2018版高中物理 第3章 打開電磁學的大門 第2節(jié) 磁場中的運動電荷學案 魯科版選修1 -1.doc

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第2節(jié)　磁場中的運動電荷 學　習　目　標 知　識　脈　絡(luò) 1.會運用左手定則判斷洛倫茲力的方向，會計算特殊情況下洛倫茲力的大?。?重點、難點) 2.知道電子的發(fā)現(xiàn)． 3.了解極光產(chǎn)生的機理. 　　洛 倫 茲 力 1．定義 磁場對運動電荷的作用力． 2．方向 洛倫茲力的方向用左手定則來判斷：伸開左手，使拇指與其余四指垂直，且處于同一平面內(nèi)．讓磁感線垂直手心，四指指向正電荷運動的方向(若是負電荷，則四指指向負電荷運動的反方向)，拇指所指的方向就是洛倫茲力的方向． 3．大小 (1)當運動方向與磁場垂直時洛倫茲力的大?。篎＝qvB. (2)當帶電粒子的運動方向與磁場方向互相平行時，F(xiàn)＝0. 1．靜止的帶電粒子在磁場中也要受到洛倫茲力的作用．() 2．帶電粒子只要在磁場中運動，就一定會受到洛倫茲力．() 3．帶電粒子若沿磁場方向運動不受洛倫茲力．(√) 怎樣判斷負電荷在磁場中運動時受洛倫茲力的方向？ 【提示】　負電荷在磁場中受力的方向與正電荷受力的方向相反，利用左手定則時四指應(yīng)指向負電荷運動的反方向． 1．洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，而安培力是導體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)． 2．洛倫茲力與安培力的共同點 (1)安培力：當I∥B時，F(xiàn)＝0；洛倫茲力：當v∥B時，F(xiàn)＝0. (2)安培力：當I⊥B時，F(xiàn)＝BIl，洛倫茲力：當v⊥B時，F(xiàn)＝qvB. (3)洛倫茲力與安培力的方向都是根據(jù)左手定則來判斷． 3．安培力和洛倫茲力的不同點：安培力推動導體運動時，對導體做功；洛倫茲力的方向與運動電荷的速度方向垂直，對運動電荷永遠不做功． 1．(多選)下列說法正確的是(　　) A．運動電荷不受洛倫茲力的地方一定沒有磁場 B．運動電荷受的洛倫茲力方向既與其運動的方向垂直，又與磁感線方向垂直 C．帶電荷量為q的電荷，在磁場中運動速度大小不變，則所受洛倫茲力一定不變 D．洛倫茲力對運動電荷不做功 【解析】　洛倫茲力的大小不但與速度大小有關(guān)，還與速度方向有關(guān)，如當v∥B時F＝0，而v⊥B時F＝qvB.洛倫茲力的方向總與速度方向垂直，對運動電荷不做功．同時又總與磁感線方向垂直，故B、D正確．A、C錯誤． 【答案】　BD 2．在下列選項所示的四幅圖中，正確標明了在磁場中帶正電的粒子所受洛倫茲力f方向的是(　　) 【導學號：18152065】 【解析】　由左手定則可知，洛倫茲力的方向一定與速度和磁場垂直，故C、D均錯誤；考慮到帶電粒子帶正電，可確定選項A正確． 【答案】　A 3.初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導線的方向射出，直導線中電流方向與電子的初始運動方向如圖321所示，則(　　) 圖321 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 【解析】　電子在通電長直導線產(chǎn)生的磁場中運動，由安培定則判定直導線右側(cè)區(qū)域內(nèi)的磁場方向是垂直紙面向里的，再由左手定則判定電子所受洛倫茲力方向向右，所以電子向右偏轉(zhuǎn)，但洛倫茲力的方向始終與速度方向垂直，洛倫茲力始終對電子不做功，電子的動能保持不變，速率不變，故選A. 【答案】　A 1．用左手定則判斷洛倫茲力方向時，要特別注意運動電荷的正負，四指應(yīng)指向正電荷運動的方向，或指向負電荷運動的反方向． 2．計算洛倫茲力的大小時，應(yīng)注意弄清v與磁感應(yīng)強度B的方向關(guān)系．當v⊥B時，洛倫茲力F＝qvB；當v∥B時，F(xiàn)＝0. 電 子 的 發(fā) 現(xiàn) 1．電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學家湯姆孫發(fā)現(xiàn)陰極射線在磁場中偏轉(zhuǎn)，并且通過分析證實了陰極射線的實質(zhì)是高速運動的電子流． 電子的發(fā)展與X射線和物質(zhì)放射性的發(fā)現(xiàn)一起被稱為19世紀、20世紀之交的三大發(fā)現(xiàn)． 2．極光的解釋：在地球的兩極，有一種自然奇觀——極光，出現(xiàn)在南半球的稱為南極光，出現(xiàn)在北半球的稱為北極光． 地球是個巨大的磁體，當宇宙射線掠過地球附近時，帶電粒子受到地磁場的作用朝地球的磁極方向運動．這些粒子在運動過程中撞擊大氣，激發(fā)氣體原子產(chǎn)生光輻射，這就是極光． 1．電子的發(fā)現(xiàn)促使人們?nèi)ヌ剿髟觾?nèi)部的奧秘．(√) 2．地磁場對地球上的生命起著十分重要的保護作用．(√) 3．洛倫茲力僅改變宇宙射線中帶電粒子的運動方向．(√) 電子垂直進入勻強磁場后所受洛倫茲力的大小是否改變？其運動軌跡是什么形狀？ 【提示】　不變　圓 1．帶電粒子進入磁場的速度與磁場平行時，不受洛倫茲力的作用，粒子做勻速直線運動． 2.帶電粒子進入磁場的速度與磁場垂直時，洛倫茲力提供向心力，粒子做勻速圓周運動，如圖322所示，由牛頓第二定律得qvB＝. 粒子做勻速圓周運動的半徑R＝， 粒子做勻速圓周運動的周期T＝＝. 圖322 4．洛倫茲力使帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動，下列各圖中均標有帶正電荷粒子的運動速度v，洛倫茲力F及磁場B的方向，虛線圓表示粒子的軌跡，其中可能出現(xiàn)的情況是(　　) 【解析】　根據(jù)左手定則，以及洛倫茲力使帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動，即洛倫茲力提供向心力，所以其中可能出現(xiàn)的情況只有A. 【答案】　A 5．一帶電粒子，沿垂直于磁場的方向射入一勻強磁場，粒子的一段徑跡如圖323所示，徑跡上每一小段都可以看成圓弧，由于帶電粒子使沿途空氣電離，粒子的能量逐漸減小(電荷量不變)則可判定(　　) 【導學號：18152066】 圖323 A．粒子從a到b，帶正電 B．粒子從b到a，帶正電 C．粒子從a到b，帶負電 D．粒子從b到a，帶負電 【解析】　由于粒子的能量逐漸減小，由qvB＝m知R＝，粒子的半徑應(yīng)逐漸減小，所以粒子的運動方向為從b到a，根據(jù)左手定則可判定粒子帶正電，故B正確． 【答案】　B 6．(多選)在勻強磁場中，一個帶電粒子做勻速圓周運動，如果又順利垂直進入另一磁感應(yīng)強度是原來磁感應(yīng)強度2倍的勻強磁場，則(　　) A．粒子的速度加倍，周期減半 B．粒子的速度大小不變，軌道半徑減半 C．粒子的速度減半，軌道半徑變?yōu)樵瓉淼?/4 D．粒子的速度大小不變，周期減半 【解析】　帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動， 洛倫茲力提供向心力qvB＝， 得r＝ ① T＝＝ ② 由①②可判斷B、D選項正確． 【答案】　BD 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期T與速度v無關(guān).