2019-2020年高中物理 3.5-3.6探究洛伦兹力 洛伦兹力与现代技术学案 粤教版选修3-1

2019-2020年高中物理 3.5-3.6探究洛伦兹力

洛伦兹力与现代技术学案 粤教版选修3-1

1．会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径、周期公式，并会用它们解答有关问题．

2．理解带电粒子的速度方向与磁感应强度的方向垂直时，粒子的运动特点与规律．

1．洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛伦兹力．

2．在阴极射线管中，从阴极发射出来的电子束称为阴极射线．

3．实验结论：

(1)当运动电荷的速度方向与磁场方向平行时，运动电荷受到的洛伦兹力为零即f＝0．

(2)当运动电荷的速度方向与磁场方向垂直时，运动电荷受到的洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，又与速度方向垂直即f＝Bqv．

4．洛伦兹力的方向：由左手定则确定——伸出左手，拇指和四指垂直且在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷运动的方向(或负电荷运动的反方向)，则大拇指指示的就是运动电荷受力的方向．

5．安培力可以看作是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现．

6．带电粒子在磁场中若只受到洛伦兹力作用时的运动规律．

(1)当v＝0或v∥B时，洛伦兹力f＝0，粒子保持原状态，即静止或匀速直线运动．

(2)洛伦兹力f对电荷不做功，在匀强磁场，当v⊥B时，粒子在磁场中只受到洛伦兹力作用，将做匀速圆周运动．

带电粒子在电场中偏转与在磁场中偏转的比较

电偏转 磁偏转 图示

运动轨迹 类平抛运动 圆周运动

运动性质 匀变速运动 变加速运动

大小 y电＝qUL22mdv20 R＝mv0qB

()R－y磁2＋L2＝R2

一、单项选择题

1．有关电荷所受电场力和洛伦兹力的说法中，正确的是(B)

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平行

解析：电荷在电场中一定受电场力作用；如果粒子速度方向与磁场线平行，则粒子不受洛伦兹力作用．但如果粒子速度方向不与磁场线平行，则一定受到洛伦兹力作用．

2．电子束以一定的初速度沿轴线进入螺线管内，螺线管中通以方向随时间而周期性变化的电流，如下图所示，则电子束在螺线管中做(A)

A．匀速直线运动 B．匀速圆周运动 C．加速减速交替的运动 D．来回振动

解析：电子速度方向与磁场线平行，则电子不受洛伦兹力作用，所以电子以原来的速度运动．

3．下图的四种情况中，对各粒子受洛伦兹力方向的描述，不正确的是(C)

A．垂直于v向上 B．垂直纸面向里

C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里

解析：根据左手定则得正确选项是C.

4．如下图所示，在示波管下方有一根水平放置的通电直电线，则示波管中的电子束将(A)

A．向上偏转 B．向下偏转

C．向纸外偏转 D．向纸内偏转

解析：电流上方的磁场方向是垂直纸面向外，电子带负电，根据左手定则得答案为A.

二、不定项选择题

5.垂直纸面的匀强磁场区域里，一离子从原点O沿纸面向x轴正方向飞出，其运动轨迹可能是下图中的(BC)

解析：由左手定则可得到B选项和C选项正确． 6．如图所示，一带负电的质点在固定的正点电荷作用下绕该正电荷做匀速圆周运动，周期为T0，轨道平面位于纸面内，质点的速度方向如图中箭头所示．现加一垂直于轨道平面的匀强磁场，已知轨道半径并不因此而改变，则(AD)

A．若磁场方向指向纸里，质点运动的周期将大于T0

B．若磁场方向指向纸里，质点运动的周期将小于T0

C．若磁场方向指向纸外，质点运动的周期将大于T0

D．若磁场方向指向纸外，质点运动的周期将小于T0

解析：当磁场方向指向纸里时，由左手定则可知电子受到背离圆心向外的洛伦兹力，向心力变小，由F＝mr4π2T2可知周期变大，A对B错．同理可知，当磁场方向指向纸外时电子受到指向圆心的洛伦兹力，向心力变大，周期变小，C错D对．

7．如图所示，一带电粒子(重力不计)在匀强磁场中沿图中所示轨迹运动，中央是一块薄绝缘板，粒子在穿过绝缘板时有动能损失，由图可知(BCD)

A．粒子的运动方向是abcde

B．粒子的运动方向是edcba

C．粒子带正电

D．粒子在下半周所用时间与上半周所用时间相等 解析：由Bqv＝mv2r可知r＝mvBq，因粒子在穿过板后速度减小，则粒子的半径减小，故说明粒子是由下向上穿过，故运动方向为edcba; 故A错误，B正确；粒子受力指向圆心，则由左手定则可知粒子应带正电，故C对；因粒子转动的周期T＝2πmBq，在转动中磁场强度及质量没有变化，故周期不变，而由图可知，粒子在上下都经过半个周期，故时间相等；故D正确；故选BCD.

8．如右图所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场中．质量为m、带电荷量为＋Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑．在滑块下滑的过程中，下列判断正确的是(ABC)

A．滑块受到的摩擦力增大

B．滑块到达地面时的动能与B的大小有关

C．滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下

D．B很大时，滑块可能静止于斜面上

解析：由左手定则知C正确．而Ff＝μFN＝μ(mgcos θ＋BQv)要随速度增加而变大，A正确．若滑块滑到斜面底端已达到匀速运动状态，应有Ff＝mgsin θ，可得v＝mgBQsin θμ－cos θ，可看到v随B的增大而减小．若滑块滑到斜面底端时还处于加速运动状态，则在B越强时，Ff越大，滑块克服阻力做功越多，到达斜面底端的速度越小，B正确．当滑块能静止于斜面上时应有mgsin θ＝μmgcos θ，即μ＝tan θ，与B的大小无关，D错误．

三、非选择题(按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位)

9．如图所示，带负电的粒子垂直磁场方向进入圆形匀强磁场区域，出磁场时速度偏离原方向60°角，已知带电粒子质量m＝3×10－20 kg，电量q＝10－13 C，速度v0＝105 m/s，磁场区域的半径R＝3×10－1 m，不计重力，求磁场的磁感应强度．

解析：画进、出磁场速度的垂线得交点O′，O′点即为粒子做圆周运动的圆心，据此作出运动轨迹AB，如图所示，此圆半径记为r.

由几何关系可得：O′AOA＝tan 60°，得：r＝3R.

带电粒子在磁场中做匀速圆周运动：f洛＝f向 ，即qBv0＝mv20R.

解得：B＝mv0qr＝3×10－20×10510－13×33×10－1 T＝33×10－1 T.

答案：33×10－1 T

10．如图所示，一电子束(电子电量为e)以水平速度v垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中(磁场方向垂直于纸面向里)穿过磁场时，电子水平位移为d，速度方向与进入磁场时的速度方向成30°角，则：

(1)电子的质量是多少？ (2)穿过磁场的时间是多少？

解析：(1)电子进入磁场中做匀速圆周运动，画出轨迹如图．

根据几何知识可知：电子轨迹的圆心角等于速度的偏向角，可知圆心角θ＝30°，且有轨迹半径r＝dsin θ＝2d，由Bev＝mv2r得m＝eBrv＝2dBev.

(2)电子运动的周期为T＝2πrv＝2π×2dv＝4πdv，

电子穿过磁场的时间是t＝θ2πT＝π62πT＝πd3v.

答案：(1)2dBev (2)πd3v

11．电子(不计重力)自静止开始经M、N板间(两板间电压为U)的电场加速后从A点垂直于磁场边界射入宽度为3L的匀强磁场中，电子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L，如图所示(已知电子的质量为m，电量为e)求：

(1)电子在加速电场中加速后获得的速度；

(2)匀强磁场的磁感应强度；

(3)电子在磁场中的运动时间．

解析：(1)电子在M、N间加速后获得的速度为v，由动能定理得：12mv2－0＝eU，解得：v＝2eUm.①

(2)电子进入磁场后做匀速圆周运动，设其半径为r，则：有Bev＝mv2r，②

电子在磁场中的轨迹如图，由几何关系得：

(r－L)2＋(3L)2＝r2 ，③

由①②③解得：B＝12L 2Ume

(3)电子在磁场的周期为T＝2πrv，

由几何关系得：∠AOP＝60°，

可得电子在磁场中的运动时间为：πL32mUe

答案：(1)2eUm

(2)12L 2Ume

(3)πL3 2mUe

2019-2020年高中物理 3.5.力学单位制教案 新人教版必修1

一、 教学目标：

1、知道什么是单位制，什么是基本单位，什么是导出单位；

2、知道力学中的三个基本单位。

二、教学重点：

1、什么是基本单位，什么是导出单位；

2、力学中的三个基本单位。

三、教学难点：

统一单位后，计算过程的正确书写。

四、教学方法：

讲练法，归纳法

五、教学步骤：

Ⅰ、导入新课

前边我们已经学过许多物理量，它们的公式各不相同，并且我们知道，有的是通过有关的公式找到它们之间的联系的：那么各个物理量的单位之间有什么区别？它们又是如何构成单位制的呢？本节课我们就来共同学习这个问题。

Ⅱ、新课教学：

（一）用投影片出示本节课的学习目标：

1、知道什么是单位制，知道力学中的三个基本单位；

2、认识单位制在物理计算中的作用。

（二）学习目标完成过程：

1、基本单位和导出单位：

（1）举例：

a：对于公式，如果位移s的单位用米，时间t的单位用秒；我们既可用公式得到v、s、t之间的数量关系，又能够确定它们单位之间的关系，即可得到速度的单位是米每秒。

b：用公式F＝ma时，当质量用千克做单位，加速度用米每二次方秒做单位，求出的力的单位就是千克米每二次方秒，也就是牛，并且我们也能得到力、质量、加速度之间的数量关系。

（2）总结推广：

物理公式在确定物理量的数量的同时，也确定了物理量的单位关系。

（3）基本单位和导出单位：

a：在物理学中，我们选定几个物理量的单位作为基本单位；

b：据物理公式中这个物理量和其他物理量之间的关系，推导出其他物理量的单位，叫导出单位；

c：举例说明：

1）我们选定位移的单位米，时间的单位秒，就可以利用推导得到速度的单位米每秒。

2）再结合公式，就可以推导出加速度的单位：米每二次方秒。

3）如果再选定质量的单位千克，利用公式F＝ma就可以推导出力的单位是