运动电荷在磁场中受到力Word格式.docx
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教学目标
(一)知识与技能
1、知道洛伦兹力的产生条件
2、掌握洛伦兹力的大小计算以及方向的判断
3、掌握v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断.理解洛伦兹力对电荷不做功.
(二)过程与方法
1.通过综合运用力学知识、电磁学知识解决带电粒子在复合场(电场、磁场)中的问题.
2.培养学生的分析推理能力.
(三)情感态度与价值观
开阔学生眼界,了解物理学知识在高新科技领域的应用,激发学生学习物理知识的兴趣。
教学重点
1.洛伦兹力的方向的判定
2.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.
教学难点
2.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
教学过程
一、复习预习
1、复习磁场对电流的作用力,思考下面的问题:
2、什么是电流?
电荷的定向移动形成电流.
磁场对电流有力的作用,电流是由电荷的定向移动形成的,我们会想到:
这个力可能是作用在运动电荷上的,而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现.
二、知识讲解
考点/易错点1——洛伦兹力及洛伦兹力的方向
(1).洛伦兹力:
运动电荷在磁场中受到的作用力.
通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现,磁场对电流作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力。
(2).洛伦兹力方向的判断——左手定则
伸开左手,使大拇指和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,若四指指向正电荷运动的方向,那么拇指所受的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向;
若四指指向是电荷运动的反方向,那么拇指所指的正方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向.
带电粒子运动的方向总是与洛伦兹力的方向相垂直的,所以它对运动的带电粒子总是不做功的。
考点/易错点2——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.
安培力可以看作是作用在每个运动上的洛伦兹力F的合力,这段导体中含有的自由电荷数为nLS,所以F=F安/nLS=BIL/nLS=nqvSLB/nLS=qvB
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=qvB
(2)当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时(v∥B)F=qvBsinθ
上两式各量的单位:
F为牛(N),q为库伦(C),v为米/秒(m/s),B为特斯拉(T)
考点/易错点3——显像管的工作原理
(1)原理:
应用电子束磁偏转的道理
(2)构造:
由电子枪(阴极)、偏转线圈、荧光屏等组成(介绍各部分的作用102页)
三、例题精析
【例题1】
【题干】三个质子分别以大小相等、方向如图所示的初速度v1、v2和v3经过平板MN上的小孔O射入匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,整个装置放在真空中,且各质子不计重力。
这三个质子打到平板MN上的位置到小孔O的距离分别是s1、s2和s3,则( )
A.s1<
s2<
s3
B.s1>
s2>
C.s1=s2>
D.s1=s3<
s2
【答案】D
【解析】三个质子以同样大小的速度垂直射入匀强磁场时,由牛顿第二定律,知qvB=
,故其做圆周运动的半径R=
相等,它们做圆周运动的轨迹分别如图所示,由于v2垂直于MN,所以质子2在磁场中逆时针转过半周后打在O点的左方平板MN上的某处,距O点的距离s2为半径R的2倍,即s2=2R;
质子1逆时针转过小于半圆周的一段圆弧到O点左方某处,质子3逆时针转过大于半圆周的一段圆弧到O点左方某处打到平板MN上,由质子1与3进入磁场的速度方向与MN夹角均为θ及圆周运动的半径相等可知,两质子打到MN上的位置相同,得到s1=s3,所以s1=s3<
s2,所以D正确。
【例题2】
【题干】图是质谱仪的工作原理示意图。
带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器。
速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。
平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。
平板S下方有强度为B0的匀强磁场。
下列表述错误的是( )
A.质谱仪是分析同位素的重要工具
B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B
D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小
【解析】因同位素原子的化学性质完全相同,无法用化学方法进行分析,故质谱仪就成为同位素分析的重要工具,A正确。
在速度选择器中,带电粒子所受电场力和洛伦兹力在粒子沿直线运动时应等大反向,结合左手定则可知B正确。
再由qE=qvB有v=E/B,C正确。
在匀强磁场B0中R=
,所以
=
,D错误。
【例题3】
【题干】如图所示的圆形区域内,匀强磁场方向垂直于纸面向里。
有一束速率各不相同的质子自A点沿半径方向射入磁场,这些质子在磁场中( )
A.运动时间越长,其轨道对应的圆心角越大
B.运动时间越长,其轨道越长
C.运动时间越短,射出磁场区域时速度越小
D.运动时间越短,射出磁场区域时速度的偏向角越大
【答案】A
【解析】质子的速度越小,运动半径越小,在磁场中运动的时间越长,轨迹对应的圆心角越大,但运动轨迹不一定长;
同理,速度越大,半径越大,运动时间越短,速度的偏向角越小。
故选项A正确。
【例题4】
【题干】在以坐标原点O为圆心、半径为r的圆形区域内,存在磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场,如图所示。
一个不计重力的带电粒子从磁场边界与x轴的交点A处以速度v沿-x方向射入磁场,它恰好从磁场边界与y轴的交点C处沿+y方向飞出。
(1)请判断该粒子带何种电荷,并求出其比荷
;
(2)若磁场的方向和所在空间范围不变,而磁感应强度的大小变为B′,该粒子仍从A处以相同的速度射入磁场,但飞出磁场时的速度方向相对于入射角方向改变了60°
角,求磁感应强度B′多大?
此次粒子在磁场中运动所用时间t是多少?
【答案】
(1)负电荷
(2)
B
【解析】
(1)由粒子的飞行轨迹,利用左手定则可知,该粒子带负电荷。
粒子由A点射入,由C点飞出,其速度方向改变了90°
,则粒子轨迹半径R=r
又qvB=m
则粒子的比荷
(2)粒子从D点飞出磁场速度方向改变了60°
角,故
弧所对圆心角为60°
,粒子做圆周运动的半径
R′=r/tan30°
r
又R′=
所以B′=
B
粒子在磁场中飞行时间t=
T=
×
四、课程小结
1.洛伦兹力的产生条件
2.洛伦兹力方向的判断
3.洛伦兹力大小的求解
4.显像管的工作原理
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- 关 键 词:
- 运动 电荷 磁场 受到