高中物理人教版选修3-1磁场对运动电荷的作用力 学案
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磁场对运动电荷的作用力学案
学习目标:
1. 认识什么是洛仑兹力.知道磁场对电流的安培力是大量带电粒子所受洛仑兹力的宏观表现.
2. 掌握左手定则和判断洛仑兹力方向的方法.
3. 了解带电粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动,知道磁场的强弱和带电粒子的速度都能影响带电粒子的运动轨迹.
思考与练习:
1.如图3-4-1是表示磁场B、正电荷运动方向v和磁场对电荷作用力f的相互关系图，其中正确的是（B、f、v两两垂直）：（）
A B C D
图3-4-1
2.某电子在一匀强磁场中沿垂直于磁场方向运动，以下说法正确的是：（）
A. 电子的运动轨迹为一抛物线
B. 电子的运动轨迹为一圆周
C. 洛仑兹力对电子做功，将使电子的速率不断增大
D. 洛仑兹力对电子不做功
3. 有电子、质子、氘核、氚核，以同样速度射入同一匀强磁场中，它们都作匀速圆周运动，则轨道半径最大的是：（）
A. 电子
B. 质子
C. 氘核
D. 氚核
4. 在一匀强磁场中，一个带电粒子作匀速圆周运动，如果又顺利进入另一磁感强度是原来两倍的匀强磁场，则：（）
A. 粒子的速率加倍，周期减半
B. 粒子的速率不变，轨道半径减半
C. 粒子的速率减半，轨道半径变为原来的1/4
D. 粒子的速率不变，周期减半
5. 如图3-4-2，一带负电的物体从粗糙斜面顶端滑到底端似的速度为v，若加上一垂直纸面向外的磁场，则滑到底端时：（）
A. v变大
B. v变小
C. v不变
D. 无法确定·····
·····
·····
·····
图3-4-2
6. 如图3-4-3,质量为m,电量为q的带正电物体,在磁感强度为B,方向垂直于纸面向里的匀强磁场中,沿动摩擦因数为μ的水平面向左运动,则: ( )
A. 物体的速度由v减小到零,所用的时间小于mv/μ(mg+qvB) ×××××
B. 物体的速度由v减小到零,所用的时间小于mv/μ(mg+qvB) ×× v ×××
C. 若另加一个为μ(mg+qvB)/q,方向水平相左的匀强电场,物体作匀速运
动.
D. 若另加一个为μ(mg+qvB)/q,方向竖直向上的匀强电场,物体作匀速运动.×××××
图3-4-3
7. 在x轴上方(y≥0),存在着垂直于纸面向外的匀强磁场, 磁感强度为B,在原点O 有一离子源向x轴上方的各个方向发射出质量为m,电量为q的正离子,速率都为v,对那些在xy平面内运动的离子，在磁场中可能到达的最大x=________, 最大y= _________.
8. 在垂直于纸面向外的匀强磁场中, 垂直于磁场方向向上射三束粒子a、b、c 偏转轨迹如图3-4-4所示：
确定三束离子的电性.
若撤掉磁场,而加上由右向左的匀强电场E, 则粒子a、b、c的偏转情况是怎样的?试比较上述两种情况下的粒子运动轨迹有什么不同?
若上述电场和磁场同时存在,有无可能使a和c不发生偏转?若能,需满足什么条件?
· B · b···
···· c ·
a·····
·····
·····
图3-4-4
阅读材料：
回旋加速器 (cyclotron)
利用磁场使带电粒子作回旋运动，在运动中经高
频电场反复加速的装置。
1930年E.O.劳伦斯提出其
工作原理，1932年首次研制成功。
它的主要结构是
在磁极间的真空室内有两个半圆形的金属扁盒（D形
盒）隔开相对放置，D形盒上加交变电压，其间隙处
产生交变电场。
置于中心的粒子源产生带电粒子射
出来，受到电场加速，在D形盒内不受电场，仅受
磁极间磁场的洛伦兹力，在垂直磁场平面内作圆周
运动。
绕行半圈的时间为πm／qB，其中q是粒子电荷，m是粒子的质量，B是磁场的磁感应强度。
如果D形盒上所加的交变电压的频率恰好等于粒子在磁场中作圆周运动的频率，则粒子绕行半圈后正赶上D形盒上极性变号，粒子仍处于加速状态。
由于上述粒子绕行半圈的时间与粒子的速度无关，因此粒子每绕行半圈受到一次加速，绕行半径增大。
经过很多次加速，粒子沿螺旋形轨道从D形盒边缘引出，能量可达几十兆电子伏特（MeV ）。
回旋加速器的能量受制于随粒子速度增大的相对论效应，粒子的质量增大，粒子绕行周期变长，从而逐渐偏离了交变电场的加速状态。
答案
1.D
2.BD
3.D
4.BD
5.B
6.C
7. 2mv/qB 2mv/qB
8.(1)a.负电 b.中性 c.正电
(2)a.向右偏转 b.不偏转 c.向左偏转在(1)中a、c轨迹为圆周,而在（2）中为抛物线（3）有可能 v = E/B。
