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2018_2019高中物理第1章电与磁第6节洛伦兹力初探学案粤教版选修1_1

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                          第六节 洛伦兹力初探

            学 习 目 标                               知 识 脉 络

  1.了解什么是洛伦兹力.
  2.知道洛伦兹力的应用.(重点)
  3.会判断洛伦兹力的方向.(重点、
  难点)

                             [自 主 预 习·探 新 知]
                                    [知识梳理]
    一、磁场对运动电荷的作用
    1.洛伦兹力的定义:磁场对运动电荷的作用力.
    2.洛伦兹力的方向:洛伦兹力的方向与磁场方向垂直,与运动电荷的运动方向垂
直.电视机的显像管正是利用洛伦兹力来工作的.
    二、磁偏转与显像管
    1.磁偏转:借助垂直于电子束运动方向的磁场使电子束改变方向或者发生偏转的方法
称为磁偏转.
    2.显像管的结构:主要由电子枪、线圈、荧光屏和玻璃屏幕四部分组成.
                                    [基础自测]
    1.思考判断
    (1)洛伦兹力的方向与磁场方向平行.(×)
    (2)洛伦兹力将使粒子的速度变大.(×)
    (3)静止的带电粒子在磁场中也要受到洛伦兹力的作用.(×)
    (4)在显像管中,电子受洛伦磁力的作用,径迹发生偏转.(√)
    (5)回旋加速器的加速电压越大,带电粒子获得的最大动能越大.(×)
    (6)电子撞击荧光屏时荧光屏会发光.(√)
    [提示] (1)洛伦兹力的方向与磁场方向垂直.
    (2)洛仑兹力不改变速度的大小.
    (3)静止的带电粒子在磁场中不受洛仑兹力的作用.
    (5)回旋加速器使带电粒子获得的最大动能与加速电压无关.
    2.关于运动电荷和磁场的说法中,正确的是(  )
    A.运动电荷在某点不受洛伦兹力作用,这点的磁感应强度必为零
    B.电荷的运动方向、磁感应强度方向和电荷所受洛伦兹力的方向一定互相垂直
    C.电子射线由于受到垂直于它的磁场作用而偏转,这是因为洛伦兹力对电子做功的结
果
                 中国现代教育网      www.30edu.com  全国最大教师交流平台

    D.电荷与磁场没有相对运动,电荷就一定不受磁场的作用力
    D [运动电荷处于磁感应强度为零处,所受洛伦兹力为零,但当运动电荷的速度方向
和磁场方向一致时(同向或反向)也不受洛伦兹力的作用;运动电荷受到的洛伦兹力垂直于
磁场方向和电荷运动方向所决定的平面,即洛伦兹力既垂直磁场方向,也垂直于电荷的运
动方向,但磁场方向和电荷运动方向不一定垂直;因为洛伦兹力一定垂直于电荷的运动方
向,所以洛伦兹力永远不做功;运动电荷受洛伦兹力的作用,这里的运动应是与磁场的相
对运动.]
    3.如图   1­6­1 为阴极射线管的结构示意图,阴极射线发出的电子束在阴极和阳极间强
电场的作用下沿直线运动,如果在射线管所在区域内加上垂直纸面向里的匀强磁场,则电
子束的偏转方向为(  ) 
                                                          【导学号:71082030】


                                     图 1­6­1
    A.向上偏转                            B.向下偏转
    C.向纸内偏转                           D.向纸外偏转
    B [带电粒子所受洛伦兹力的方向可用左手定则判定.在用左手定则判定洛伦兹力方
向时,四指应指向电子运动的反方向,磁场垂直穿过手心,则大拇指所指的方向即为洛伦
兹力的方向.]
                             [合 作 探 究·攻 重 难]

                                洛伦兹力的方向
    1.洛伦兹力方向与安培力方向的确定是一样的,都是由左手定则判定.判断洛伦兹力
的方向时一定要注意         F 垂直于   v 与 B 所决定的平面.
    2.当运动电荷的速度         v 的方向与磁感应强度的方向平行时,运动电荷不受洛伦兹力作
用,仍以初速度       v 做匀速直线运动.而磁场中静止的电荷也不受洛伦兹力的作用.导体平
行磁场方向放置时,定向运动的电荷不受洛伦兹力,所以导体也不受安培力.
    3.洛伦兹力对运动电荷永不做功,而安培力对运动导体却可以做功.由于洛伦兹力
F 始终垂直于电荷速度         v 的方向,不论电荷做什么性质的运动,也不论电荷是什么样的运
动轨迹,F    只改变    v 的方向,并不改变       v 的大小,所以洛伦兹力对运动电荷不做功.
          如图所示的磁感应强度           B、电荷的运动速度        v 和磁场对电荷的作用力          F 的相互
关系图中,画得正确的是(其中             B、F、v  两两垂直)(  )
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                      A       B     C     D
    C [由于   B、F、v   两两垂直,根据左手定则得:A、B、D              选项中电荷所受的洛伦兹力
都与图示    F 的方向相反,故       A、B、D  错误,C    正确.]


    确定洛伦兹力的方向需明确运动电荷的电性,特别注意负电荷的运动方向与左手四指
的指向应相反.

    [针对训练]
    1.带正电荷     q 的粒子(不计重力)进入匀强磁场中,能在磁场中受力发生垂直纸面向里
偏转的是(  )


    D [选项   A、B  中电荷运动方向与磁场方向平行不受洛伦兹力.由左手定则知,C                           项中
电荷受洛伦兹力垂直纸面向外,D              项电荷受洛伦兹力垂直纸面向里.]

                         带电粒子在磁场中偏转及其应用
    1.电视机显像管原理
    显像管由电子枪(应用热电子发射和电场加速的原理,发出高速电子束)、线圈(利用电
流的磁效应产生磁场)、荧光屏(荧光物质在高速电子的轰击下发光)和玻璃屏幕(保护作用)
四部分组成(如图       1­6­2).


                                     图 1­6­2
    电子枪产生的高能电子束,穿过磁偏转线圈产生的磁场时,受洛伦兹力的作用,运动
径迹发生偏转,打在荧光物质上,产生亮点.通过受视频信号控制的偏转线圈中的电流的
变化改变磁场,屏上的亮点的位置随之改变.
    彩色显像管中三支电子枪同时工作或一支电子枪同时发出三束电子.
    2.回旋加速器
    美国物理学家劳伦斯于          1932 年发明.其结构如图        1­6­3 所示,核心部件为
两个   D 形盒(加匀强磁场)和其间的夹缝(加交变电场).
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                                     图 1­6­3
    (1)磁场的作用:带电粒子以某一速度从                D 形盒中心附近垂直磁场方向进入匀强磁场后,
在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动,带电粒子每次进入                        D 形盒都运动相同的时间(半个周
期)后沿平行电场方向进入夹缝的电场.带电粒子被加速后在匀强磁场中做匀速圆周运动的
半径增大,但周期却不变.(如图              1­6­4)


                                     图 1­6­4
    (2)电场的作用:回旋加速器的两个              D 形盒之间的夹缝区域存在周期性变化的并垂直于
两个   D 形盒正对截面的匀强电场,带电粒子经过该区域时被加速.
    (3)交变电压的作用:为保证带电粒子每次经过夹缝时都被加速,使之能量不断提高,
需在夹缝两侧加上跟带电粒子在              D 形盒中运动周期相同的交变电压.
          显像管是电视机中的一个重要元件,如图                   1­6­5 为电视机显像管的偏转线圈
示意图,圆心墨点表示电子枪射出的电子,它的方向由纸内指向纸外,当偏转线圈通以图
示方向的电流时,电子束应(  ) 
                                                          【导学号:71082031】


                                     图 1­6­5
    A.向左偏转    B.向上偏转  C.不偏转   D.向下偏转
    思路点拨:①由安培定则判断             O 点处磁场方向.
    ②由左手定则判断电子受洛伦兹力的方向.
    B [由安培定则判断电子所在处的磁场方向水平向左,再由左手定则判断运动的电子
受洛伦兹力方向向上.选项            B 正确.]


    1洛伦兹力方向垂直磁场方向,也垂直于速度方向.
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    2显像管工作原理是磁场使电子束发生偏转.

    [针对训练]
    2.回旋加速器中(  )
    A.电场和磁场同时用来加速带电粒子
    B.只有电场用来加速带电粒子
    C.电场和磁场用来防止外界粒子进入回旋加速器
    D.一带电粒子不断被加速的过程中,交变电源的电压也要不断增大
    B [回旋加速器中电场是用来加速带电粒子的,且交变电源的电压不需要改变;而磁
场是用来让粒子做匀速圆周运动的,以便粒子周期性地进入电场被加速.]
                             [当 堂 达 标·固 双 基]
    1.关于电荷在磁场中的受力,下列说法中正确的是(  )
    ①静止电荷一定不受洛伦兹力作用,运动电荷也不一定受洛伦兹力作用
    ②洛伦兹力的方向不可能与磁场方向平行
    ③洛伦兹力的方向与带电粒子运动的速度方向有可能平行
    ④粒子运动的方向与磁场不垂直时,一定不受洛伦兹力作用
    A.①②                              B.②③
    C.③④                              D.①④
    A [静止电荷不受洛伦兹力,而运动电荷只有当其运动方向与磁场方向不平行时才受
洛伦兹力,并且洛伦兹力方向一定与速度方向垂直,故                       A 正确.]
    2.对阴极射线管的认识,下列说法错误的是(  )
    A.阴极射线管是用来观察电子束运动轨迹的装置
    B.阴极射线管内部抽成真空
    C.借助阴极射线管我们可以看到每个电子的运动轨迹
    D.阴极射线管工作时,它的阴极和阳极之间存在强电场
    C [运动的电子是用肉眼看不到的,在阴极射线管中我们是借助大量电子轰击荧光物
质发光来观察电子束运动径迹的,但不是一个电子的轨迹.]
    3.如图所示,表示磁场感应强度              B,电流   I,安培力    F 的相互关系图,哪个图不正确(  )
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    D [安培力的方向由左手定则判定:伸开左手,使大姆指跟其余四个手指垂直,并且
跟手掌在同一平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,并使伸开的四指指向电
流方向,那么,大拇指所指的方向,就是通电导线在磁场中的受力方向.]
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