高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 磁场对运动电荷的作用力导学案及答案

运动电荷在磁场中受到的力

导  学  案

【学习目标】

1．知道什么是洛伦兹力。会利用左手定则判断洛伦兹力的方向。

2．知道洛伦兹力大小的推理过程。

3．了解电视显像管的工作原理。

【学习重点】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和方向判断。

【学习难点】洛伦兹力对带电粒子不做功和电视显像管的工作原理。

课前预习：

1．洛伦兹力(1)定义:           在磁场中受到的力。(2)与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的         。

2．洛伦兹力的方向—左手定则：伸开左手使拇指与其余四个手指垂直并且都与手掌在同一个        内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向          运动的方向，这时      所指的方向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      .方向特点：F⊥B，F⊥v即F垂直于       所决定的平面。

3．洛伦兹力的大小：(1)当v⊥B时，F=       ；(2)当v∥B时，F=   ；(3)当v与B成θ角时，F=       。

4．电视显像管的工作原理：电视显像管应用了电子束          的道理。

创设情境：

地球周围笼罩着磁场，太阳风向着赤道直射地球，却被这层磁场挡住，结果约有1%的太阳风进入南磁极(或北磁极)附近的大气层。两极的高层大气，受到太阳风的轰击后会发出光芒，形成美丽的极光。思考以下问题：

1．太阳风是带电粒子吗?为什么射向地球的太阳风只在南、北极出现极光?

2．直射向赤道的太阳风与地球的磁场的夹角约为多少度?射向南北两极的太阳风与地球的磁场的夹角约为多少度?

3．太阳风在赤道上空受到的磁场作用力大，还是在南北两极受到的大?

自主学习：

一、洛仑兹力的方向和大小

        学习任务1：阅读课本中“洛伦兹力的方向与大小”部分的内容，思考以下问题。

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，每个自由电荷的电荷量为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的匀强磁场中。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，

1． 电流的方向与运动电荷的方向有何关系？

2． 如果将判断安培力方向的左手定则推导出判断洛伦兹力的左手定则？

3．洛伦兹力与电荷的运动方向有何关系？洛伦兹力做功吗？

4．这段导线中t时间内通过某一横截面的电荷个数为多少？

5．电流I的微观表达式是怎样的? （提示：）

6．这段导体所受的安培力为多大?

7．每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大?

二、电视机显像管的工作原理

学习任务2：阅读教材 “电视机显像管的工作原理”部分，完成以下内容。

1． 简要说明电视机显像管的构造和原理。

2． 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？

3．如果要使电子束打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？

4．如果要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？

随堂演练：

1．以下说法正确的是 (　　)

A．电荷处于磁场中一定受到洛伦兹力

B．运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力

C．洛伦兹力对运动电荷一定不做功

D．洛伦兹力可以改变运动电荷的速度大小

2．一个运动电荷通过某一空间时，没有发生偏转，那么就这个空间是否存在电场或磁场，下列说法中正确的是 (　　)

A．一定不存在电场  B．一定不存在磁场

C．一定存在磁场   D．可以既存在磁场，又可以存在电场

3．在你身边，若有一束电子从上而下运动，在地磁场的作用下，它将 (　　)

A．向东偏转　　　　B．向西偏转

C．向北偏转    D．向南偏转

4．一个长螺线管中通有交流电，把一个带电粒子沿管轴线射入管中，不计重力，粒子将在管中 (　　)

A．做圆周运动       B．沿轴线来回运动

C．做匀加速直线运动      D．做匀速直线运动

5．右图为一“滤速器”装置的示意图．a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间．为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO′运动，由O′射出．不计重力作用，可能达到上述目的的办法是(　　)

A．使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里

B．使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里

C．使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外

D．使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外

6．质量为0.1 g的小物块，带有5×10-4 C的电荷量，放在倾角为30°的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于0.5 T的匀强磁场中，磁场方向如图所示，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面(设斜面足够长，g=10 m/s2)问：

(1)物块带电性质？

(2)物块离开斜面时的速度为多少？

(3)物块在斜面上滑行的最大距离是多少？