2019-2020学年高中物理 第二章 电流与磁场 3 磁场对运动电荷的作用力学案 教科版选修1-1

3磁场对运动电荷的作用力1.认识洛伦兹力2.会用左手定则判断洛伦兹力的方向3.了解电子束磁偏转原理及其在技术上的应用4.初步了解显像管的工作原理 学生用书p18一、洛伦兹力磁场对运动电荷的作用力1定义：磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力2洛伦兹力与安培力的关系通电导线受到的安培力，是导线中定向运动的电荷受到的洛伦兹力的宏观表现3洛伦兹力的方向左手定则：伸开左手，使大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，那么，拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向4洛伦兹力的大小当电荷的运动方向与磁感线垂直时，磁场越强，电荷带电量越大，运动速度越大，电荷受到的洛伦兹力就越大二、电子束在磁场中偏转的应用教材p24图是电视机显像管的基本结构电视机显像管中电子束的偏转利用的就是运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的道理来工作的洛伦兹力方向的判断学生用书p181伸开左手，使大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(负电荷运动的反方向)，则大拇指所指的方向就是正(负)电荷所受的洛伦兹力的方向2不论磁场的方向与运动电荷的速度的方向是否垂直，洛伦兹力的方向总与速度v的方向垂直，总与磁场b的方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于b和v决定的平面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)()解析由左手定则可判断选项a、b、c正确答案abc1.如图为阴极射线管的结构示意图，阴极射线发出的电子束在阴极和阳极间强电场的作用下沿直线运动，如果在射线管所在区域内加上垂直纸面向里的匀强磁场，则电子束的偏转方向为()a竖直向上偏转b竖直向下偏转c垂直纸面向里偏转d垂直纸面向外偏转解析：选b.带电粒子所受洛伦兹力的方向可用左手定则判定在用左手定则判定洛伦兹力方向时，四指应指向电子运动的反方向，磁场垂直穿过手心，则大拇指所指的方向即为洛伦兹力的方向运动电荷在磁场中的运动学生用书p191带电粒子在匀强磁场中的匀速直线运动若带电粒子的速度方向与磁场方向平行(相同或相反)，此时带电粒子所受到的洛伦兹力为零，带电粒子将以入射速度v做匀速直线运动2带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动若带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场，由于洛伦兹力始终和运动方向垂直，因此不改变速度的大小，但不停地改变速度的方向，所以带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供了带电粒子做匀速圆周运动的向心力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此空间可能有磁场，方向与电子速度平行c此空间可能有磁场，方向与电子速度垂直d此空间可能有正交的磁场和电场，它们的方向均与电子速度垂直解析依据对洛伦兹力的说明可知：当v的方向与磁感应强度b的方向平行时，运动电荷不受洛伦兹力的作用，带电粒子仍然以速度v做匀速直线运动因此一个电子穿过某一空间而未发生偏转不能说此空间一定不存在磁场，只能说此空间可能有磁场，方向与电子速度方向平行，或者说此空间可能有正交的磁场和电场，它们的方向均与电子速度方向垂直，导致电子所受合力为零因此，本题的正确选项为b、d.答案bd2.如图所示是电视机中显像管的偏转线圈示意图，它由绕在磁环上的两个相同的线圈串联而成，线圈中通有如图所示方向的电流当电子束从纸里经磁环中心向纸外射来时(图中用符号“”表示电子束)，它将()a向上偏转b向下偏转c向右偏转 d向左偏转解析：选a.由右手定则判断在偏转线圈内部存在水平向左的磁场，再由左手定则判定电子束向上偏转随堂检测学生用书p191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永不做功解析：选d.运动电荷不受洛伦兹力有两种情形，一种是磁感应强度为零，一种是速度方向与磁场平行洛伦兹力不做功，不改变速度的大小，但可以改变速度的方向2将空心线圈通以大小和方向都在改变的电流，由其某一端沿中心轴线方向射入一束电子流，则电子流在线圈内的运动情况是()a往复运动b匀速直线运动c匀变速直线运动 d匀速圆周运动解析：选b.根据通电螺线管的磁场特点，沿中心轴线射入的电子流与磁场平行，该束电子流不受磁场力，故电子束做匀速直线运动3带电粒子(重力不计)穿过饱和蒸汽时，在它走过的路径上饱和蒸汽便凝成小液滴，从而显示出粒子的径迹，这是云室的原理，如图是云室的拍摄照片，云室中加了垂直于照片向外的匀强磁场，图中oa、ob、oc、od是从o点发出的四种粒子的径迹，下列说法中正确的是()a四种粒子都带正电b四种粒子都带负电c打到a、b点的粒子带正电d打到c、d点的粒子带正电解析：选d.由左手定则知打到a、b点的粒子带负电，打到c、d点的粒子带正电，d正确4在如图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内，水平向右射入的电子可能沿水平方向做直线运动的是()解析：选bc.电子若要在水平方向做直线运动，其受到的电场力知洛伦兹力的合力应为零或沿水平方向a项中，电子受到的电场力水平向左，洛伦兹力竖直向下，故a错；b项中，电子不受洛伦兹力，电场力水平向左，故b对；c项中，电场力竖直向上，洛伦兹力竖直向下，当两力大小相等时，电子将做直线运动，故c对；d项中，电场力竖直向上，洛伦兹力竖直向上，故d错课时作业学生用书p74(单独成册)一、选择题1关于电场力与洛伦兹力，以下说法正确的是()a电荷只要处在电场中，就会受到电场力，而电荷静止在磁场中，有可能受到洛伦兹力b电场力对在其电场中的电荷可能会做功，而洛伦兹力对在其磁场中的电荷却一定不做功c电场力与洛伦兹力一样，受力方向都在电场线和磁感线上d只有运动的电荷在磁场中才会受到洛伦兹力的作用解析：选bd.根据洛伦兹力的产生条件可知：静止的电荷在磁场中不会受到洛伦兹力作用，运动的电荷在磁场中可能受到洛伦兹力的作用，故a选项错误，d选项正确；电场力对在其电场中的电荷可能做功，但洛伦兹力对在其磁场中的电荷始终不做功，故b选项正确；电场力与洛伦兹力方向总与磁场方向垂直，不会沿磁感线方向，故c选项错误2在图中，洛伦兹力的方向判断不正确的是()解析：选c.由左手定则可以判定a、b、d选项正确，只有c选项不对，当电荷运动的方向与磁场平行时不受洛伦兹力3如图所示，将一阴极射线管置于一通电螺线管的正上方且在同一水平面内，则阴极射线将()a向外偏转b向里偏转c向上偏转d向下偏转解析：选a.由安培定则：螺线管的上端为s极，下端为n极，磁感线从上面穿过阴极射线管，又由阴极射线管发射的是电子结合安培定则易知，阴极射线向外偏转，所以选a选项4一个电子在赤道上空由东向西飞行，地球磁场对它的作用力方向是()a向下b向上c向南 d向北解析：选b.赤道上空地磁场的方向由南指向北，电子带负电，用左手定则可判断电子受到的洛伦兹力方向向上5如图所示，电子枪射出的电子束进入示波管，在示波管正下方有竖直放置的通电环形导线，则示波管中的电子束将()a向上偏转 b向下偏转c向纸外偏转 d向纸里偏转解析：选a.由安培定则可知，环形导线在示波管处产生的磁场方向垂直纸面向外，由左手定则可判断，电子受到的洛伦兹力向上，故a选项正确6如图所示，在正交的匀强电场和磁场的区域内(磁场水平向里)，有一离子恰能沿直线飞过此区域(不计离子重力)()a若离子带正电，e方向应向下b若离子带负电，e方向应向上c若离子带正电，e方向应向上d不管离子带何种电，e方向都向下解析：选ad.可用假设法，设离子带正电，则受向上的洛伦兹力、向下的电场力，故电场方向向下；同理，若离子带负电，受向下的洛伦兹力、向上的电场力，则电场方向也向下故a、d正确，b、c错误7如图所示，宇宙射线中存在高能带电粒子，假如大气层被破坏，这些粒子就会到达地球，从而给地球上的生命带来危害，根据地磁场的分布特点，判断下列说法中正确的是()a地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在南北两极最强，赤道附近最弱b地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强，两极最弱c地磁场对宇宙射线的阻挡作用在地球周围各处相同d地磁场对宇宙射线无阻挡作用解析：选b.当带电粒子的运动方向与磁感线的方向在一条直线上时，磁场对它没有作用力，当带电粒子的运动方向与磁感线的方向垂直时，磁场对它的作用力最大根据地磁场的方向和宇宙射线的入射方向不难判定，选项b正确8一长方形金属块放在匀强磁场中，今将金属块通以如图所示的电流，则mn两极的电势高低情况是()amn bmncmn d无法比较解析：选c.金属块通有向右的电流时，所受安培力方向应是竖直向上因为金属块内运动的是电子，故电子受到向上的洛伦兹力的作用，m极聚集的是负电荷，所以电势必低于n极9如图所示，用绝缘线拴一绝缘小球，线上端固定于o点，线长为l，小球带正电当小球摆过竖直线oc时，便进入或离开一个匀强磁场，磁场的方向垂直于小球的摆动平面，摆球沿着圆弧来回摆动下列说法中正确的是()aa点和b点处在同一个水平面上ba点和b点处线的拉力大小是相同的c小球向右或向左摆过d点时，洛伦兹力相同d小球向右或向左摆过d点时，线的拉力一样大解析：选ab.由于洛伦兹力不做功，此小球在摆动过程中只有重力做功，机械能守恒，故a和b处于同一水平面上，a项正确；由于a点和b点处于对称位置，速度又为零，绳对球的拉力和球的重力沿绳方向的合力大小相等，故b项正确；小球向左或向右经过d处的速度大小相等、方向相反，洛伦兹力大小相等、方向相反，故c项错误；而向左或向右经过d处的速度方向相反，洛伦兹力方向相反，但向心力的大小却是相等的，所以拉力不一样大，故d