磁场对运动电荷的作用
对点训练：对洛伦兹力的理解
1．(多选)(2017·广东六校联考)有关电荷所受电场力和磁场力的说法中，正确的是( )
A ．电荷在磁场中一定受磁场力的作用
B ．电荷在电场中一定受电场力的作用
C ．电荷受电场力的方向与该处的电场方向一致
D ．电荷若受磁场力，则受力方向与该处的磁场方向垂直
解析：选BD 带电粒子受洛伦兹力的条件：运动电荷且速度方向与磁场方向不平行，故电荷在磁场中不一定受磁场力作用，A 项错误；电场具有对放入其中的电荷有力的作用的性质，B 项正确；正电荷受力方向与电场方向一致，而负电荷受力方向与电场方向相反，C 项错误；磁场对运动电荷的作用力垂直磁场方向且垂直速度方向，D 项正确。
2．(多选)(2017·南昌调研)空间有一磁感应强度为B 的水平匀强磁场，质量为m 、电荷量为q 的质点以垂直于磁场方向的速度v 0水平进入该磁场，在飞出磁场时高度下降了h ，重力加速度为g ，则下列说法正确的是( )
A ．带电质点进入磁场时所受洛伦兹力可能向上
B ．带电质点进入磁场时所受洛伦兹力一定向下
C ．带电质点飞出磁场时速度的大小为v 0
D ．带电质点飞出磁场时速度的大小为 v 02＋2gh
解析：选AD 因为磁场为水平方向，带电质点水平且垂直于磁场方向飞入该磁场，若磁感应强度方向为垂直纸面向里，利用左手定则，可以知道若质点带正电，从左向右飞入瞬间洛伦兹力方向向上，若质点带负电，飞入瞬间洛伦兹力方向向下，A 对，B 错；利用动
能定理mgh ＝12m v 2－12
m v 02，得v ＝v 02＋2gh ，C 错，D 对。 对点训练：带电粒子在匀强磁场中的运动
3.如图所示，匀强磁场中有一电荷量为q 的正离子，由a 点沿半圆轨道运动，
当它运动到b 点时，突然吸收了附近若干电子，接着沿另一半圆轨道运动到c 点，
已知a 、b 、c 在同一直线上，且ac ＝12
ab ，电子的电荷量为e ，电子质量可忽略不计，则该离子吸收的电子个数为( )
A.3q 2e
B.q e
C.2q 3e
D.q 3e
解析：选D 正离子由a 到b 的过程，轨迹半径r 1＝ab 2，此过程有q v B ＝m v 2r 1
，正离子在b 点附近吸收n 个电子，因电子质量不计，所以正离子的速度不变，电荷量变为q －ne ，
正离子从b 到c 的过程中，轨迹半径r 2＝bc 2＝34ab ，且(q －ne )v B ＝m v 2r 2，解得n ＝q 3e
，D 正确。
4．(2017·深圳二调)一个重力不计的带电粒子垂直进入匀强磁场，在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动。则下列能表示运动周期T 与半径R 之间的关系图像的是( )
解析：选D 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，q v B ＝m v 2R ?R ＝m v qB
，由圆周运动规律，T ＝2πR v ＝2πm qB ，可见粒子运动周期与半径无关，故D 项正确。
对点训练：带电粒子在匀强磁场中的多解问题
5．(2017·南昌模拟)如图所示，在x ＞0，y ＞0的空间中有恒定的匀强
磁场，磁感应强度的方向垂直于xOy 平面向里，大小为B 。现有一质量为
m 、电荷量为q 的带正电粒子，从x 轴上的某点P 沿着与x 轴正方向成
30°角的方向射入磁场。不计重力的影响，则下列有关说法中正确的是
( )
A ．只要粒子的速率合适，粒子就可能通过坐标原点
B ．粒子在磁场中运动所经历的时间一定为5πm 3qB
C ．粒子在磁场中运动所经历的时间可能为πm qB
D ．粒子在磁场中运动所经历的时间可能为πm 6qB
解析：选C 带正电的粒子从P 点沿与x 轴正方向成30°角的方向射入磁
场中，则圆心在过P 点与速度方向垂直的直线上，如图所示，粒子在磁场中要
想到达O 点，转过的圆心角肯定大于180°，因磁场有边界，故粒子不可能通过
坐标原点，故选项A 错误；由于P 点的位置不确定，所以粒子在磁场中运动的
圆弧对应的圆心角也不同，最大的圆心角是圆弧与y 轴相切时即300°，运动时间为56
T ，而最小的圆心角为P 点在坐标原点即120°，运动时间为13
T ，而T ＝2πm qB ，故粒子在磁场中运动所经历的时间最长为5πm 3qB ，最短为2πm 3qB
，选项C 正确，B 、D 错误。 6．(多选)(2017·湖北六校调考)如图所示，xOy 平面的一、二、三象限内存
在垂直纸面向外，磁感应强度B ＝1 T 的匀强磁场，ON 为处于y 轴负方向的弹
性绝缘薄挡板，长度为9 m ，M 点为x 轴正方向上一点，OM ＝3 m 。现有一个
比荷大小为q m
＝1.0 C/kg 可视为质点带正电的小球(重力不计)从挡板下端N 处小孔以不同的速度向x 轴负方向射入磁场，若与挡板相碰就以原速率弹回，且碰撞时间不计，碰撞时电荷量不变，小球最后都能经过M 点，则小球射入的速度大小可能是( )
A ．3 m/s
B ．3.75 m/s
C ．4 m/s
D ．5 m/s
解析：选ABD 因为小球通过y 轴的速度方向一定是＋x 方向，故带电小
球圆周运动轨迹半径最小值为3 m ，即R min ＝m v min qB
，解得v min ＝3 m/s ；经验证，带电小球以3 m/s 速度进入磁场，与ON 碰撞一次，再经四分之三圆周经过M
点，如图1所示，A 项正确；当带电小球与ON 不碰撞，直接经过M 点，如图
2所示，小球速度沿－x 方向射入磁场，则圆心一定在y 轴上，做出MN 的垂直
平分线，交于y 轴的点即得圆心位置，由几何关系解得轨迹半径最大值R max ＝5 m ，又R max ＝m v max qB
，解得v max ＝5 m/s ，D 项正确；当小球速度大于3 m/s 、小于5 m/s 时，轨迹如图3所示，由几何条件计算可知轨迹半径R ＝3.75 m ，由半径公式R ＝m v qB ，得v ＝3.75 m/s ，B
项正确，由分析易知选项C 错误。
对点训练：带电粒子在有界磁场中的临界极值问题
7.(2016·安徽师大附中模拟)如图所示，在x 轴上方存在垂直于纸面向里的
匀强磁场，磁感应强度为B 。在xOy 平面内，从原点O 处沿与x 轴正方向成θ
角(0＜θ＜π)以速率v 发射一个带正电的粒子(重力不计)。则下列说法正确的是( )
A ．若v 一定，θ越大，则粒子在磁场中运动的时间越短
B ．若v 一定，θ越大，则粒子离开磁场的位置距O 点越远
C ．若θ一定，v 越大，则粒子在磁场中运动的角速度越大
D ．若θ一定，v 越大，则粒子在磁场中运动的时间越短
解析：选A 由左手定则可知，带正电的粒子向左偏转。若v 一定，θ越大，则粒子在磁场中运动的时间越短，选项A 正确；若v 一定，θ等于90°时，粒子离开磁场的位置距O
点最远，选项B 错误；若θ一定，粒子在磁场中运动的周期与v 无关，由ω＝2πT 可知粒子
在磁场中运动的角速度与v 无关，选项C 、D 错误。
8．(多选)(2017·郑州二模)图中的虚线为半径为R 、磁感应强度大小为
B 的圆形匀强磁场的边界，磁场的方向垂直圆平面向里。大量的比荷均为
q m
的相同粒子由磁场边界的最低点A 向圆平面内的不同方向以相同的速度v 0射入磁场，粒子在磁场中做半径为r 的圆周运动，经一段时间的偏
转，所有的粒子均由圆边界离开，所有粒子的出射点的连线为虚线边界的13
，粒子在圆形磁场中运行的最长时间用t m 表示，假设q m
、R 、v 0为已知量，其余的量均为未知量，忽略粒子的重力以及粒子间的相互作用。则( )
A ．
B ＝
23m v 03qB B ．B ＝3m v 03qR C ．r ＝3R 2 D ．t m ＝3πR 2v 0
解析：选ACD 设从A 点射入的粒子与磁场边界的最远交点为B ，则B
点是轨迹圆的直径与磁场边界圆的交点，AB 的长是边界圆周长的13，则∠AOB ＝120°，sin 60°＝r R ，得r ＝3R 2
，粒子在磁场中运动时，洛伦兹力提供向心力，有q v 0B ＝m v 02r ，所以B ＝m v 0qr ＝23m v 03qR
，A 、C 正确，B 错误；粒子在磁场中运动的最长时间为t m ＝T 2＝πr 0＝3πR 2v 0
，D 正确。
9.(2017·马鞍山二检)如图所示，abcd 为一正方形边界的匀强磁场区域，磁
场边界边长为L ，三个粒子以相同的速度从a 点沿ac 方向射入，粒子1从b 点
射出，粒子2从c 点射出，粒子3从cd 边垂直于磁场边界射出，不考虑粒子的
重力和粒子间的相互作用。根据以上信息，可以确定( )
A ．粒子1带负电，粒子2不带电，粒子3带正电
B ．粒子1和粒子3的比荷之比为2∶1
C ．粒子1和粒子3在磁场中运动时间之比为4∶1
D ．粒子3的射出位置与d 点相距L 2
解析：选B 根据左手定则可知粒子1带正电，粒子2不带电，粒子3带负电，选项A 错误；粒子1在磁场中的轨迹为四分之一圆周，半径r 1＝22L ，时间t 1＝14T ＝14×2πr 1v ＝2πL 4v
，粒子3在磁场中的轨迹为八分之一圆周，半径r 3＝2L ，时间t 3＝18T ＝18×2πr 3v ＝2πL 4v
，则t 1＝t 3，选项C 错误；由r ＝m v qB 可知粒子1和粒子3的比荷之比为2∶1，选项B 正确；粒子
3的射出位置与d 点相距(2－1)L ，选项D 错误。
考点综合训练
10.(2017·珠海期末)如图所示，在平面直角坐标系xOy 的第四象限有垂直纸面
向里的匀强磁场，一质量为m ＝5.0×10－8 kg 、电量为q ＝1.0×10－
6 C 的带电粒子。从静止开始经U 0＝10 V 的电压加速后，从P 点沿图示方向进入磁场，已知OP ＝
30 cm ，(粒子重力不计，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)，求：
(1)带电粒子到达P 点时速度v 的大小；
(2)若磁感应强度B ＝2.0 T ，粒子从x 轴上的Q 点离开磁场，求OQ 的距离；
(3)若粒子不能进入x 轴上方，求磁感应强度B ′满足的条件。
解析：(1)对带电粒子的加速过程，由动能定理
qU ＝12
m v 2 代入数据得：v ＝20 m/s 。
(2)带电粒子仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，有：
q v B ＝m v 2R 得R ＝m v qB
代入数据得：R ＝0.50 m
而OP cos 53°
＝0.50 m 故圆心一定在x 轴上，轨迹如图甲所示。
由几何关系可知：OQ ＝R ＋R sin 53°
故OQ ＝0.90 m 。
(3)带电粒子不从x 轴射出(如图乙)，由几何关系得：
OP >R ′＋R ′cos 53°
R ′＝m v qB ′
解得：B ′>163
T ＝5.33 T(取“≥”照样给分)。 答案：(1)20 m/s (2)0.90 m (3)B ′>5.33 T
11.(2016·海南高考)如图，A 、C 两点分别位于x 轴和y 轴上，∠OCA ＝30°，
OA 的长度为L 。在△OCA 区域内有垂直于xOy 平面向里的匀强磁场。质量
为m 、电荷量为q 的带正电粒子，以平行于y 轴的方向从OA 边射入磁场。已知粒子从某点射入时，恰好垂直于OC 边射出磁场，且粒子在磁场中运动的时间为t 0。不计重力。
(1)求磁场的磁感应强度的大小；
(2)若粒子先后从两不同点以相同的速度射入磁场，恰好从OC 边上的同一点射出磁场，求该粒子这两次在磁场中运动的时间之和；
(3)若粒子从某点射入磁场后，其运动轨迹与AC 边相切，且在磁场内运动的时间为53
t 0，求粒子此次入射速度的大小。
解析：(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动，在时间t 0内其速度方向改变了90°，故其周期T ＝4t 0①
设磁感应强度大小为B ，粒子速度为v ，圆周运动的半径为r 。由洛伦兹力公式和牛顿
定律得q v B ＝m v 2r ②
匀速圆周运动的速度满足v ＝
2πr T
③ 联立①②③式得B ＝πm 2qt 0。④
(2)设粒子从OA 边两个不同位置射入磁场，能从OC 边上的同一点P 射出磁场，粒子在磁场中运动的轨迹如图(a)所示。设两轨迹所对应的圆心角分别为θ1和θ2。由几何关系有θ1＝180°－θ2⑤
粒子两次在磁场中运动的时间分别为t 1与t 2，则t 1＋t 2＝T 2
＝2t 0。⑥ (3)如图(b)，由题给条件可知，该粒子在磁场区域中的轨迹圆弧对应的圆心角为150°。设O ′为圆弧的圆心，圆弧的半径为r 0，圆弧与AC 相切与B 点，从D 点射出磁场，由几何关系和题给条件可知，此时有∠OO ′D ＝∠BO ′A ＝30°⑦
r 0cos ∠OO ′D ＋r 0cos ∠BO ′A
＝L ⑧ 设粒子此次入射速度的大小为v 0，由圆周运动规律v 0＝2πr 0T ⑨
联立①⑦⑧⑨式得v 0＝3πL 7t 0
。⑩ 答案：(1)πm 2qt 0 (2)2t 0 (3)3πL 7t 0
§3.5 磁场对运动电荷的作用力 ★本课奋斗目标：洛伦兹力的计算和方向的判断 活动一：参考课本P95页，完成下列小题 1、如图所示，玻璃管已抽成真空。当左右两个电极按图示的极性连接到高压电源时，阴极会发射电子。电子在电场的加速下飞向阳极，画出图1中电子束的运动轨迹？ 2、如果在图1的基础上加上一个垂直于纸面向里的匀强磁场，图2所示，（电子束向右运动，形成的电流向，如果是一根导线内的电流，导线受安培力的方向向，所以电子受力方向向，于是电子运动轨迹向偏转。）你能画出这时电子束的运动轨迹吗？ 3、运动电荷在磁场中受到的作用力，叫做。 4、洛伦兹力的方向的判断──左手定则： 让磁感线手心，四指指向的方向，或负电荷运动的，拇指所指电荷所受的方向。 5、洛伦兹力的大小:洛伦兹力公式。 6、洛伦兹力与电荷运动方向，所以洛伦兹力对运动电荷，不会电荷运动的速率。 反馈1：试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向. 2：来自宇宙的电子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些电子在进入地球周围的空间时，将（）A．竖直向下沿直线射向地面B．相对于预定地面向东偏转 C．相对于预定点稍向西偏转D．相对于预定点稍向北偏转 3. 有一匀强磁场，磁感应强度大小为1.2T，方向由南指向北，如有一质子沿竖直向下的方向进入磁场，磁场作用在质子上的力为9.6×10-14N，则质子射入时速为 ,质子在磁场中向方向偏转。
活动二：阅读课本P97页，分析电视显像管工作原理 1、如右图所示，没有磁场时，电子束打在荧光屏上 点； 2、如果要是电子束打在A 点，偏转磁场应该沿什 么方向？ 3、如果要是电子束打在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 逐渐向A 点移动，偏转磁场应该怎样变化？ 5、显像管中使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的,叫做偏转线圈。为了与显像管的管颈贴在一起,偏转线圈做成 。 6、实际上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就像课本图 3.5-5那样不断移动，这在电视技术中叫做 。电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫 ，电视机中每秒要进行50场扫描，所以我们感觉整个荧光屏都在发光。 【同步检测】 1. 一个电子穿过某一空间而未发生偏转，则 （ ） A ．此空间一定不存在磁场 B ．此空间可能有方向与电子速度平行的磁场 C ．此空间可能有磁场 ，方向与电子速度垂直 D ．以上说法都不对 2. 如图所示，带电粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面向外的是 （ ） 3. 电子以速度v 0垂直进入磁感应强度为B 的匀强磁场中，则 （ ） A ．磁场对电子的作用力始终不做功 B ．磁场对电子的作用力始终不变 C ．电子的动能始终不变 D ．电子的加速度始终不变 4.如图所示，空间有磁感应强度为B ，方向竖直向上的匀强磁场， 一束电子流以初速v 从水平方向射入，为了使电子流经过磁场时不偏 转（不计重力），则在磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，这个 电场的场强大小与方向应是 （ ） A ．B/v ，方向竖直向上 B ．B/v ，方向水平向左 C ．Bv ，垂直纸面向里 D ．Bv ，垂直纸面向外 第2题 第4题
课题：3.6磁场对运动电荷的作用（3） 编印 审核高二物理组 课时安排： 课时 总第 课时 执教时间 【学习目标】理解几种仪器的工作原理。. 【重难点】速度选择器、回旋加速器 【自主学习】 一、速度选择器 如图所示，由于电子等基本粒子所受重力可忽略不计，运动方向相同而速率不同的正离子组成的离子束射入相互正交的匀强电场和匀强磁场所组成的场区，已知电场强度大小为E 、方向向下，磁场的磁感强度为B ，方向垂直于纸面向里，若粒子的运动轨迹不发生偏转（重力不计），必须满足平衡条件：Bqv =qE ，故v=E/B ，这样就把满足v=E/B 的粒子从速度选择器中选择了出来。带电粒子不发生偏转的条件跟粒子的质量、所带电荷量、电荷的性质均无关，只跟粒子的速 度有关，且对速度的方向进行选择。若粒子从图中右侧入射则不能穿出场区。 二、质谱仪 容器A 中含有电荷量相同而质量有微小差别的粒子，这些粒子从小孔S 1飘入下方电势差为U 的加速电场中，经加速电场后从小孔S 2进入速度选择器的带 电粒子，只有速度大小为v ＝1 B E 的粒子能做匀速直线运动，从小孔S 3进入磁感应强度为B 的匀磁场中做匀速圆周运动， 在经半个周期后，打在照相底片D 上，在底片上形成谱线 状的细条，叫做质谱线，根据质谱线的位置可以算出粒子的 质量。粒子进入加速电场时的速度很小，可以认为等于零。 粒子通过加速电场，根据动能定理在：2 1m v 2＝q U ， 粒子通过速度选择器，根据匀速运动条件有：v ＝1 B E 若测出粒子在偏转磁场中的轨道直径为d ，则又有：d ＝2r ＝ 2qB mv 2＝21B qB mE 2 所以，同位素的荷质比和质量分别为：m q ＝21B dB E 2；m ＝E 2B qdB 21。 三、回旋加速器 D 形盒状电极装在真空室中，整个真空室放在磁极之间，磁场方向 垂直于D 形盒，两个D 形盒之间留一个窄缝，两极分别与高频电源的 两极相连。当粒子经过D 形电极之间的窄缝处的电场时，得到高频电压 的加速，在D 形盒内，由于屏蔽作用，盒内只有磁场分布，这样带电粒 子在D 形盒内沿螺线轨道运动，达到预期的速率后，用引出装置引出。
第2节磁场中的运动电荷 1.通过实验，认识运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力． 2.知道影响洛伦兹力大小和方向的因素．当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，会运用左手定则判断洛伦兹力的方向，会计算特殊情况下洛伦兹力的大小．(重点＋难点) 3.知道电子是由汤姆孙发现的．认识洛伦兹力在发现电子中的作用． 4.了解极光产生的机理，体会自然界的奥妙． 一、洛伦兹力 1．定义：磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力． 2．方向：洛伦兹力的方向用左手定则来判断：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，且处于同一平面内．让磁感线垂直穿入手心，四指指向正电荷运动的方向(若是负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向)，拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向． 3．大小 (1)当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，电荷受到的洛伦兹力的大小：F＝qvB． (2)当电荷的运动方向与磁场方向平行时，电荷不受洛伦兹力作用F＝0． 所有电荷在磁场中都受力吗？ 提示：不一定，只有运动电荷且速度与磁场方向不平行时，才受力的作用． 二、电子的发现 电子的发现与X射线和物质放射性的发现一起被称为19世纪、20世纪之交的三大发现．电子的发现为近代物理的发展奠定了重要的实验基础，同时它也突破了原子不可再分的传统思想，促使人们去探寻原子内部的奥秘． 三、极光的解释 太阳或其他星体时刻都有大量的高能粒子放出，称为宇宙射线．地球是个巨大的磁体，当宇宙射线掠过地球附近时，带电粒子受到地磁场的作用朝地球的磁极方向运动．这些粒子在运动过程中撞击大气，激发气体原子产生光辐射，这就是极光． 宇宙射线是有害的，地磁场改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，对地球上的生命起到了保护作用. 对洛伦兹力的理解和方向判断 1．决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向．当电荷一定(电性一定)时，其他两个因素中，如果只让一个因素相反，则洛伦兹力方向必定相反；如果同时让两个因素相反，则洛伦兹力方向不变． 2．当电荷运动方向与磁场方向垂直时，由左手定则可知，洛伦兹力F的方向既与磁场B的方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即力F垂直于v与B所决定的平面． 所以，已知电荷电性及v、B的方向，则F的方向唯一确定，但已知电性及B(或v)、F的方向，v(或B)的方向不能唯一确定． 命题视角1对洛伦兹力的理解 关于洛伦兹力的下列说法中正确的是() A．洛伦兹力的方向总是垂直于磁场方向但不一定垂直电荷运动的方向
目 录 一、引言 ........................................................................................ 1 二、认识等离子体 ........................................................................ 1 三、单粒子轨道运动 .................................................................... 5 3.1带电粒子在均匀电场中的运动学特性 .. (5) 3.1.10v 与E 垂直或平行时带电粒子的运动轨迹 (5) 3.1.20v 与E 成任一夹角时带电粒子的运动轨迹 (5) 3.2带电粒子在均匀磁场中的运动学特性 .......................... 6 3.2.1洛伦兹力 .. (6) 3.2.2粒子的初速度0v 垂直于B ...................................... 7 3.2.3粒子的初速度0v 与B 成任一夹角时 (8) 3.3带电粒子在均匀电磁场中的运动学特性 (10) 3.3.10v 、E 和B 两两相互垂直 (10) 3.3.20v 与E 成任一夹角，B 垂直它们构成的平面 (12) 四、小结 ...................................................................................... 16 参考文献 .. (16)
第四节磁场对运动电荷的作用力 学习目标：1.知道磁场对电流作用实质是磁场对运动电荷作用的宏观表现。 2.能根据安培力的表达式F=BIL推导洛仑兹力的表达式f=qvB，培养学生的推理能 力和知识迁移能力。并能够应用公式进行简单计算。 3.理解洛仑兹力的方向由左手定则判定，并会用左手定则熟练地判定。 重、难点：洛仑兹力产生、大小、方向、特点。 【导学过程】 ◇课前预习◇ 一、相关知识点的回顾 1．磁场对电流的作用力叫安培力，安培力的大小与哪些因素有关？写出安培力的表达式。2．安培力的方向怎样判断？左手定则的内容？安培力的方向与电流、磁场的方向有什么关系？ 3．在第二章我们曾经学过电流，电流的大小是怎样定义的？电流的流向与电荷的运动方向有怎样的关系 二、预习能掌握的内容 1．阴极射线是一束高速运动的（“质子”、“电子”）流。课文中实验发现阴极射线在磁场中发生偏转说明。我们把这个力叫。 2．通电导线受到的安培力，实际上是洛仑兹力的。 3．与安培力方向判断类似，洛仑兹力的方向判断也用。 4．在宏观图中画出安培力的方向，在微观图中画出洛仑兹力的方向。（思考：如果是电子定向移动，在微观图上怎样画电荷的速度、洛仑兹力方向）。体会左手定则判断洛仑兹力方法。 宏观微观 ◇课堂互动◇ 一、洛仑兹力的定义 【探究活动】观察实验演示阴极射线在磁场中的偏转现象。 ⅰ）不加磁场 ⅱ）射线与磁场垂直 总结：⑴叫洛仑兹力。 ⑵安培力是大量电荷所受的宏观体现。
二、洛仑兹力的大小 【探究讨论】如何定量描述洛仑兹力的大小？可以建立如下的电流物理模型，推导出洛伦兹力的计算式： 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B 的匀强磁场中 1.这段导线中电流I 的微观表达式是多少？ I= 2.这段导体所受的安培力为多大？ F= 3.这段导体中含有多少自由电荷数？ N= 4.每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？ f= 问： ①f=qvB 的适用条件如何？ ②当电荷速度V 的方向与磁感应强度B 的方向平行时，洛伦兹力f 又怎样？ ③运动电荷在磁场中一定受洛仑兹力的作用吗？为什么？（实验观察阴极射线 v ∥B 现象） 总结：①当电荷运动方向与磁场方向平行时， 。 ②当电荷运动方向与磁场方向垂直时， 。 【例1】电子的速率v =3×106 m/s ，垂直射入B =0.10 T 的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多 大？ 【例2】下列说法正确的是：（ ） A 、运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛仑兹力的作用 B 、运动电荷在某处不受洛仑兹力，则该处的磁感应强度一定为零 宏观 微观 v +q
《磁场对电流的作用》教案 教学目标 知识与能力 1．知道磁场对通电导体有作用力。 2．知道通电导体在磁场中受力的方向与电流方向和磁感应线方向有关，改变电流方向或改变磁感线方向，导体的受力方 向随着改变。 3．知道通电线圈在磁场中转动的道理。 4．知道通电导体和通电线圈在磁场中受力而运动，是消耗了电能，得到了机械能。 5．培养学生观察能力和推理、归纳、概括物理知识的能力。 过程与方法 培养学生理论联系实际的意识 感态度与价值观 通过了解物理知识如何转化成实际技术应用，进一步提高学习科学技术知识的兴趣。
教学重点、难点 重点 1磁场对通电的导体有力的作用 2通电的导体的受力方向跟磁场方向和电流方向有关 难点 左手定则的运用 （二）教具 小型直流电动机一台，学生用电源一台，大蹄形磁铁一块，干电池一节，用铝箔自制的圆筒一根（粗细、长短与铅笔差不 多），两根铝箔条（用透明胶与铝箔筒的两端相连接），支架 （吊铝箔筒用）,如课本图12—10的挂图，线圈（参见图12 —2），抄有题目的小黑板一块（也可用幻灯片代替）。 (三）教学过程 1复习相关知识并提问： 1.磁场的基本性质是它对放入其中的磁体产生（）作用， 磁体间的相互作用就是通过（）发生的。 2.将一根导线平行地放在静止的小磁针上方，当导线通电时， 发现小磁针（），说明电流周围存在（）。
2．引入新课 本章主要研究电能：第一节和第二节我们研究了获得电能的原理和方法，第三节我们研究了电能的输送，电能输送到用电单位，要使用电能，这就涉及到用电器，以前我们研究了电灯、电炉、电话等用电器，今天我们要研究另一种用电器一电动机。 出示电动机，给它通电，学生看到电动机转动，提高了学习兴趣。 提问：电动机是根据什么原理工作的呢？ 讲述：要回答这个问题，还得请同学们回忆一下奥斯特实验的发现—电流周围存在磁场，电流通过它产生的磁场对磁体施加作用力（如电流通过它的磁场使周围小磁针受力而转动）。根据物体间力的作用是相互的，电流对磁体施加力时，磁体也应该对电流有力的作用。下面我们通过实验来研究这个推断。 3．进行新课 (1)通电导体在磁场里受到力的作用 板书课题：〈第四节磁场对电流的作用〉
磁场对运动电荷的作用 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
磁场对运动电荷的作用 对点训练：对洛伦兹力的理解 1．(多选)(2017·广东六校联考)有关电荷所受电场力和磁场力的说法中，正确的是() A．电荷在磁场中一定受磁场力的作用 B．电荷在电场中一定受电场力的作用 C．电荷受电场力的方向与该处的电场方向一致 D．电荷若受磁场力，则受力方向与该处的磁场方向垂直 解析：选BD带电粒子受洛伦兹力的条件：运动电荷且速度方向与磁场方向不平行，故电荷在磁场中不一定受磁场力作用，A项错误；电场具有对放入其中的电荷有力的作用的性质，B项正确；正电荷受力方向与电场方向一致，而负电荷受力方向与电场方向相反，C项错误；磁场对运动电荷的作用力垂直磁场方向且垂直速度方向，D项正确。 2．(多选)(2017·南昌调研)空间有一磁感应强度为B的水平匀强磁场，质量为m、电荷量为q的质点以垂直于磁场方向的速度v0水平进入该磁场，在飞出磁场时高度下降了h，重力加速度为g，则下列说法正确的是() A．带电质点进入磁场时所受洛伦兹力可能向上 B．带电质点进入磁场时所受洛伦兹力一定向下 C．带电质点飞出磁场时速度的大小为v0 D．带电质点飞出磁场时速度的大小为v02＋2gh 解析：选AD因为磁场为水平方向，带电质点水平且垂直于磁场方向飞入该磁场，若磁感应强度方向为垂直纸面向里，利用左手定则，可以知
道若质点带正电，从左向右飞入瞬间洛伦兹力方向向上，若质点带负电，飞入瞬间洛伦兹力方向向下，A 对，B 错；利用动能定理mgh ＝12m v 2－12 m v 02，得v ＝v 02＋2gh ，C 错，D 对。 对点训练：带电粒子在匀强磁场中的运动 3.如图所示，匀强磁场中有一电荷量为q 的正离子，由 a 点沿半圆轨道运动，当它运动到 b 点时，突然吸收了附近 若干电子，接着沿另一半圆轨道运动到c 点，已知a 、b 、c 在同一直线上，且ac ＝12 ab ，电子的电荷量为e ，电子质量可忽略不计，则该离子吸收的电子个数为( ) 解析：选D 正离子由a 到b 的过程，轨迹半径r 1＝ ab 2，此过程有q v B ＝m v 2 r 1 ，正离子在b 点附近吸收n 个电子，因电子质量不计，所以正离子的速度不变，电荷量变为q －ne ，正离子从b 到c 的过程中，轨迹半径r 2 ＝bc 2＝34ab ，且(q －ne )v B ＝m v 2r 2，解得n ＝q 3e ，D 正确。 4．(2017·深圳二调)一个重力不计的带电粒子垂直进入匀强磁场，在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动。则下列能表示运动周期T 与半径R 之间的关系图像的是( ) 解析：选D 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，q v B ＝m v 2 R R ＝m v qB ，由圆周运动规律，T ＝2πR v ＝2πm qB ，可见粒子运动周期与半径无关，
高考物理习题精选 磁场对运动电荷的作用1 1．一圆筒处于磁感应强度大小为B 的匀强磁场中，磁场方向与筒的轴平行，筒的横截面如图所示。图中直径MN 的两端分别开有小孔，筒绕其中心轴以角速度ω顺时针转动。在该截面内，一带电粒子从小孔M 射入筒内，射入时的运动方向与MN 成30°角。当筒转过90°时，该粒子恰好从小孔N 飞出圆筒。不计重力。若粒子在筒内未与筒壁发生碰撞，则带电粒子的比荷为( ) A.ω3B B.ω2B C.ωB D.2ωB 2．平面OM 和平面ON 之间的夹角为30°，其横截面(纸面)如图所示，平面OM 上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为B ，方向垂直于纸面向外。一带电粒子的质量为m ，电荷量为q (q >0)。粒子沿纸面以大小为v 的速度从OM 的某点向左上方射入磁场，速度与OM 成30°角。已知该粒子在磁场中的运动轨迹与ON 只有一个交点，并从OM 上另一点射出磁场。不计重力。粒子离开磁场的出射点到两平面交线O 的距离为( ) A.m v 2qB B. 3m v qB C.2m v qB D.4m v qB 3．两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平行。一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子(不计重力)，从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后，粒子的( ) A ．轨道半径减小，角速度增大 B ．轨道半径减小，角速度减小 C ．轨道半径增大，角速度增大 D ．轨道半径增大，角速度减小 4．(多选)有两个匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ，Ⅰ中的磁感应强度是Ⅱ中的k 倍。两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动。与Ⅰ中运动的电子相比，Ⅱ中的电子( ) A ．运动轨迹的半径是Ⅰ中的k 倍 B ．加速度的大小是Ⅰ中的k 倍 C ．做圆周运动的周期是Ⅰ中的k 倍 D ．做圆周运动的角速度与Ⅰ中的相等 5．如图，MN 为铝质薄平板，铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场(未画出)。一带电粒子从紧贴铝板上表面的P 点垂直于铝板向上射出，从Q 点穿越铝板后到达PQ 的中点O ，已知粒子穿越铝板时，其动能损失一半，速度方向和电荷量不变，不计重力。铝板上方和下方的磁感应强度大小之比为( ) A ．2 B. 2 C ．1 D.22
人教版物理选修1-1第二章第四节磁场对运动电荷的作用同步训练D卷（考试）姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题（共15小题） (共15题；共30分) 1. （2分） (2020高二下·大庆月考) 如图所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内。第Ⅲ、Ⅳ象限内有垂直于坐标平面向外的匀强磁场，第Ⅳ象限同时存在方向平行于y轴的匀强电场（图中未画出），一带电小球从x轴上的A点由静止释放，恰好从P点垂直于y轴进入第Ⅳ象限，然后做匀速圆周运动，从Q点垂直于x轴进入第Ⅰ象限，Q点距O点的距离为d，重力加速度为g。根据以上信息，能求出的物理量有（） A . 小球做圆周运动的动能大小 B . 电场强度的大小和方向 C . 小球在第Ⅳ象限运动的时间 D . 磁感应强度大小 【考点】 2. （2分） (2017高二上·福建期末) 两个带电粒子由静止经同一电场加速后垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1：2．电量之比为1：2，则两带电粒子受洛仑兹力之比为（） A . 2：1 B . 1：1 C . 1：2 D . 1：4 【考点】
3. （2分）(2018·杭州模拟) 在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，紧贴边缘内壁放一个圆环形电极，并把它们与电池的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，例如盐水．如果把玻璃皿放在磁场中,如图所示,．通过所学的知识可知，当接通电源后从上向下看（） A . 液体将顺时针旋转 B . 液体将逆时针旋转 C . 若仅调换N、S极位置，液体旋转方向不变 D . 若仅调换电源正、负极位置，液体旋转方向不变 【考点】 4. （2分） (2020高二上·吉林期末) 带正电的甲、乙、丙三个粒子(不计重力)分别以v甲、v乙、v丙速度垂直射入电场和磁场相互垂直的复合场中，其轨迹如图所示，则下列说法正确的是（） A . v甲 年级：高复班授课时间：2015.01.14-15 授课教师：科目：物理课题磁场对运动电荷的作用 教学目标1.熟练掌握磁场对运动电荷的作用，理解洛伦兹力的特点，会计算洛伦兹力的大小，能用左手定则判断洛伦兹力的方向 2.熟练掌握带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的规律，能对实际问题进行分析和计算 教学重点与难点 1.带电粒子在匀强磁场中运动的特点 2.带电粒子在匀强磁场中运动的极值问题 教学过程一、洛伦兹力 1．洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力． 2．洛伦兹力的方向 (1)判定方法 左手定则：掌心——磁感线穿过掌心； 四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向； 拇指——指向洛伦兹力的方向． (2)方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的平面(注意：洛伦兹力不做功)．3．洛伦兹力的大小 (1)v∥B时，洛伦兹力F＝0．(θ＝0°或180°) (2)v⊥B时，洛伦兹力F＝q v B．(θ＝90°) 二、带电粒子在匀强磁场中的运动 1．若v∥B，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做匀速直线运动． 2．若v⊥B，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动． (1)向心力由洛伦兹力提供：q v B＝ R v m 2 ＝2 ω mR； (2)轨道半径公式：R＝ m v qB； (3)周期：T＝ 2πR v＝ 2πm qB；(周期T与速度v、轨道半径R无关) (4)频率：f＝ R v π2 ＝ m qB π2 ； (5)角速度：ω＝ 2π T＝m qB . 三、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆心、半径、运动时间的确定 1．圆心的确定 (1)已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心，如图1所示，P为入射点，M为出射点，O 为轨道圆心． 磁场对运动电荷的作用试题 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 磁场对运动电荷的作用练习题 1．带电荷量为＋q 的粒子在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是( ) A ．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同 B ．如果把＋q 改为－q ，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变 C ．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直 D ．粒子在只受到洛伦兹力作用下运动的动能、速度均不变 答案 B 2．如图1所示，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． 3．如图所示，半径为r 的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子(不计重力)从A 点以速度v 0垂直于磁场方向射入磁场中，并从B 点射出，若∠AOB ＝120°，则该带电粒子在磁场中运动的时间为( ) A.2πr 3v 0 B.23πr 3v 0 C.πr 3v 0 D.3πr 3v 0 答案 D 4．如图4所示，质量为m ，电荷量为＋q 的带电粒子，以不同的初速度两次从O 点垂直于磁感线和磁场边界向上射入匀强磁场，在洛伦兹力作用下分别从M 、N 两点射出磁场，测得OM ∶ON ＝3∶4，则下列说法中错误的是 ( ) A ．两次带电粒子在磁场中经历的时间之比为3∶4 B ．两次带电粒子在磁场中运动的路程长度之比为3∶4 C ．两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为3∶4 D ．两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为4∶3 答案 AD 磁场对运动电荷的作用 1．洛伦兹力的方向：用左手定则判定 （1）让磁感线穿过左手的手心，四指指向正电荷的运动方向（或负电荷运动的相反方向），则拇指指的方向就是洛伦兹力的方向。 （2）洛伦兹力的方向既垂直于磁感应强度方向，同时也垂直于电荷运动的方向。 （3）洛伦兹力永远与电荷速度方向垂直，故洛伦兹力对电荷永远不做功。 2．洛伦兹力的大小； （1）当电荷运动速度v的方向与磁感应强度B的方向垂直时，f=qvB。 （2）当电荷运动速度v的方向与孩感应强度B的方向平行时，f=0。 （3）当电荷相对磁场静止时，f＝0 （二）带电粒子的圆周运动 1．若带电粒子以一定的速度与磁场方向垂直进人匀强磁场，洛伦兹力f充当向心力，它一定做匀速圆周运动。 2．轨道半径 （l）由qvB=mv2/R(=mω2R=m(2πm/T)2R)得轨迢半径为： R=mv/qB (ω=qB/m,T=2πm/q B) （2）由运动轨迹确定轨道半径的方法；带电粒子在射入和射出匀强磁场两处所受洛伦兹力的延长线一定交于圆心，由圆心和轨迹运用几何知识来确定半径。 （3）运动周期： T=2πmR/v=2πm/qB 带电粒子的运动周期跟粒子的质荷比m/q成正比，跟兹感应强度B成反比，与粒子运动的速率和轨道半径无关。 （一）选择题 1．关于洛伦兹力的下列说法中正确的是 A洛伦兹力的方向总是垂直于磁场方向和电荷运动方向所在的平面。 B．洛伦兹力的方向总是垂直于电荷速度方向，所以它对电荷永远不做功。 C．在磁场中，静止的电荷不受洛伦兹力，运动的电荷一定受洛伦兹力。 D运动电行在某处不受洛伦兹力，则该处的磁感应强度一定为零。 2．如图7－27所示，有一磁感应强度为B，方向竖直向上的匀强磁 场，一束电子流以速度V从水平方向射入，为了使电子流经过磁场时 不发生偏转（不计重力），则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场， 这个电场的场强大小和方向是 A．B/v，竖直向上B．B/v，水平向左 C．B/v，垂直纸面向里D．Bv，垂直纸面向外 图7-27 3．一带电粒子（不计重力）以初速度v0。垂直进入匀强磁场中，则 A磁场对带电粒子的作用力是恒力B．磁场对带电粒子的作用力不做功 C．带电粒子的动能不变化 D．带电粒子的动量不发生变化 4．在长直螺线管中，通以交流电，一个电子沿螺线管的轴线方向以初速度v射入长螺线管中，电子在螺线管中的运动情况是 A．做匀速直线运动 B. 沿螺线管轴线做匀加速直线运动 C．沿螺线管轴线做往复运动D．可能沿螺线管轴线做匀减速运动 第五节磁场对运动电荷的作用力 学习目标 1、知道什么是洛伦兹力。 2、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向，理解洛伦兹力对电荷不做功。 3、掌握洛伦兹力大小的推理过程。 4、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。 5、了解电视机显像管的工作原理。 学习重点 1、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。 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。 学习难点 1、理解洛伦兹力对运动电荷不做功。 2、洛伦兹力方向的判断。 自主学习 1．运动电荷在磁场中受到的作用力，叫做。 2．洛伦兹力的方向的判断──左手定则： 让磁感线手心，四指指向的方向，或负电荷运动的，拇指所指电荷所受的方向。 3．洛伦兹力的大小:洛伦兹力公式。 4．洛伦兹力对运动电荷，不会电荷运动的速率。 5．显像管中使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的,叫做偏转线圈。为了与显像管的管颈贴在一起,偏转线圈做成。 同步导学 例1．试判断图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向. 解答：甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上；乙中正电荷所受的洛伦兹力方向向下；丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向读者；丁中正电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸里。 例2：来自宇宙的电子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些电子在进入地球周围的空间时，将 （ ） A ．竖直向下沿直线射向地面 B ．相对于预定地面向东偏转 C ．相对于预定点稍向西偏转 D ．相对于预定点稍向北偏转 解答：。地球表面地磁场方向由南向北，电子是带负电，根据左手定则可判定，电子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向西。故C 项正确 例3：如图3所示，一个带正电q 的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B ，若小带电体的质量为m ，为了使它对水平绝缘面正好无压力，应该（ ） A ．使 B 的数值增大 B ．使磁场以速率 v ＝mg qB ，向上移动 C ．使磁场以速率v ＝mg qB ，向右移动 D ．使磁场以速率v ＝mg qB ，向左移动 解答：为使小球对平面无压力，则应使它受到的洛伦兹力刚好平衡重力，磁场不动而只增大B ，静止电荷在磁场里不受洛伦兹力， A 不可能；磁场向上移动相当于电荷向下运动，受洛伦兹力向右，不可能平衡重力；磁场以V 向右移动，等同于电荷以速率v 向左运动，此时洛伦兹力向下，也不可能平衡重力。故B 、C 也不对；磁场以V 向左移动，等同于电荷以速率 v 向右运动，此时洛伦兹力向上。当 qvB ＝mg 时，带电体对绝缘水平面无压力，则v ＝mg qB ，选项 D 正确。 例4： 单摆摆长L ，摆球质量为m ，带有电荷＋q ，在垂直于纸面向里的磁感应强度为B 的匀强磁场中摆动，当其向左、向右通过最低点时，线上拉力大小是否相等？ 解答：摆球所带电荷等效于一个点电荷，它在磁场中摆动时受到重力mg ，线的拉力F 与洛伦兹力F ′，由于只有重力做功，故机械能守恒，所以摆球向左、向右通过最低点时的 图3 磁场对电荷的作用 1.初速度为v 0的电子沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电 流方向与电子初始运动方向如图所示，则( ) A.电子将向右偏转，速率不变 B.电子将向左偏转，速率改变 C.电子将向左偏转，速率不变 D.电子将向右偏转，速率改变 2.如图所示，水平绝缘面上一个带电荷量为＋q 的小带电体处 于垂直于纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B ，小带电体的质 量为m .为了使它对水平绝缘面正好无压力，应该( ) A.使B 的数值增大 B.使磁场以速率v ＝mg qB 向上移动 C.使磁场以速率v ＝mg 向右移动 D.使磁场以速率v ＝mg 向左移动 3.一m 1∶m 2＝1A.B.C.D.4.A.B.C.D.5.磁场中(中,圆环运动的速度图象可能是下图中的( ) 6.一个带电粒子沿垂直于匀强磁场的方向射入云室中.粒子的一段径迹如 图所示，径迹上的每一小段都可近似看成圆弧.由于带电粒子使沿途的气体电 离，因而粒子的能量逐渐减小(带电荷量不变).从图中情况可以确定粒子的运动 方向和带电情况分别为( ) A.粒子从a 运动到b ，带正电 B.粒子从a 运动到b ，带负电 C.粒子从b 运动到a ，带正电 D.粒子从b 运动到a ，带负电 7.如图甲所示，在屏MN 的上方有磁感应强度为B 的匀强磁场，磁场方向垂 直纸面向里，P 为屏上的一小孔，PC 与MN 垂直.一群质量为m 、带 电荷量为－q 的粒子(不计重力)以相同的速率v 从P 处沿垂直于磁 场的方向射入磁场区域，粒子的入射方向在与磁场B 垂直的平面 内，且散开在与PC 夹角为θ的范围内.求在屏MN 上被粒子打中 的区域的长度. 第2讲 磁场对运动电荷的作用 (对应学生用书第141页) 洛伦兹力的方向和大小 1.洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力． 2．洛伦兹力的方向 (1)判断方法：左手定则 ???? ? 磁感线垂直穿过掌心四指指向正电荷运动的方向拇指指向正电荷所受洛伦兹力的方向 (2)方向特点：f ⊥B ，f ⊥v .即f 垂直于B 和v 决定的平面．(注意：B 和v 不一定垂直)． 3．洛伦兹力的大小 f ＝q v B sin_θ，θ为v 与B 的夹角，如图8－2－1所示． 图8－2－1 (1)v ∥B 时，θ＝0°或180°，洛伦兹力f ＝0. (2)v ⊥B 时，θ＝90°，洛伦兹力f ＝q v B . (3)v ＝0时，洛伦兹力f ＝0. (1)判断洛伦兹力的方向一定要分清电荷的正、负. (2)应用公式f ＝q v B 计算洛伦兹力，一定要注意公式的条件. 【针对训练】 1．带电荷量为＋q 的粒子在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是( ) A ．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同 B ．如果把＋q 改为－q ，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变 C ．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直 D ．粒子在只受到洛伦兹力作用下运动的动能、速度均不变 【解析】 因为洛伦兹力的大小不但与粒子速度大小有关，而且与粒子速度的方向有关，如当粒子速度与磁场垂直时F ＝q v B ，当粒子速度与磁场平行时F ＝0.又由于洛伦兹力的方向永远与粒子的速度方向垂直，因而速度方向不同时，洛伦兹力的方向也不同，所以A 选项错．因为＋q 改为－q 且速度反向，由左手定则可知洛伦兹力方向不变，再由F ＝q v B 知 热点六 电场、磁场的性质及对带电粒子的作用 近几年高考对电场的性质，磁场对电荷的作用，带电粒子在电磁场中的运动一直是考查热点，既可单独考查带电粒子在电场中的偏转或在磁场中的偏转，也可以带电粒子在组合场或叠加场中的运动分析为考查内容，有时也以带电体的形式进行考查，近几年高考试卷中选择题出现的很多，在复习时应引起足够的重视。 考向一 电场力的性质 在光滑绝缘的水平面的A 、B 、C 三点上固定有a 、b 、c 三个带电小 球，彼此相距为L ，质量分别为m 、m 、2m ，带电荷量分别为＋q 、＋q 、－2q ，则下列说法正确的是 图1 A ．a 球受到的合力沿∠CA B 的角平分线方向 B ．b 球受到的合力与AB 垂直水平向右 C ．若只释放c 球，则c 球释放瞬间的加速度大小为3kq 2 2mL 2 D ．若同时释放a 、b 球，则此后的运动中a 、b 、c 三球距离始终相等 [解析] 本题考查力的合成与库仑定律，意在考查考生的分析综合能力。对a 受力分析，如图甲所示，受到b 对a 的库仑力F BA 与c 对a 的库仑力F CA ，F BA ＝kq 2L 2，F CA ＝2kq 2 L 2，根据力的合成可知，F BA 与F CA 的合力F A 方向水平向右，且F A ＝3kq 2 L 2，故选项A 错误；同理，对b 受力分析，如图乙所示，可知选项B 正确；对c 受力分析，如图丙所示，受到F BC 、F AC 两个力作用，F AC ＝F BC ＝2kq 2 L 2，夹角为60°，故合力F C ＝23kq 2L 2，c 球释放瞬间的加速度a c ＝3kq 2 mL 2 ，选项C 错误；释放a 、b 球后，两球将向右运动，三球距离不可能始终相等，选项D 错误。 磁场对运动电荷的作用力·典型例题解析 【例1】图16－49是表示磁场磁感强度B，负电荷运动方向v和磁场对电荷作用力f的相互关系图，这四个图中画得正确的是(B、v、f两两垂直) [ ] 解答：正确的应选A、B、C． 点拨：由左手定则可知四指指示正电荷运动的方向，当负电荷在运动时，四指指示的方向应与速度方向相反． 【例2】带电量为＋q的粒子，在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是 [ ] A．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同 B．如果把＋q改为－q，且速度反向且大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变 C．只要带电粒子在磁场中运动，它一定受到洛伦兹力作用 D．带电粒子受到洛伦兹力越小，则该磁场的磁感强度越小 解答：正确的应选B． 点拨：理解洛伦兹力的大小、方向与哪些因素有关是关键． 【例3】如果运动电荷除磁场力外不受其他任何力的作用，则带电粒子在磁场中作下列运动可能成立的是 [ ] A．作匀速直线运动 B、作匀变速直线运动 C．作变加速曲线运动 D．作匀变速曲线运动 点拨：当v∥B时，f＝0，故运动电荷不受洛伦兹力作用而作匀速直线运动．当v与B不平行时，f≠0且f与v恒垂直，即f只改变v的方向．故运动电荷作变加速曲线运动． 参考答案：AC 【例4】如图16－50所示，在两平行板间有强度为E的匀强电场，方向竖直向下，一带电量为q的负粒子(重力不计)，垂直于电场方向以速度v飞入两板间，为了使粒子沿直线飞出，应在垂直于纸面内加一个怎样方向的磁场，其 磁感应强度为多大？ 点拨：要使粒子沿直线飞出，洛伦兹力必须与电场力平衡． 参考答案：磁感应强度的方向应垂直于纸面向内，大小为E/v 跟踪反馈 1．关于带电粒子所受洛伦兹力f、磁感应强度B和粒子速度v三者方向之间的关系，下列说法正确的是 [ ] A．f、B、v三者必定均保持垂直 B．f必定垂直于B、v，但B不一定垂直于v C．B必定垂直于f、v，但f不一定垂直于v D．v必定垂直于f、B，但f不一定垂直于B 2．下列说法正确的是 [ ] A．运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力作用 B．运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感应强度一定为零 C．洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的动量 D．洛伦兹力对带电粒子不做功 3．如图16－51所示的正交电场和磁场中，有一粒子沿垂直于电场和磁场的方向飞入其中，并沿直线运动(不考虑重力作用)，则此粒子 [ ] A．一定带正电 B．一定带负电 C．可能带正电或负电，也可能不带电 D．一定不带电 4．如图16－52所示，匀强电场方向竖直向下，匀强磁场方向水平向里，有一正离子恰能沿直线从左到右水平飞越此区域，则 磁场对电流的作用教学设计 教学目标： 知识与技能知道磁场对通电导线有力的作用. 知道磁场对通电导线的作用力方向跟磁场方向和电流方向有关. 过程与方法培养学生理论联系实际的意识. 情感、态度与价值观通过了解物理知识如何转化成实际技术应用，进一步提高学习科学技术知识的兴趣。 教学重点： 通电导线在磁场中要受到力的作用。 教学过程 复习相关知识并提问： 1.磁场的基本性质是它对放入其中的磁体产生( ) 作用，磁体间的相互作用就是通过() 发生的。 2. 将一根导线平行地放在静止的小磁针上方，当导线通电时，发现小磁针( ) ，说明电流周围存在( ) 。 演示实验： 演示直流电动机通电转动 提出问题： 1. 电动机为什么会转动呢? 2. 奥斯特实验证明了什么? 通电导体周围存在磁场，并通过磁场使小磁针偏转，即电流对磁体有力的作用。 启发学生： 磁场对电流有没有力的作用呢? 实验： (1) 介绍实验装置，并连接好。渗透设计思想，明确实验研究对象是铜棒。 (2) 让学生明确实验目的，即磁场能否让通电后的铜棒运动。 (3) 实验条件逐步演示并观察实验现象，完成记录表格。 1 静止的铜棒通电后发生什么现象?原因是什么?运动受力 2 铜棒的运动方向、电流的方向和磁感线方向的角度关系? 互相垂直 3 不改变磁场方向而改变电流的方向，铜棒运动方向如何? 改变方向 4 不改变电流的方向，而改变磁场方向，铜棒运动方向怎样?改变方向 (4) 学生根据实验现象，分析得出结论。 通电导体在磁场中受到力的作用。力的方向，电流的方向和磁场线的方向互相垂直。通电导体在磁场里受力的方向跟电流的方向和磁感线的方向有关。 左手定则 伸开左手，使大拇指与四指在同一平面内并跟四指垂直，让磁感线垂直穿入手心，使四指指向电流方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受磁力的方向。 第2讲 磁场对运动电荷的作用 板块一 主干梳理·夯实基础 【知识点1】 洛伦兹力、洛伦兹力的方向 Ⅰ 洛伦兹力公式 Ⅱ1.定义：运动电荷在磁场中所受的力。 2.方向 (1)判定方法：应用左手定则，注意四指应指向正电荷运动方向或负电荷运动的反方向。 (2)方向特点：F ⊥B ，F ⊥v 。即F 垂直于B 和v 所决定的平面。(注意B 和v 可以有任意夹角)。 由于F 始终垂直于v 的方向，故洛伦兹力永不做功。 3.洛伦兹力的大小：F ＝q v B sin θ 其中θ为电荷运动方向与磁场方向之间的夹角。 (1)当电荷运动方向与磁场方向垂直时，F ＝q v B 。 (2)当电荷运动方向与磁场方向平行时，F ＝0。 (3)当电荷在磁场中静止时，F ＝0。 【知识点2】 带电粒子在匀强磁场中的运动 Ⅱ 1.若v ∥B ，带电粒子以入射速度v 做匀速直线运动。 2.若v ⊥B ，带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速度v 做匀速圆周运动。 3.基本公式 (1)向心力公式：q v B ＝m v 2r 。 (2)轨道半径公式：r ＝m v Bq 。 (3)周期公式：T ＝2πr v ＝2πm qB ；f ＝1T ＝qB 2πm ；ω＝2πT ＝2πf ＝qB m 。 (4)T 、f 和ω的特点： T 、f 和ω的大小与轨道半径r 和运行速率v 无关，只与磁场的磁感应强度B 和粒子的比荷q m 有关。比荷q m 相同的带电粒子，在同样的匀强磁场中T 、f 、ω相同。 板块二 考点细研·悟法培优 考点1 洛伦兹力的特点及应用 [对比分析] 1.洛伦兹力的特点 (1)洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面。 (2)当电荷运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向也随之变化。 (3)运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用。 (4)用左手定则判断洛伦兹力方向，注意四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向。 (5)洛伦兹力一定不做功。 2.洛伦兹力与电场力的比较磁场对运动电荷的作用
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