江蘇省東臺市高中物理 第三章 磁場 3.5 運(yùn)動電荷在磁場中的受力導(dǎo)學(xué)案新人教版選修3-1.doc

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3.5 運(yùn)動電荷在磁場中受到的力 班級 姓名 ， 1課時 使用時間 一.學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.通過實(shí)驗(yàn)，觀察陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)，認(rèn)識洛倫茲力. 2.會判斷洛倫茲力的方向，會計算洛倫茲力的大小. 3.了解電子束的磁偏轉(zhuǎn)原理以及在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用． 重點(diǎn)：推導(dǎo)公式F=qvB，并會用此公式解答有關(guān)問題 難點(diǎn)：推導(dǎo)公式F=qvB，并會用此公式解答有關(guān)問題 二、自學(xué)檢測 一、洛倫茲力 1．定義：______________在磁場中所受的力． 2．與安培力的關(guān)系：通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力是洛倫茲力的______，而洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)． 二、洛倫茲力的方向和大小 1．洛倫茲力的方向 (1)左手定則 伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)．讓______________從掌心進(jìn)入，并使四指指向________________，這時拇指所指的方向就是運(yùn)動的正電荷在磁場中所受______________的方向．負(fù)電荷受力的方向與正電荷受力的方向______． (2)特點(diǎn)：洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動方向和磁場方向都______________，洛倫茲力只改變帶電粒子的運(yùn)動方向，不改變速度大小，對電荷不做功． 2．洛倫茲力的大小 (1)一般公式：F＝qvBsin θ，其中θ為________方向與________方向的夾角． (2)當(dāng)________時，F(xiàn)＝qvB. (3)當(dāng)________時，F(xiàn)＝0. 三、電視顯像管的工作原理 1．電視顯像管應(yīng)用了電子束________的原理． 2．掃描：電子束打在熒光屏上的位置在______________的控制下一行一行的不斷移動． 3．偏轉(zhuǎn)線圈：產(chǎn)生使電子束偏轉(zhuǎn)的____________. 三．合作探究 任務(wù)一、洛倫茲力的方向 [問題設(shè)計] 通電導(dǎo)線在磁場中受安培力作用F＝BIL,如果導(dǎo)線中不通電,則F＝0.可見,電荷的定向運(yùn)動會受到磁場的作用.如圖1所示,抽成真空的電子射線管放在磁場中時,會看到電子流的偏轉(zhuǎn).改變磁場方向，觀察電子偏轉(zhuǎn)方向. 1.電子偏轉(zhuǎn)方向與磁場方向有無關(guān)系？ 2.電子偏轉(zhuǎn)方向與磁場方向、電子運(yùn)動方向的關(guān)系滿足怎樣的規(guī)律？ [要點(diǎn)提煉] 洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動方向和磁場方向都 垂直 ，洛倫茲力只改變帶電粒子的運(yùn)動方向，不改變速度大小，對電荷不做功． 例1　以下四個圖是表示磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B、負(fù)電荷運(yùn)動方向v和磁場對負(fù)電荷洛倫茲力F的相互關(guān)系圖，其中正確的是(B、v、F兩兩垂直) (　　) 二、洛倫茲力的大小 [問題設(shè)計] 如圖2所示，直導(dǎo)線中自由電荷的電量為q，定向移動的速度為v，單位體積的自由電荷數(shù)為n，導(dǎo)線長度為L，橫截面積為S. 1．導(dǎo)線中的電流是多少？導(dǎo)線在磁場中所受安培力多大？ 2．長為L的導(dǎo)體中含有的自由電荷數(shù)為多少？如果把安培力看成是每個自由電荷所受洛倫茲力的合力，則每個自由電荷所受洛倫茲力是多少？ [要點(diǎn)提煉] 安培力是每個運(yùn)動的自由電荷在磁場中所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn). 例2　如圖3所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，帶電粒子的速率為v，帶電荷量為q，求各帶電粒子所受洛倫茲力的大小和方向． 三、電視顯像管的工作原理 [問題設(shè)計] 目前，電視機(jī)已走進(jìn)了家家戶戶，給人們的生活帶來了巨大的變化．足不出戶便可欣賞到千里之外的奧運(yùn)賽事的精彩直播！電視機(jī)正在播放節(jié)目時，禁止將磁鐵靠近熒光屏！你知道這是為什么嗎？ 1．電視機(jī)顯像管的主要構(gòu)造是什么？工作原理是什么？ 電視機(jī)顯像管由電子槍、偏轉(zhuǎn)線圈和熒光屏三部分組成陰極發(fā)射電子,經(jīng)過偏轉(zhuǎn)線圈(偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場和電子運(yùn)動方向垂直)電子受洛倫茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)后的電子打在熒光屏上,使熒光屏發(fā)光 2．電子束怎樣實(shí)現(xiàn)“掃描”圖像？ 在電視機(jī)顯像管的偏轉(zhuǎn)區(qū)，分別在豎直方向和水平方向產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場，其方向、強(qiáng)弱都在不斷地變化，因此電子束打在熒光屏上的光點(diǎn)就像如圖所示那樣不斷移動，這在電視技術(shù)中叫做掃描. 例題3：如圖4所示為電視機(jī)顯像管偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖，當(dāng)線圈通以圖示的直流時，形成的磁場如圖中虛線所示，一束沿著管頸軸線射向紙內(nèi)的電子將 (　　) A．向上偏轉(zhuǎn) B．向下偏轉(zhuǎn) C．向右偏轉(zhuǎn) D．向左偏轉(zhuǎn) 例4　一個質(zhì)量m＝0.1 g的小滑塊，帶有q＝510－4C的電荷量,放置在傾角α＝30的光滑斜面上(絕緣)，斜面固定且置于B＝0.5 T的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面向里，如圖5所示，小滑塊由靜止開始沿斜面滑下,斜面足夠長,小滑塊滑至某一位置時,要離開斜面(g取10 m/s2).求: (1)小滑塊帶何種電荷？ (2)小滑塊離開斜面時的瞬時速度多大？ (3)該斜面長度至少多長？ 【當(dāng)堂訓(xùn)練】1．在以下幾幅圖中，洛倫茲力的方向判斷不正確的是 (　　) 2．帶電粒子垂直勻強(qiáng)磁場方向運(yùn)動時，會受到洛倫茲力的作用．下列表述正確的是(　　) A．洛倫茲力對帶電粒子做功 B．洛倫茲力不改變帶電粒子的動能 C．洛倫茲力的大小與速度無關(guān) D．洛倫茲力不改變帶電粒子的速度方向 3．帶電荷量為＋q的粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動，下列說法中正確的是 (　　) A．只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同 B．如果把＋q改為－q，且速度反向，大小不變，則洛倫茲力的大小、方向均不變 C．洛倫茲力方向一定與電荷運(yùn)動方向垂直，磁場方向一定與電荷運(yùn)動方向垂直 D．粒子在只受到洛倫茲力作用時運(yùn)動的動能不變 4．如圖1所示是電子射線管示意圖．接通電源后，電子射線由陰極沿x軸方向射出．在熒光屏上會看到一條亮線．要使熒光屏上的亮線向下(z軸負(fù)方向)偏轉(zhuǎn)，在下列措施中可采用的是 (　　) A．加一磁場，磁場方向沿z軸負(fù)方向 B．加一磁場，磁場方向沿y軸正方向 C．加一電場，電場方向沿z軸負(fù)方向 D．加一電場，電場方向沿y軸正方向 5．初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導(dǎo)線的方向射出，直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始運(yùn)動方向如圖2所示，則 (　　) A．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變 B．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變 C．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變 D．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變 6．長直螺線管中通有電流，沿螺線管中心軸線射入一電子，若螺線管中電流增大，方向不變，電子在螺旋管中心軸線上運(yùn)動情況是 (　　) A．做勻速直線運(yùn)動 B．做變加速直線運(yùn)動 C．做變減速直線運(yùn)動 D．做間距變大的螺旋運(yùn)動 7．如圖3所示，空間存在相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，電場的方向豎直向下，磁場方向垂直紙面向里，一帶電油滴P恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，則下列說法正確的是 (　　) A．若撤去磁場，P可能做勻加速直線運(yùn)動 B．若撤去電場，P一定做勻加速直線運(yùn)動 C．若給P一初速度，P可能做勻速直線運(yùn)動 D．若給P一初速度，P一定做曲線運(yùn)動 8．關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動，下列說法中正確的是 (　　) A．帶電粒子沿電場線方向射入，電場力對帶電粒子做正功，粒子動能一定增加 B．帶電粒子垂直于電場線方向射入，電場力對帶電粒子不做功，粒子動能不變 C．帶電粒子沿磁感線方向射入，洛倫茲力對帶電粒子做正功，粒子動能一定增加 D．不管帶電粒子怎樣射入磁場，洛倫茲力對帶電粒子都不做功，粒子動能不變 四．檢測清盤 1、關(guān)于帶電粒子所受洛侖茲力f、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和粒子速度v三者之間的關(guān)系，下列說法中正確的是（ ） A、f、B、v三者必定均相互垂直 B、f必定垂直于B、v，但B不一定垂直v C、B必定垂直于f，但f不一定垂直于v D、v必定垂直于f，但f不一定垂直于B 2、有關(guān)電荷受電場力和洛侖茲力的說法中，正確的是（ ） A、電荷在磁場中一定受磁場力的作用 B、電荷在電場中一定受電場力的作用 C、電荷受電場力的方向與該處電場方向垂直 D、電荷若受磁場力，則受力方向與該處磁場方向垂直 3、兩個帶電粒子以相同的速度垂直磁感線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，兩粒子質(zhì)量之比為1：4，電量之比為1：2，則兩帶電粒子受洛侖茲力之比為（ ） A、2：1 B、1：1 C、1：2 D、1：4 4、如圖所示，在電子射線管上方平行放置一通電長直導(dǎo)線，則電子射線將（ ） A、向上偏 B、向下偏 C、向紙內(nèi)偏 D、向紙外偏 5、圖所示為一速度選擇器，內(nèi)有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，一束粒子流以速度v水平射入，為使粒子流經(jīng)磁場時不偏轉(zhuǎn)（不計重力），則磁場區(qū)域內(nèi)必須同時存在一個勻強(qiáng)電場，關(guān)于這處電場場強(qiáng)大小和方向的說法中，正確的是（ ） A、大小為B/v，粒子帶正電時，方向向上 B、大小為B/v，粒子帶負(fù)電時，方向向上 C、大小為Bv，方向向下，與粒子帶何種電荷無關(guān) D、大小為Bv，方向向上，與粒子帶何種電荷無關(guān) 五．學(xué)有所得