运动电荷在磁场中受到力Word格式.docx

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教学目标

（一）知识与技能

1、知道洛伦兹力的产生条件

2、掌握洛伦兹力的大小计算以及方向的判断

3、掌握v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断.理解洛伦兹力对电荷不做功.

（二）过程与方法

1.通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场（电场、磁场）中的问题.

2.培养学生的分析推理能力.

（三）情感态度与价值观

开阔学生眼界，了解物理学知识在高新科技领域的应用，激发学生学习物理知识的兴趣。

教学重点

1.洛伦兹力的方向的判定

2.掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算.

教学难点

2.掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算

教学过程

一、复习预习

1、复习磁场对电流的作用力，思考下面的问题：

2、什么是电流？

电荷的定向移动形成电流.

磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，我们会想到：

这个力可能是作用在运动电荷上的，而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现.

二、知识讲解

考点/易错点1——洛伦兹力及洛伦兹力的方向

（1）.洛伦兹力：

运动电荷在磁场中受到的作用力.

通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现，磁场对电流作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力。

（2）.洛伦兹力方向的判断——左手定则

伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所受的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向；

若四指指向是电荷运动的反方向，那么拇指所指的正方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向.

带电粒子运动的方向总是与洛伦兹力的方向相垂直的，所以它对运动的带电粒子总是不做功的。

考点/易错点2——洛伦兹力的大小

设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，导线每单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中.

安培力可以看作是作用在每个运动上的洛伦兹力F的合力，这段导体中含有的自由电荷数为nLS,所以F=F安/nLS=BIL/nLS=nqvSLB/nLS=qvB

洛伦兹力的计算公式

（1）当粒子运动方向与磁感应强度垂直时（v┴B）F=qvB

（2）当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时（v∥B）F=qvBsinθ

上两式各量的单位：

F为牛（N），q为库伦（C），v为米/秒（m/s）,B为特斯拉（T）

考点/易错点3——显像管的工作原理

（1）原理：

应用电子束磁偏转的道理

（2）构造：

由电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等组成（介绍各部分的作用102页）

三、例题精析

【例题1】

【题干】三个质子分别以大小相等、方向如图所示的初速度v1、v2和v3经过平板MN上的小孔O射入匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，整个装置放在真空中，且各质子不计重力。

这三个质子打到平板MN上的位置到小孔O的距离分别是s1、s2和s3，则（　　）

A．s1<

s2<

s3

B．s1>

s2>

C．s1＝s2>

D．s1＝s3<

s2

【答案】D

【解析】三个质子以同样大小的速度垂直射入匀强磁场时，由牛顿第二定律，知qvB＝

，故其做圆周运动的半径R＝

相等，它们做圆周运动的轨迹分别如图所示，由于v2垂直于MN，所以质子2在磁场中逆时针转过半周后打在O点的左方平板MN上的某处，距O点的距离s2为半径R的2倍，即s2＝2R；

质子1逆时针转过小于半圆周的一段圆弧到O点左方某处，质子3逆时针转过大于半圆周的一段圆弧到O点左方某处打到平板MN上，由质子1与3进入磁场的速度方向与MN夹角均为θ及圆周运动的半径相等可知，两质子打到MN上的位置相同，得到s1＝s3，所以s1＝s3<

s2，所以D正确。

【例题2】

【题干】图是质谱仪的工作原理示意图。

带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。

速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。

平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。

平板S下方有强度为B0的匀强磁场。

下列表述错误的是（　　）

A．质谱仪是分析同位素的重要工具

B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外

C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B

D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小

【解析】因同位素原子的化学性质完全相同，无法用化学方法进行分析，故质谱仪就成为同位素分析的重要工具，A正确。

在速度选择器中，带电粒子所受电场力和洛伦兹力在粒子沿直线运动时应等大反向，结合左手定则可知B正确。

再由qE＝qvB有v＝E/B，C正确。

在匀强磁场B0中R＝

，所以

＝

，D错误。

【例题3】

【题干】如图所示的圆形区域内，匀强磁场方向垂直于纸面向里。

有一束速率各不相同的质子自A点沿半径方向射入磁场，这些质子在磁场中（　　）

A．运动时间越长，其轨道对应的圆心角越大

B．运动时间越长，其轨道越长

C．运动时间越短，射出磁场区域时速度越小

D．运动时间越短，射出磁场区域时速度的偏向角越大

【答案】A

【解析】质子的速度越小，运动半径越小，在磁场中运动的时间越长，轨迹对应的圆心角越大，但运动轨迹不一定长；

同理，速度越大，半径越大，运动时间越短，速度的偏向角越小。

故选项A正确。

【例题4】

【题干】在以坐标原点O为圆心、半径为r的圆形区域内，存在磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，如图所示。

一个不计重力的带电粒子从磁场边界与x轴的交点A处以速度v沿－x方向射入磁场，它恰好从磁场边界与y轴的交点C处沿＋y方向飞出。

（1）请判断该粒子带何种电荷，并求出其比荷

；

（2）若磁场的方向和所在空间范围不变，而磁感应强度的大小变为B′，该粒子仍从A处以相同的速度射入磁场，但飞出磁场时的速度方向相对于入射角方向改变了60°

角，求磁感应强度B′多大？

此次粒子在磁场中运动所用时间t是多少？

【答案】

（1）负电荷　

（2）

B　

【解析】

（1）由粒子的飞行轨迹，利用左手定则可知，该粒子带负电荷。

粒子由A点射入，由C点飞出，其速度方向改变了90°

，则粒子轨迹半径R＝r

又qvB＝m

则粒子的比荷

（2）粒子从D点飞出磁场速度方向改变了60°

角，故

弧所对圆心角为60°

，粒子做圆周运动的半径

R′＝r/tan30°

r

又R′＝

所以B′＝

B

粒子在磁场中飞行时间t＝

T＝

×

四、课程小结

1．洛伦兹力的产生条件

2．洛伦兹力方向的判断

3．洛伦兹力大小的求解

4．显像管的工作原理