兹力演示仪、多媒体课件教学设计【课堂引入】前面我们学习了磁场对电流有力的作用安培力，而电流是“电荷定向移动”，若电荷不定向移动，导线中就没有电流，磁场对导线也就没有力的作用，请同学们思考一下：由此们能否得到磁场对电流的作用实质是磁场对运动电荷作用引起的呢？【课堂学习】学习活动一：实验演示“磁场确实对运动电荷有力的作用”问题1：怎样由“磁场对电流的作用”推导“磁场对运动电荷 的作用？设一段长为L的通电导线，截面积为S，通的电流为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，已知导线单位体积内电荷数目为n，电子电量为e，定向移动速率为v，则：此段导线受安培力：F=BIL此段电荷数目：N=nLS F=BnevSL电流强度微观表达式：I=nevS设一个电子受力为f，则f=F/N 则f=Bev问题2：怎样判断电子受洛仑兹力方向？【左手定则：四指表示电流方向（正电荷时四指与运动电荷同向；负电荷时四指与运动电荷反向），让磁感线垂直穿过掌心，则大姆指表示洛仑兹力的方向】洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力1、洛伦兹力的大小速度方向与磁场方向垂直时f=Bqv速度方向与磁场方向平行时f=02、方向左手定则：伸出左手，让大姆指跟四指垂直，且处于同一平面内，让磁感受线垂直穿过手心，四指指向正电荷的运动方向（当是负电荷时，四指指向与电荷运动方向相反）则大姆指所指方向就是该电荷所受洛伦兹力的方向洛伦兹力特点：对运动电荷不做功，只改变速度的方向，不改变运动电荷的速度大小v0IIMNabO.学习活动二：（2013徐、淮、宿三市调研二）如图所示，两根长直导线竖直插入光滑绝缘水平桌面上的M、N两小孔中， O为M、N连线中点，连线上a、b两点关于O点对称。导线均通有大小相等、方向向上的电流。已知长直导线在周围产生的磁场的磁感应强度，式中k是常数、I是导线中电流、r为点到导线的距离。一带正电的小球以初速度v0从a点出发沿连线运动到b点。关于上述过程，下列说法正确的是【 】A小球先做加速运动后做减速运动B小球一直做匀速直线运动C小球对桌面的压力先减小后增大D小球对桌面的压力一直在增大学习活动三：一带电粒子以初速度V0垂直于匀强电场E沿两板中线射入，不计重力，由C点射出时的速度为V，若在两板间加以垂直纸面向里的匀强磁场，粒子仍以V0入射，恰从C关于中线的对称点D射出，如图所示，则粒子从D点射出的速度为多少?【答案：（2V02-V2）1/2】只在洛仑兹力作用下（fv）带电粒子的运动为匀速圆周运动：“向心力”为“洛仑兹力”则：Bqv=mv2/R 得 R=mv/Bq 粒子在做匀速圆周运动的周期T=2R/v=2m/Bq（与R、v无关）学习活动四：图中MN表示真空室中垂直于纸面的平板，它的一侧有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B 。一带电粒子从平板上的狭缝O处以垂直于平板的初速v射入磁场区域，最后到达平板上的P 点。已知B 、v以及P 到O的距离l 不计重力,求此粒子的电荷q与质量m 之比。【答案：2v/Bl】GEF30135学习活动五：（2013海南）如图，纸面内有E、F、G三点，GEF=30，EFG=135。空间有一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外。先使带有电荷量为q（q0）的点电荷a在纸面内垂直于EF从F点射出，其轨迹经过G点；再使带有同样电荷量的点电荷b在纸面内与EF成一定角度从E点射出，其轨迹也经过G点。两点电荷从射出到经过G点所用的时间相同，且经过G点时的速度方向也相同。已知点电荷a的质量为m，轨道半径为R，不计重力。求：点电荷a从射出到经过G点所用的时间；点电荷b的速度大小。【答案】 【课堂小结】与【板书设计】洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力1、洛伦兹力的大小速度方向与磁场方向垂直时f=Bqv速度方向与磁场方向平行时f=02、方向左手定则（正电荷时四指与运动电荷同向；负电荷时四指与运动电荷反向）洛伦兹力特点：对运动电荷不做功，只改变速度的方向，不改变运动电荷的速度大小只在洛仑兹力作用下（fv）带电粒子的运动为匀速圆周运动：“向心力”为“洛仑兹力”则：Bqv=mv2/R 得 R=mv/Bq 粒子在做匀速圆周运动的周期T=2R/v=2m/Bq（与R、v无关）课堂反馈1、关于洛伦兹力下列说法中正确的是【 】（A）洛伦兹力只改变运动电荷速度的方向 （B）洛伦兹力只改变运动电荷速度的大小（C）洛伦兹力不做功 （D）洛伦兹力可能会做功2、关于洛伦兹力和安培力下列说法中正确的是 【 】（A）通电导线在磁场中所受的安培力，实际是洛伦兹力的宏观表现（B）左手定则适用于通电导线和正电荷的运动，对负电荷的运动不适用（C）应用左手定则判断安培力和洛伦兹力的方向时，应让磁感线穿过掌心，四个手指代表电流方向，大拇指代表安培力或洛伦兹力的方向（D）安培力的方向一定与导线垂直，也一定与磁场方向垂直3、一带电粒子，沿垂直于磁场的方向射人一匀强磁场，粒子的一段径迹如图所示，径迹上的每一小段都可近似看成圆弧，由于带电粒子使沿途空气电离，粒子的能量逐渐减小(带电荷量保持不变)，从图中情况可以确定 【 】（A）粒子从a到b，带正电 （B）粒子从b到a，带正电（C）粒子从a到b，带负电 （D）粒子从b到a，带负电4、电荷量为q的粒子自静止开始被加速电压为U的电场加速后，沿垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，粒子在磁场中做半径为R的匀速圆周运动，不计重力，则粒子在磁场中的运动速率为多大？【答案：2U/BR】课后测评1、带电粒子以相同的速度分别垂直进入匀强电场和匀强磁场时，它将【 】（A）在匀强电场中做匀速圆周运动 （B）在匀强磁场中做变加速曲线运动（C）在匀强电场中做抛物线运动 （D）在匀强磁场中做抛物线运动2、质子()和粒子()以相同的速度垂直进入同一匀强磁场中，它们在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动，它们的轨道半径和运动周期关系是【 】（A）Rp：Rn=1：2，Tp：Tn=1：2 （B）Rp：Rn=2：1，Tp：Tn=1：2（C）Rp：Rn=1：2，Tp：Tn=2：1 （D）Rp：Rn=1：4，Tp：Tn=1：43（2013安微）图中a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面积位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相等的电流，方向如图所示。一带正电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是【 】 A向上 B向下 C向左 D向右4、有关电荷所受电场力和洛仑兹力的说法中，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5、如图所示，一带负电的滑块从粗糙斜面的顶端滑至底端时的速率为v，若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，并保证滑块能滑至底端，则它滑至底端时的速率 【 】（A）大于v （B）小于v（C）等于v （D）条件不足，无法判断6、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【 】（A）速度相同 （B）加速度相同（C）所受洛仑兹力相同 （D）轨道给它的弹力相同7、如图所示，一个带正电q的带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场B中，带电体的质量为m为了使带电体对水平的绝缘面恰好没有正压力，则应该【 】（A）将磁感应强度B的值增大（B）将磁场以速