高中物理 3.5 磁场对运动电荷的作用力导学案新人教版选修.doc

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1、§3.5磁场对运动电荷的作用力---洛伦兹力【学习目标】1.通过实验,观察阴极射线在磁场中的偏转,认识洛伦兹力.2.会用左手定则判断洛伦兹力的方向.3.经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程,由此体会两力的关系,会计算洛伦兹力的大小。4.了解电子束磁偏转的原理以及在电视显像管中的应用.【课前预学】一、洛伦兹力的方向和大小1.洛伦兹力:在磁场中受到的力.在磁场中受到的安培力,实际是洛伦兹力的表现.2.洛伦兹力的方向判定:伸开左手,使拇指与其余四个手指,并且都与手掌在同一个;让磁感线从掌心进入,并使四指指向电荷运动的方向,这

2、时就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向.负电荷受力的方向与正电荷受力的方向.3.洛伦兹力的大小:电荷量为q的粒子以速度v运动时,如果速度方向与磁感应强度方向,那么粒子所受的洛伦兹力为F=.在一般情况下,当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为θ时,电荷所受的洛伦兹力为F=。二、电视显像管的工作原理电视显像管应用了电子束的道理.在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场,其方向、强弱都在不断变化,因此电子束打在荧光屏上的光点不断移动,这在电视技术中叫做.【课堂学习活动】活动一、掌握洛伦兹力的方向[问题设计] 如图所示,我们用阴

3、极射线管研究磁场对运动电荷的作用,不同方向的磁场对电子束径迹有不同影响.那么电荷偏转方向与磁场方向、电子运动方向的关系满足怎样的规律?答案[要点提炼]1.洛伦兹力的方向可以根据来判断,四指所指的方向为的运动方向(或为负电荷运动的),拇指所指的方向就是运动的正电荷(负电荷)在磁场中所受的方向.负电荷受力的方向与同方向运动的正电荷受力的方向.2.洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁场方向都,即洛伦兹力的方向总是垂直于所决定的平面(但v和B的方向垂直).3.由于洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直,因此洛伦兹力对电荷(填“做功”或“不

4、做功”),洛伦兹力只改变电荷速度的而不改变其速度的.活动二、理解、掌握洛伦兹力的大小[问题设计]如图所示,磁场的磁感应强度为B.设磁场中有一段长度为L的通电导线,横截面积为S,单位体积中含有的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q且定向运动的速度都是v,(1)导线中的电流是多少?导线在磁场中所受安培力多大?(2)长为L的导线中含有的自由电荷数为多少?电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和,在宏观上表现为导线所受的安培力.则每个自由电荷所受洛伦兹力多大?答案 (1)(2)[要点提炼]1.洛伦兹力与安培力的关系安培力是导体中所有

5、定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的表现.而洛伦兹力是安培力的本质.2.洛伦兹力的大小:F=,θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角.(1)当电荷运动方向与磁场方向垂直时:F=;(2)当电荷运动方向与磁场方向平行时:F=;(3)当电荷在磁场中静止时:F=.活动三、了解电视显像管的工作原理[问题设计]如图为电视显像管的工作原理图,从图中(俯视图)可以看出,没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点.为使电子束偏转,由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场.(1)如果要使电子束在水平方向偏离中心,打在荧光屏上的A点,偏转磁场应该沿什么方向

6、?(2)如果要使电子束打在B点,磁场应该沿什么方向?(3)如果要使电子束打在荧光屏上的位置由B逐渐向A点移动,偏转磁场应该怎样变化?答案 活动四、典例精析一、对洛伦兹力方向的判定例1 下列关于图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向或带电粒子的带电性的判断正确的是(  )A.洛伦兹力方向竖直向上B.洛伦兹力方向垂直纸面向里C.粒子带负电D.洛伦兹力方向垂直纸面向外【针对训练】(2013·高考安徽卷)图中a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线,其横截面位于正方形的四个顶点上,导线上通有大小相同的电流,方向如图所示.一带正电的粒子从

7、正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动,它所受洛伦兹力的方向是(  )A.向上      B.向下C.向左D.向右二、对洛伦兹力公式的理解例2 如图所示,各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B,带电粒子的速率均为v,带电荷量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小,并指出洛伦兹力的方向.三、带电物体在匀强磁场中的运动问题例3 一个质量为m=0.1g的小滑块,带有q=5×10-4C的电荷量,放置在倾角α=30°的光滑斜面上(绝缘),斜面固定且置于B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里,如图所示,小滑块由静止开始沿斜

8、面滑下,斜面足够长,小滑块滑至某一位置时,要离开斜面(g取10m/s2).求:(1)小滑块带何种电荷?(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大?(3)该斜面长度至少多长?规律总结 1.带电物体在磁场或电场中运动的分析方法和分析力学的方法一样,只是比力学多了洛伦兹力和电场力.2.对带电粒子受力分析求合力,若合

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