第2章 2．4　电子束偏转的奥秘

1、.24电子束偏转的奥秘12分如图2­4­1所示，两个同心放置的同平面金属圆环，条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直，那么通过两圆环的磁通量a、b之间的关系是图2­4­1AabBabCab D不能确定【解析】通过圆环的磁通量为穿过圆环的磁感线的净条数，首先明确条形磁铁的磁感线分布情况，另外要注意磁感线是闭合的曲线条形磁铁的磁感线在磁铁的内部是从S极到N极，在磁铁的外部是从N极到S极，内部有多少根磁感线，外部的整个空间就有多少根磁感线同内部磁感线构成闭合曲线对两个圆环，磁铁内部的磁感线全部穿过圆环，外部的磁感线穿过多少，磁通量就抵消多少，所以面积越大，磁通量反而

2、越小，应选A.【答案】A22分如图2­4­2所示，两个完全一样的线圈套在一程度光滑的绝缘圆柱上，线圈能自由挪动，假设两线圈内通有大小不等的同向电流，那么它们的运动情况是图2­4­2A都绕圆柱转动B以不等的加速度相向运动C以相等的加速度相向运动D以相等的加速度相背运动【解析】同向环形电流可分成很多小段直线电流元，那么不难发现相对应的直线电流元方向总是一样的，方向一样的直线电流元是互相吸引的；也可以把环形电流等效成小条形磁铁，异名磁极互相吸引，虽然两电流大小不等，根据牛顿第三定律知两线圈间的互相作用力大小相等，所以选C项【答案】C3. 3分如图2­

3、4­3所示，长为l的通电直导体棒ab放在光滑程度绝缘轨道上，劲度系数为k的程度轻弹簧一端固定，另一端拴在棒的中点，且与棒垂直，整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中，弹簧伸长x，棒处于静止状态那么图2­4­3A导体棒中的电流方向从b流向aB导体棒中的电流大小为C假设只将磁场方向顺时针缓慢转过一小角度，那么x变大D假设只将磁场方向逆时针缓慢转过一小角度，那么x变大【解析】由于弹簧伸长，根据左手定那么知导体棒中的电流方向从a流向b，所以A错误；由力的平衡条件知kxBIl，所以B正确；假如磁场方向转过一小角度，安培力程度方向的分量均要减小，所以x变小，故C

4、、D错误【答案】B 43分关于对磁通量的描绘，以下说法正确的选项是A位于磁场中的一个平面垂直磁场方向时，穿过该平面的磁通量最大B穿过平面的磁通量最大时，该处的磁感应强度一定最大C假如穿过某平面的磁通量为零，那么该处的磁感应强度一定为零D将一平面置于匀强磁场中的任何位置，穿过该平面的磁通量总是相等【解析】由磁通量BS·cos 可知，磁通量不但与B、S有关，还与平面与该平面沿垂直磁场方向的投影面之间的夹角有关0，B不一定为零，最大，B也不一定大应选项A正确【答案】A课标导思1.知道什么是洛伦兹力.2.会用左手定那么判断洛伦兹力的方向，知道洛伦兹力方向的特点重点3.理解电子束的偏转在技术上

5、的应用难点一、奥斯特的发现与电视机电视机显像管发射出的高速电子流受到一组通电线圈磁场控制，打到荧光屏的各个部位产生精彩纷呈的图像奥斯特的电流磁效应竟能被应用的如此出神入化二、洛伦兹力1首先对磁场中运动电荷做深化研究的是荷兰物理学家洛伦兹2磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力三、洛伦兹力的方向1断定：由于电荷的运动相当于电流，因此，洛伦兹力的方向同样可以用左手定那么来判断2特点：洛伦兹力的方向处处垂直于运动电荷的速度3作用：洛伦兹力只改变运动电荷的速度方向，不改变运动电荷的速度大小，因此垂直磁场射入的电子在洛伦兹力作用下做圆周运动四、磁偏转的应用1别离放射线：放射性物质衰变时，会从原子核内发射出三

6、种射线：射线由带正电的氦原子核组成，射线是带负电的高速电子流，射线是不带电的光子流，利用洛伦兹力可以把它们别分开来2质谱仪：质谱仪是科学研究中用来分析同位素和测量带电粒子质量的精细仪器当电量一样、质量不同的带电粒子进入磁场后将沿不同半径做圆周运动，在显示屏上出现按质量大小排列的假设干谱线3盘旋加速器：盘旋加速器是一种能产生大量高能量粒子的装置.一、洛伦兹力与安培力的比较1在导体静止不动时，安培力是洛伦兹力的合力，所以洛伦兹力的方向与安培力的方向是一样，可由左手定那么来断定判断洛伦兹力的方向时一定要注意F垂直于v与B所决定的平面2当运动电荷的速度v的方向与磁感应强度的方向平行时，运动电荷不受洛伦

7、兹力作用，仍以初速度做匀速直线运动而磁场中静止的电荷也不受洛伦兹力的作用导体平行磁场方向放置时，定向运动的电荷不受洛伦兹力，所以导体也不受安培力3洛伦兹力对运动电荷永不做功，而安培力对运动导体却可以做功由于洛伦兹力F始终垂直于电荷的运动速度v的方向，不管电荷做什么性质的运动，也不管电荷是什么样的运动轨迹，F只改变v的方向，并不改变v的大小，所以洛伦兹力对运动电荷不做功通电导体在磁场中运动后，电荷相对磁场的运动方向并不沿导体方向，所受洛伦兹力的方向也不垂直于导体，洛伦兹力垂直于导体方向的分力做正功，而沿导体方向的分力做负功，总功仍为0.导体中所有运动电荷受到的洛伦兹力，在垂直于导体方向的分力的合

8、力就是安培力，所以安培力对运动导体可以做功二、电场力与洛伦兹力的比较电场力洛伦兹力作用对象静止或运动的电荷运动的电荷力的大小FqE与v无关FqvBvB，与v有关，当B与v平行时，F0力的方向平行于电场方向同时垂直于速度方向和磁场方向对运动电荷的作用效果改变速度大小、方向，对运动电荷做功除初、末状态位于同一等势面只改变运动电荷的速度方向，对运动电荷不做功三、洛伦兹力作用下电荷的运动分三种情况1运动电荷的速度v与磁场B平行时，磁场对运动电荷无作用力，做匀速直线运动2运动电荷的速度v与磁场B垂直时，由于洛伦兹力总垂直于电荷的运动方向，所以只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以将在磁场做匀速圆周运动

9、3运动电荷的速度v与磁场B方向夹角为时，把速度分解在垂直于磁场和平行于磁场的两个方向上，由上述1、2可知，在这两个方向上分别做匀速圆周运动和匀速直线运动，其合运动为等速螺线运动【特别提醒】在处理洛伦兹力的有关问题时，要切记以下几点：1洛伦兹力方向一定与电荷的运动方向垂直，它只改变速度的方向，不改变速度的大小2在判断洛伦兹力方向时把运动电荷看作电流，因此伸直的四指指向正电荷的运动方向或负电荷的反方向四、带电粒子在磁场中的偏转及应用1别离放射线放射性物质衰变时，会从原子核内发射出三种射线：一种叫射线，由带正电的氦原子核He组成；一种叫射线，是带负电的高速电子流；还有一种叫射线，是不带电的光子流利用

10、洛伦兹力，就可以把它们别分开来如图2­4­4所示图2­4­42显像管的工作原理1构造如图2­4­5所示图2­4­52原理：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，电子受洛伦兹力作用发生偏转，偏转后的电子打在荧光屏上，使荧光屏发光3扫描：偏转区的程度方向和竖直方向都加有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点不断挪动，这种现象称为扫描偏转磁场的变化随图像信号的变化而变化，电子束打在荧光屏上就会产生精彩纷呈的图像3盘旋加速器1主要由粒子源、两个D形金属盒、匀强磁场、粒子

11、引出装置等组成，盘旋加速器一般放在真空容器中如图2­4­6所示图2­4­62盘旋加速器原理：如图2­4­7所示，设粒子源中放出的是带正电的粒子，以一定初速度v0进入下方D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，运行到半周后回到窄缝边缘，这时在A1、A1间加一向上的电场，粒子将在电场作用下被加速，速率由v0变为v1，然后粒子在上方的D形盒的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期后到达窄缝边缘，这时在A2、A2间加一向下的电场，使粒子又一次得到加速，速率变为v2，这样使粒子每次经过窄缝时被加速，又通过D形盒内的磁场盘旋到窄缝，通过反复加速使粒子到

12、达很高的能量图2­4­7【深化探究】从盘旋加速器的原理可知，带电粒子进入两D型盒狭缝时电场就对其加速，那么狭缝所加电场应该怎样变化？提示：因为带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，它的周期确定，这样，狭缝所加电场的方向每经过带电粒子在磁场中运动半个周期便改变，也就是狭缝间加一交变电流.周期与带电粒子的运动周期一样，那么带电粒子就会每经过狭缝总是被加速.4质谱仪1用处：质谱仪是一种测量微小带电粒子质量和别离同位素的仪器2原理：如图2­4­8粒子源S产生质量为m、电荷量为q的正粒子所受重力不计粒子无初速度的经过电压为U的电场加速后，进入磁感应强度为B的匀强磁场中做

13、匀速圆周运动经过半个周期后到达记录它的照相底片P上，测得P点位置到入口处的间隔 为L，即可求得带电粒子的质量和比荷图2­4­8一、左手定那么的应用在以下选项所示的四幅图中，正确标明了在磁场中带正电的粒子所受洛伦兹力f方向的是【解析】由左手定那么可知，洛伦兹力的方向一定与速度和磁场垂直，故C、D均错误；考虑到带电粒子带正电，可确定选项A正确【答案】A在判断运动电荷所受洛伦兹力方向时，要注意区分电荷的电性，假设为正电荷，四指指向正电荷的运动方向，假设为负电荷，那么四指指向负电荷运动的反方向.1多项选择如图2­4­9所示是表示从粒子源S以一样速度射出的三种粒子

14、A、B、C在匀强磁场中运动的轨迹，由此可断定【导学号：17592030】图2­4­9A带正电的是C粒子B带正电的是A粒子C不带电的是B粒子D带负电的是A粒子【解析】粒子源发出三种不同粒子，那么三种粒子的电带电性不同。三种粒子进入同一磁场，B不偏转，那么B不带，故C正确；根据左手定那么可判断A向左偏，那么A带正电，C向右偏，那么C带负电，故A错误，B正确【答案】BC二、带电粒子的磁偏转及其应用的探究显像管原理的示意图如图2­4­10所示，当没有磁场时，电子束将打在荧光屏正中央的O点，安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转设垂直纸面向里的磁场方

15、向为正方向，假设使高速电子流打在荧光屏上的位置由a点逐渐挪动到b点，以下磁场的变化可以使电子发生上述偏转的是图2­4­10【导析】1判断电子所受洛伦兹力的方向时注意其电性2要使电子流到达光屏的位置由a点逐渐挪动到b点，磁场的方向必须是改变的【解析】电子偏转到a点时，根据左手定那么可知，磁场方向垂直纸面向外，对应的B­t图的图线就在t轴下方；电子偏转到b点时，根据左手定那么可知，磁场方向垂直纸面向里，对应的B­t图的图线应在t轴上方，A正确【答案】A2如图2­4­11所示，宇宙射线中存在高能带电粒子，假设大气层被破坏，这些粒子就会到达地

16、球，从而给地球上的生命带来危害，根据地磁场的分布特点，判断以下说法中正确的选项是图2­4­11A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一样D地磁场对宇宙射线无阻挡作用【解析】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断定，选项B正确【答案】B1如下图，能正确表示运动电荷在磁场中受力方向的关系的是【解析】洛伦兹力f方向

17、既垂直于速度v，也垂直于磁感应强度B，假设v与B平行或反平行，那么f洛0，由左手定那么逐一判断可知，选项A正确【答案】A2如图2­4­12所示，一细线悬吊小球，在垂直于匀强磁场方向的竖直平面内摆动，C点为小球运动的最低位置，那么图2­4­12A小球从等高的A点、B点分别摆至C点时速度大小相等B小球从等高的A点、B点分别摆至C点时，小球从A点至C点时的速度大C假如小球带正电，那么小球从A点摆至C点的速度比从B点摆至C点时大D假如小球带负电，那么小球从A点摆至C点的速度比从B点摆至C点时大【解析】由于洛伦兹力对运动小球不做功，所以不管是正电荷还是负电荷，不管是从A点摆至C点，还是从B点摆至C点，机械能均守恒，所以B，C，D错，A对【答案】A3以下说法正确的选项是A洛伦兹力的方向一定既平行于磁场方向又平行于电荷的运动方向B洛伦兹力的方向一定既垂直于磁场方向又垂直于电荷的运动方向C洛伦兹力的方向垂直于磁场的方向，平行于电荷运动的方向D洛伦兹力对运动电荷做正功【解析】洛伦兹力的方向一定既垂直于磁场方向又垂直于电荷的运动方向，洛伦兹力不做功【答案】B4一个长螺线管中通有电流，把一个带电粒子沿中轴线方向射入假设不计重力影响，粒子将在管中A做圆周运动B沿轴线来回运动C做匀加速直