选修3-1第三章磁场导学案 - -2014年11月 - 图文

高二物理选修3-1 班级： 组别： 姓名：

3.5运动电荷在磁场中受到的力

【学习目标】：

(1)知道什么是洛伦兹力。利用左手定则判断洛伦兹力的方向。理解洛伦兹力对电荷不做功。 (2)知道洛伦兹力大小的推理过程。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及方向判断。

(3)了解电视显像管的工作原理。

【自主学习】：

(1)洛伦兹力的定义： 。

通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现。 (2)洛伦兹力的方向——左手定则:

伸开左手，使大拇指与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 运动的方向，那么拇指所受的方向就是 的方向；若四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。

特别提醒：

1洛伦兹力的方向总是垂直于B和v决定的平面．B与v可○

以垂直，可以不垂直。

2因为洛伦兹力方向总是与速度方向垂直，所以洛伦兹力一○

个重要特点就是对带电粒子不做功，它只会改变速度的方向而不会改变速度的大小．

3正电荷运动方向应与左手四指指向一致，负电荷运动方向○

则应与左手四指指向相反(先确定负电荷形成电流的方向，再用左手定则判定)。

(3)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。

1这段导线中电流I的微观表达式为I＝ ○

2这段导体所受的安培力为F安＝ ○

3这段导体中含有多少自由电荷数为 ○

4每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为F＝ ○

(4)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＝ ○

2当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时 F＝ ○

(4)．电视机显像管的工作原理

如图要使电子打在A点，偏转磁场应该沿 方向。

要使电子打在B点，偏转磁场应该沿 方向。

要使电子打在荧火屏的位置从A点向B点逐渐移动，偏 转磁场应该 变化。

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【探究学案】：

例题1:来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将:( )

A．竖直向下沿直线射向地面 B．相对于预定地面向东偏转 C．相对于预定点稍向西偏转 D．相对于预定点稍向北偏转

例题2:如图所示，是磁流体发电机的示意图，两极板间的匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，极板间距d＝20 cm，如果要求该发电机的输出电压U＝20 V，则离子的速率为多大？

例题3:如图所示，带电小球在匀强磁场中沿光滑绝缘的圆弧形轨道的内侧来回往

复运动，它向左或向右运动通过最低点时 （ ） Ａ．速度相同 B．加速度相同 C．所受洛伦兹力相同 D．轨道给它的弹力相同

例题4:质量为0.1 g的小物块，带有5×10－4 C的电荷量，放在倾角为30°的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于0.5 T的匀强磁场中，磁场方向如图24－12所示，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面(设斜面足够长，g＝10 m/s2)问：

(1)物块带电的性质？

(2)物块离开斜面时的速度为多少？ (3)物块在斜面上滑行的最大距离是多少？

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3.6带电粒子在匀强磁场中的运动(两课时)

【学习目标】：

1、理解带电粒子的初速度方向与磁感应强度方向垂直时，做匀速圆周运动； 2、会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题；

3、知道质谱仪和回旋加速器的工作原理。

【自主学习】：

1、洛伦兹力的特点 ：

(1)洛伦兹力的方向既垂直 方向,又垂直于速度,即垂直于v和B所组成的平面 (2)洛伦兹力只改变速度的 ，不改变速度的 。 (3)洛伦兹力对电荷 (做或者不做)功

2、带电粒子在匀强磁场中的运动分类:(不计重力) (1)速度与磁场方向平行:f

洛

=0 ,粒子做 运动。

洛

（2）速度与磁场方向垂直：f= qvB 方向 。粒子做 运动。

(3)粒子运动方向与磁场有一夹角（大于0度小于90度）轨迹为螺线。

3、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动的规律: 条件:V⊥B;

4、质谱仪最初是 设计的。他用质谱仪发现了 ，证实

了 。质谱仪是一种十分精密的仪器，是 和 的重要工具。 5、回旋加速器：利用带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度大小无关的特点，

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高二物理选修3-1 班级： 组别： 姓名： 可以作成回旋加速器。在 间加交变电压，其周期与粒子运动周期相同。带电粒子在两个D形金属盒之间运动时，被 加速；在D形金属盒内运动时，由于D形金属盒可以屏蔽 ，因此带电粒子只受洛伦兹力作用而作匀速圆周运动。D形金属盒的半径与粒子的最大 对应。用此装置可以将质子加速到约20MeV。

6解决带电粒子在有界磁场中运动的基本思路:

分析方法:定圆心、定半径、定转过的圆心角是解决这类问题的前提。 （1）圆心的确定

基本思路:即圆心一定在与速度方向垂直的直线上.有两种方法:

①已知入射方向和出射方向时,可通过入射点和出射点分别作垂直于入射速度方向和出射速度方向的直线,两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心（如下图甲所示,P点为入射点,M为出射点）.

②已知入射点和出射点的位置时,可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其中垂线,这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心（如下图乙所示,P为入射点,M为出射点）.

（2）半径的确定和计算

利用平面几何关系,求出该圆的可能半径（或圆心角）,并注意以下两个重要的几何特点:

①粒子速度的偏向角等于圆心角（α）,并等于AB弦与切线的夹角（弦切角θ）的2倍（如右图所示）.即φ=α=2θ=ωt

②相对的弦切角（θ）相等,与相邻的弦切角（θ ′）互补, 即θ+θ′=180°. （3）运动时间的确定

粒子在磁场中运动一周的时间为T,当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为α时,其运动时间可表示为t=

2、带电粒子在磁场中运动的临界问题

解决此类问题的关键是：找准临界点．

找临界点的方法是：以题目中的“恰好”“最大”“最高”“至少”等词语为突破口，借助半径R和速度v(或磁场B)之间的约束关系进行动态运动轨迹分析，确定轨迹圆和边界的关系，找出临界点，然后利用数学方法求解极值，常用结论如下：

（1）刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切．

（2）当速度v一定时，弧长(或弦长)越长，圆周角越大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长．

（3）当速率v变化时，圆周角大的，运动时间越长．

?? ? T或t = T.

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