5運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力,【自主預(yù)習(xí)】1.洛倫茲力：(1)定義：_電荷在磁場中所受的力。(2)與安培力的關(guān)系：通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力是洛倫茲力的_，而洛倫茲力是安培力的微觀解釋。,運(yùn)動(dòng),宏觀表現(xiàn),2.洛倫茲力的方向：(1)左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)。讓磁感線從_進(jìn)入，并使_指向正電荷運(yùn)動(dòng)方向，這時(shí)_所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。,掌心,四指,拇指,(2)特點(diǎn)：洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場方向都_，洛倫茲力只改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，不改變速度大小，對(duì)電荷_(A.做功B.不做功)。,垂直,B,3.洛倫茲力的大小：(1)公式：F=_，其中為速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角。(2)當(dāng)vB時(shí)，F(xiàn)=_。(3)當(dāng)vB時(shí)，F(xiàn)=_。,qvBsin,qvB,0,4.電視顯像管的工作原理：(1)電視顯像管應(yīng)用了電子束_的原理。(2)掃描：電子束打在熒光屏上的位置在_的控制下一行一行地不斷移動(dòng)。(3)偏轉(zhuǎn)線圈：產(chǎn)生使電子束偏轉(zhuǎn)的_。,磁偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)磁場,磁場,【預(yù)習(xí)小測】1.如圖所示為電視顯像管偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖，當(dāng)線圈通以圖示的直流電時(shí)，一束沿著管頸射向紙內(nèi)的電子將(),A.向上偏轉(zhuǎn)B.向下偏轉(zhuǎn)C.向右偏轉(zhuǎn)D.向左偏轉(zhuǎn),【解析】選C。由導(dǎo)線中電流的方向以及螺線管的環(huán)繞方向，可判斷出兩側(cè)螺線管的上方均為N極，故中點(diǎn)圓心處的磁場方向是豎直向下的，又由于電子束射向紙內(nèi)，故電流方向垂直于紙面向外，根據(jù)左手定則可判斷出電子束所受洛倫茲力方向向右，故正確答案為C。,2.兩個(gè)帶電粒子以相同的速度垂直磁感線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，兩粒子質(zhì)量之比為14，電荷量之比為12，則兩帶電粒子所受洛倫茲力之比為()A.21B.11C.12D.14【解析】選C。由F=Bqv可知，F(xiàn)q，與質(zhì)量無關(guān)，故只有C正確。,3.如圖所示，關(guān)于對(duì)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)的方向描述正確的是(),【解析】選B。根據(jù)左手定則可知A圖中洛倫茲力向下，故A錯(cuò)誤，B圖中洛倫茲力方向向上，故B正確；C圖中洛倫茲力向上，故C錯(cuò)誤；D圖中向下，故D錯(cuò)誤。,主題一洛倫茲力的方向【互動(dòng)探究】給陰極射線管兩極加上電壓，使陰極射線管工作起來，就能夠觀察到電子束沿直線運(yùn)動(dòng)。把陰極射線管放置在蹄形磁鐵兩極之間，可以改變磁場方向，觀察在不同方向的磁場作用下電子束的偏轉(zhuǎn)情況，思考并探究下列問題：,(1)當(dāng)陰極射線管加上磁場后觀察到的現(xiàn)象是什么？這一現(xiàn)象說明了什么？提示：加上磁場后電子束發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。說明磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力(洛倫茲力)；磁場方向不同，偏轉(zhuǎn)方向也不同。說明洛倫茲力的方向與磁場方向有關(guān)。,(2)請根據(jù)電子束受力方向與磁場方向的關(guān)系，探究受力方向與磁場方向、電子的運(yùn)動(dòng)方向之間的關(guān)系是否滿足左手定則？怎樣應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力的方向？,提示：可以用左手定則判斷洛倫茲力的方向：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)方向，這時(shí)拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。,【探究總結(jié)】1.三個(gè)決定洛倫茲力方向的因素：電荷的電性(正、負(fù))、速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。當(dāng)電性一定時(shí)，其他兩個(gè)因素決定洛倫茲力的方向，如果只讓一個(gè)因素相反，則洛倫茲力方向必定相反；如果同時(shí)讓兩個(gè)因素相反，則洛倫茲力方向不變。,2.F、B、v三者方向間的關(guān)系：電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場方向間沒有因果關(guān)系，兩者關(guān)系是不確定的。電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場方向確定洛倫茲力方向，F(xiàn)B，F(xiàn)v，即F垂直于B和v所決定的平面。3.洛倫茲力的特點(diǎn)：洛倫茲力的方向隨電荷運(yùn)動(dòng)方向的變化而變化。但無論怎樣變化，洛倫茲力都與運(yùn)動(dòng)方向垂直，故洛倫茲力永不做功，它只改變電荷的運(yùn)動(dòng)方向，不改變電荷的速度大小。,4.洛倫茲力與電場力的區(qū)別：,【拓展延伸】應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力方向的注意事項(xiàng)在用左手定則判斷運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向時(shí)，對(duì)于正電荷，四指指向電荷的運(yùn)動(dòng)方向。但對(duì)于負(fù)電荷，四指應(yīng)指向電荷運(yùn)動(dòng)的反方向。不要誤以為四指總是指向電荷的運(yùn)動(dòng)方向。,【典例示范】下列各圖中，運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和電荷的受力方向之間的關(guān)系正確的是(),【解題指南】解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)洛倫茲力方向與磁場方向、正電荷運(yùn)動(dòng)方向三者之間滿足左手定則。(2)當(dāng)速度方向與磁場平行時(shí)，不受洛倫茲力。,【解析】選B。根據(jù)左手定則，A中F方向應(yīng)向上，B中F方向應(yīng)向下，故A錯(cuò)、B對(duì)。C、D中都是vB，F(xiàn)=0，故C、D都錯(cuò)。,【探究訓(xùn)練】1.在陰極射線管中電子流方向由左向右，其上方放置一根通有如圖所示電流的直導(dǎo)線，導(dǎo)線與陰極射線管平行，則電子將()A.向上偏轉(zhuǎn)B.向下偏轉(zhuǎn)C.向紙里偏轉(zhuǎn)D.向紙外偏轉(zhuǎn),【解析】選B。由題圖可知，直線電流的方向由左向右，根據(jù)安培定則，可判定直導(dǎo)線下方的磁場方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蚶铮娮舆\(yùn)動(dòng)方向由左向右，由左手定則知(電子帶負(fù)電荷，四指要指向電子運(yùn)動(dòng)方向的反方向)，電子將向下偏轉(zhuǎn)，故B選項(xiàng)正確。,2.中國宋代科學(xué)家沈括在夢溪筆談中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也。”進(jìn)一步研究表明，地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖。結(jié)合上述材料，下列說法不正確的是(),A.地理南、北極與地磁場的南、北極不重合B.地球內(nèi)部也存在磁場，地磁南極在地理北極附近C.地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行D.地磁場對(duì)射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用,【解析】選C。地理南、北極與地磁場存在一個(gè)夾角，稱為磁偏角，故地理南、北極與地磁場的南、北極不重合，A正確；地磁南極在地理的北極附近，地磁北極在地理南極附近，B正確；由于地磁場中某點(diǎn)的磁場方向沿該點(diǎn)的磁感線切線方向，故只有赤道處磁場方向與地面平行，C錯(cuò)誤；在赤道處磁場方向水平，,而射線是帶電的粒子，運(yùn)動(dòng)方向垂直磁場方向，根據(jù)左手定則可得射向赤道的帶電宇宙射線粒子受到洛倫茲力的作用，D正確。,3.在兩平行金屬板間，有如圖所示的互相正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場。粒子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時(shí)，恰好能沿直線勻速通過。供下列各小題選擇的答案有()A.不偏轉(zhuǎn)B.向上偏轉(zhuǎn)C.向下偏轉(zhuǎn)D.向紙內(nèi)或紙外偏轉(zhuǎn),(1)若質(zhì)子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時(shí)，質(zhì)子將_。(2)若電子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時(shí)，電子將_。,(3)若質(zhì)子以大于v0的速度，沿垂直于電場方向和磁場方向從兩板正中央射入，質(zhì)子將_。(4)若增大勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，其他條件不變，電子以速度v0沿垂直于電場和磁場的方向，從兩板正中央射入時(shí)，電子將_。,【解析】設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m，帶電荷量為q，勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度為E、勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。帶電粒子以速度v0垂直射入互相正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中時(shí)，若粒子帶正電荷，則所受電場力方向向下，大小為qE；所受磁場力方向向上，大小為Bqv0。沿直線勻速通過時(shí)，顯然有Bqv0=qE，v0=，,即沿直線勻速通過時(shí)，帶電粒子的速度與其質(zhì)量、電荷量無關(guān)。如果粒子帶負(fù)電荷，電場力方向向上，磁場力方向向下，上述結(jié)論仍然成立。所以，(1)(2)兩小題應(yīng)選A。若質(zhì)子以大于v0的速度射入兩板之間，由于磁場力F=Bqv，磁場力將大于電場力，質(zhì)子帶正電荷，將向上偏轉(zhuǎn)，第(3)小題應(yīng)選B。磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大時(shí)，電子射入的其他條件不變，,所受磁場力F=Bqv0也增大，電子帶負(fù)電荷，所受磁場力方向向下，將向下偏轉(zhuǎn)，所以第(4)小題應(yīng)選C。答案：(1)A(2)A(3)B(4)C,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.關(guān)于電場力與洛倫茲力，以下說法正確的是()A.電荷只要處在電場中，就會(huì)受到電場力，而電荷靜止在磁場中，也可能受到洛倫茲力B.電場力對(duì)在電場中的電荷一定會(huì)做功，而洛倫茲力對(duì)在磁場中的電荷卻不會(huì)做功,C.電場力與洛倫茲力一樣，受力方向都在電場線和磁感線上D.只有運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場中才有可能受到洛倫茲力的作用,【解析】選D。靜止在磁場中的電荷不可能受到洛倫茲力，A錯(cuò)；盡管電場力對(duì)電荷可以做功，但如果電荷在電場中不動(dòng)或沿等勢面移動(dòng)，電場力做功為零，B錯(cuò)；洛倫茲力的方向與磁感線垂直，與運(yùn)動(dòng)方向垂直，C錯(cuò)。只有D是正確的。,2.一束混合粒子流從一發(fā)射源射出后，進(jìn)入如圖所示的磁場，分離為1、2、3三束，則不正確的是()A.1帶正電B.1帶負(fù)電C.2不帶電D.3帶負(fù)電,【解析】選B。根據(jù)左手定則，正電荷粒子向左偏，即1；不偏轉(zhuǎn)說明不帶電，即2；帶負(fù)電的粒子向右偏，即3，因此答案為B。,主題二洛倫茲力的大小電視機(jī)顯像管的工作原理【互動(dòng)探究】情景1：電荷的定向移動(dòng)形成電流，在磁場中電流會(huì)受到安培力的作用，其實(shí)安培力就是電荷在磁場中所受洛倫茲力的矢量和，安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。,情景2：電視機(jī)顯像管陰極能夠發(fā)射電子，電子打到熒光屏上就能發(fā)光，電子束在偏轉(zhuǎn)磁場的洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn)，是電視機(jī)產(chǎn)生圖象的前提。,試結(jié)合上述兩種情景，討論下列問題：(1)請你根據(jù)情景1，建立物理模型，探究洛倫茲力的計(jì)算公式是怎樣推導(dǎo)出來的。,提示：如圖，設(shè)導(dǎo)體內(nèi)單位體積上自由電荷數(shù)為n，自由電荷的電荷量為q，定向移動(dòng)的速度為v，設(shè)長度為L的導(dǎo)線中的自由電荷在t秒內(nèi)全部通過面積為S的截面A，則通過的電荷量Q=nqSL=nqSvt，當(dāng)導(dǎo)體與磁場垂直時(shí)，F(xiàn)安=BIL=BL=BL=BqvSnL，所以洛倫茲力F=，故F=qvB。當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向夾角為時(shí)，電荷所受的洛倫茲力為F=qvBsin。,(2)情景2中，要使電子打在A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？提示：由左手定則可知，要使電子打在A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該垂直紙面向外。,(3)情景2中，要使電子在熒光屏的位置從A點(diǎn)向B點(diǎn)逐漸移動(dòng)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？提示：要使電子從A點(diǎn)向B點(diǎn)逐漸移動(dòng)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該先垂直紙面向外并逐漸減小，然后垂直紙面向里并逐漸增大。,【探究總結(jié)】洛倫茲力與安培力的區(qū)別和聯(lián)系,【拓展延伸】安培力與洛倫茲力做功與不做功的問題安培力是洛倫茲力的宏觀表觀，但洛倫茲力永不做功，安培力可以做功。因?yàn)槁鍌惼澚Ψ较蚩偸桥c電荷速度方向垂直，故不做功；而安培力方向總是與電流方向垂直，但不一定與導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向垂直，故可以做功。,【典例示范】(多選)質(zhì)量為m、帶電量為q的小球，從傾角為的光滑絕緣斜面上由靜止下滑，整個(gè)斜面置于方向水平向外的勻強(qiáng)磁場中，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，如圖所示。若小球下滑后某時(shí)刻對(duì)斜面的作用力恰好為零，下面說法中正確的是(),A.小球帶正電B.小球在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C.小球在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)做加速度增大，而速度也增大的變加速直線運(yùn)動(dòng)D.小球在斜面上下滑過程中，當(dāng)小球?qū)π泵鎵毫榱銜r(shí)的速率為,【解題指南】解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)洛倫茲力的方向總是與速度方向垂直，速度方向不變時(shí)，洛倫茲力方向也不變化。(2)洛倫茲力大小隨速度的增加而增大。,【解析】選A、B、D。要使小球?qū)π泵娴膲毫榱悖∏蛩苈鍌惼澚Φ姆较驊?yīng)該垂直于運(yùn)動(dòng)方向向上，根據(jù)左手定則可以判斷A正確；對(duì)小球受力分析可以判斷小球受的合外力大小為mgsin，所以小球做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，B正確，C錯(cuò)誤；當(dāng)小球?qū)π泵鎵毫榱銜r(shí)，qvB=mgcos，所以v=，D正確。,【探究訓(xùn)練】1.如圖所示，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場，一束電子流以初速度v從水平方向射入，為了使電子流經(jīng)過磁場時(shí)不偏轉(zhuǎn)(不計(jì)重力)，則磁場區(qū)域內(nèi)必須同時(shí)存在一個(gè)勻強(qiáng)電場，這個(gè)電場的場強(qiáng)大小和方向是(),A.，豎直向上B.，水平向左C.Bv，垂直于紙面向里D.Bv，垂直于紙面向外,【解析】選C。使電子流經(jīng)過磁場時(shí)不偏轉(zhuǎn)，垂直運(yùn)動(dòng)方向合力必須為零，又因電子所受洛倫茲力方向垂直紙面向里，故所受電場力方向必須垂直紙面向外，且與洛倫茲力等大，即Eq=qvB，故E=vB；電子帶負(fù)電，所以電場方向垂直于紙面向里。,2.有關(guān)洛倫茲力和安培力的描述，正確的是()A.通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中一定受到安培力的作用B.安培力是大量運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)C.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)受到的洛倫茲力做正功D.通電直導(dǎo)線在磁場中受到的安培力方向與磁場方向平行,【解析】選B。當(dāng)通電直導(dǎo)線放置的方向與勻強(qiáng)磁場的方向平行時(shí)，通電直導(dǎo)線不受安培力的作用，則A錯(cuò)誤；安培力是大量運(yùn)動(dòng)電荷所受的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，B正確；由于帶電粒子所受的洛倫茲力的方向與粒子的速度方向始終是垂直的，因此洛倫茲力不做功，C錯(cuò)誤；由左手定則可知，磁場的方向與安培力的方向垂直，D錯(cuò)誤。,3.(2018昆明高二檢測)顯像管原理的示意圖如圖所示，當(dāng)沒有磁場時(shí)，電子束將打在熒光屏正中央的O點(diǎn)，安裝在管徑上的偏轉(zhuǎn)線圈可以產(chǎn)生磁場，使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)。設(shè)垂直紙面向里的磁場方向?yàn)檎较颍羰垢咚匐娮恿鞔蛟跓晒馄辽系奈恢糜蒩點(diǎn)逐漸移動(dòng)到b點(diǎn)，下列磁場的變化能夠使電子發(fā)生上述偏轉(zhuǎn)的是(),【解析】選A。電子偏轉(zhuǎn)到a點(diǎn)時(shí)，根據(jù)左手定則可知，磁場方向垂直紙面向外，對(duì)應(yīng)的B-t圖的圖線就在t軸下方；電子偏轉(zhuǎn)到b點(diǎn)時(shí)，根據(jù)左手定則可知，磁場方向垂直紙面向里，對(duì)應(yīng)的B-t圖的圖線應(yīng)在t軸上方，A正確。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.如圖所示，帶負(fù)電荷的擺球在一勻強(qiáng)磁場中擺動(dòng)。勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里。擺球在A、B間擺動(dòng)過程中，由A擺