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2018版高中物理 第3章 打開電磁學(xué)的大門 第2節(jié) 磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)電荷學(xué)案 魯科版選修1-1

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1、第2節(jié) 磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)電荷 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.會(huì)運(yùn)用左手定則判斷洛倫茲力的方向,會(huì)計(jì)算特殊情況下洛倫茲力的大?。?重點(diǎn)、難點(diǎn)) 2.知道電子的發(fā)現(xiàn). 3.了解極光產(chǎn)生的機(jī)理.   洛 倫 茲 力 1.定義 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的方向(若是負(fù)電荷,則四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)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(dāng)運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)垂直時(shí)洛倫茲力的大小:F=qvB. (2)當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)

2、方向與磁場(chǎng)方向互相平行時(shí),F(xiàn)=0. 1.靜止的帶電粒子在磁場(chǎng)中也要受到洛倫茲力的作用.(×) 2.帶電粒子只要在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),就一定會(huì)受到洛倫茲力.(×) 3.帶電粒子若沿磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)不受洛倫茲力.(√) 怎樣判斷負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)受洛倫茲力的方向? 【提示】 負(fù)電荷在磁場(chǎng)中受力的方向與正電荷受力的方向相反,利用左手定則時(shí)四指應(yīng)指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向. 1.洛倫茲力是單個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力,而安培力是導(dǎo)體中所有定向移動(dòng)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(diǎn) (1)安培力:當(dāng)I∥B時(shí),F(xiàn)=0;洛倫茲力:當(dāng)v∥B時(shí),F(xiàn)=0. (2)安

3、培力:當(dāng)I⊥B時(shí),F(xiàn)=BIl,洛倫茲力:當(dāng)v⊥B時(shí),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(diǎn):安培力推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)時(shí),對(duì)導(dǎo)體做功;洛倫茲力的方向與運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向垂直,對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷永遠(yuǎn)不做功. 1.(多選)下列說法正確的是(  ) A.運(yùn)動(dòng)電荷不受洛倫茲力的地方一定沒有磁場(chǎng) B.運(yùn)動(dòng)電荷受的洛倫茲力方向既與其運(yùn)動(dòng)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)速度大小不變,則所受洛倫茲力一定不變 D.洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dāng)v∥B時(shí)F

4、=0,而v⊥B時(shí)F=qvB.洛倫茲力的方向總與速度方向垂直,對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功.同時(shí)又總與磁感線方向垂直,故B、D正確.A、C錯(cuò)誤. 【答案】 BD 2.在下列選項(xiàng)所示的四幅圖中,正確標(biāo)明了在磁場(chǎng)中帶正電的粒子所受洛倫茲力f方向的是(  ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):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(chǎng)垂直,故C、D均錯(cuò)誤;考慮到帶電粒子帶正電,可確定選項(xiàng)A正確. 【答案】 A 3.初速度為v0的電子,沿平行于通電長(zhǎng)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(dòng)方向如圖3-2-1所示,則(  ) 圖3-2-1 A.電子將向右偏轉(zhuǎn),速率不變

5、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(zhǎng)直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),由安培定則判定直導(dǎo)線右側(cè)區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)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(duì)電子不做功,電子的動(dòng)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(shí),要特別注意運(yùn)動(dòng)電荷的正負(fù),四指應(yīng)指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向,或指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向. 2.計(jì)算洛倫茲力的大小時(shí),應(yīng)注意弄清v與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向關(guān)系.當(dāng)v⊥B時(shí),洛倫茲力F=qvB;當(dāng)

6、v∥B時(shí),F(xiàn)=0. 電 子 的 發(fā) 現(xiàn) 1.電子的發(fā)現(xiàn):英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)陰極射線在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn),并且通過分析證實(shí)了陰極射線的實(shí)質(zhì)是高速運(yùn)動(dòng)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(jì)、20世紀(jì)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(gè)巨大的磁體,當(dāng)宇宙射線掠過地球附近時(shí),帶電粒子受到地磁場(chǎng)的作用朝地球的磁極方向運(yùn)動(dòng).這些粒子在運(yùn)動(dòng)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(chǎng)

7、對(duì)地球上的生命起著十分重要的保護(hù)作用.(√) 3.洛倫茲力僅改變宇宙射線中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向.(√) 電子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后所受洛倫茲力的大小是否改變?其運(yùn)動(dòng)軌跡是什么形狀? 【提示】 不變 圓 1.帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度與磁場(chǎng)平行時(shí),不受洛倫茲力的作用,粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng). 2.帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度與磁場(chǎng)垂直時(shí),洛倫茲力提供向心力,粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),如圖3-2-2所示,由牛頓第二定律得qvB=. 粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R=, 粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T==. 圖3-2-2 4.洛倫茲力使帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),下列各圖中均標(biāo)有帶正電荷粒子的

8、運(yùn)動(dòng)速度v,洛倫茲力F及磁場(chǎng)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(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),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(chǎng)的方向射入一勻強(qiáng)磁場(chǎng),粒子的一段徑跡如圖3-2-3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(dǎo)學(xué)號(hào):18152066】 圖3-2-3 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(fù)電 D.粒子從b到a,帶負(fù)電

9、 【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(yùn)動(dòng)方向?yàn)閺腷到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(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),如果又順利垂直進(jìn)入另一磁感應(yīng)強(qiáng)度是原來磁感應(yīng)強(qiáng)度2倍的勻強(qiáng)磁場(chǎng),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(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng), 洛倫茲力提供向心力qvB=, 得r= ① T== ② 由①②可判斷B、D選項(xiàng)正確. 【答案】 BD 帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T與速度v無關(guān). 5

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