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

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小(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(lái)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?。篎qvB.(2)當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)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)IB時(shí)，F(xiàn)0；洛倫茲力：當(dāng)vB時(shí)，F(xiàn)0.(2)安培力：當(dāng)IB時(shí)，F(xiàn)BIl，洛倫茲力：當(dāng)vB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(lái)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(shuō)法正確的是()A運(yùn)動(dòng)電荷不受洛倫茲力的地方一定沒(méi)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)vB時(shí)F0，而vB時(shí)FqvB.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】BD2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】A3.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3­2­1所示，則()圖3­2­1A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(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】A1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)vB時(shí)，洛倫茲力FqvB；當(dāng)vB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(guò)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(guò)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(guò)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)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3­2­2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3­2­24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】A5一帶電粒子，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(dǎo)學(xué)號(hào)：18152066】圖3­2­3A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【解析】由于粒子的能量逐漸減小，由qvBm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】B6(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(lái)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?lái)的1/4D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rT由可判斷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(wú)關(guān).5