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江安中学高二物理活动单 磁场第5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.3知道洛伦兹力大小的推理过程.4掌握洛伦兹力大小的计算.【活动过程】活动一:复习磁场对通电导线的作用1安培力的方向 左手定则 2安培力的大小磁感应强度的方向与通电导线平行时: 磁感应强度的方向与通电导线垂直时: 磁感应强度的方向与通电导线夹角为时,大小 方向仍可用 定则判定。对公式FBIL的理解只适用匀强磁场不仅与B、I、L有关,还与放置方式有关L是有效长度,不一定是导线实际长度例1:将长度为20cm、通有O.1A电流的直导线放入一匀强磁场中,电流与磁场的方向如图所示.已知磁感应强度为1T,试求下列各图中导线所受安培力的大小并在图中标明方向.(1)FA=_N.(2)FB=_N.(3)FC=_N.(4)FD=_N.活动二:洛仑兹力的大小和方向【知识梳理】:1洛伦兹力的方向:(1)判断方法:用左手定则判定。注意:四指代表电流方向,即正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向. (2)方向特点:FB, Fv,即F垂直 决定的平面.(注意B和v可以有任意夹角)例2. 试判断下列各图带电粒子所受洛仑兹力的方向、或带电粒子的电性、或粒子运动方向:2洛仑兹力的大小(1) vB时,洛仑兹力f= (2) vB时,洛仑兹力f= (3) v=0时,洛仑兹力f= 例3.如下图所示,粒子所带电量都为q,都以相同的速率射入磁感强度为B的匀强磁场中,则各图所受的洛仑兹力的大小。 。即时训练:例4:一段粗细均匀的导体长为L,横截面积为S,如图所示,导体单位体积内的自由电子数为n,电子电荷量为e,通电后,电子定向运动的速度大小为v (1)请用n、e、S、v表示流过导体的电流大小I(2)若再在垂直导体的方向上加一个空间足够大的匀强磁场,磁感应强度大小为B,试根据导体所受安培力F=BIL推导出导体中某一自由电子所受的洛伦兹力大小的表达式活动三:带电粒子在匀强磁场中的运动【知识梳理】:1. vB时,带电粒子不受洛仑兹力,在匀强磁场中做 运动2. vB时,带电粒子仅受洛仑兹力作用,在垂直于磁感应线的平面内以入射速度v做 运动注:由于洛伦兹力f始终与速度v垂直,因此f只改变速度方向而不改变速度大小(即洛伦兹力不做功)。当运动电荷垂直磁场方向进入磁场时仅受洛伦兹力作用,因此一定做匀速圆周运动。(1)向心力由洛仑兹力提供:qvB= (2)轨道半径公式:R= (3)周期 (与速度,轨道半径无关)(4)频率f= (5)角速度w= = 例5.如图所示,在垂直于纸面向内的匀强磁场中,垂直于磁场方向发射出两个电子1和2,其速度分别为v1和v2如果v22v1,则1和2的轨道半径之比r1:r2及周期之比T1:T2分别为 Ar1:r21:2,T1:T21:2Br1:r21:2,T1:T21:1Cr1:r22:1,T1:T21:1Dr1:r21:1,T1:T22:1例6.在匀强磁场中,一个带电粒子作匀速圆周运动,如果又顺利垂直进入另一磁感强度是原来磁感强度2倍的匀强磁场中,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。例7速率相同的电子垂直磁场方向进入四个不同的磁场,其轨迹如图所示,则磁场最强的是()【巩固练习】:1有关洛仑兹力和安培力的描述,正确的是()A通电直导线在匀强磁场中一定受到安掊力的作用B安培力是大量运动电荷所受洛仑兹力的宏观表现C带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛仑兹力做正功D通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行2带电粒子垂直匀强磁场方向运动时,会受到洛伦兹力的作用下列表述正确的是()A洛伦兹力对带电粒子做功B洛伦兹力不改变带电粒子的动能C洛伦兹力的大小与速度无关D洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向3下列说法中正确的是()A电荷在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某运动电荷在某处未受到洛伦兹力,该处的磁感应强度一定为零D洛伦兹力可以改变运动电荷的运动方向4一个运动电荷通过某一空间时,没有发生偏转,那么这个空间是否存在电场或磁场,下列说法正确的是: A.一定不存在电场 B.一定不存在磁场 C.一定存在磁场 D.可能既存在磁场,又存在电场5在阴极射线管的正上方平行放置通以强电流的一根长直导线,其电流方向如图所示则阴极射线将:()A向上偏斜 B向下偏斜 C向纸里偏斜 D向纸外偏斜6来自宇宙的质子流,以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点,则这些质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相对于预定地点,稍向东偏转C相对于预定地点,稍向西偏转D相对于预定地点,稍向北偏转Z7如图所示,曲线AB为空间中一个电子的运动轨迹,那么该空间中A可能存在沿x轴正方向的电场B可能存在沿y轴正方向的电场C可能存在沿Z轴正方向的磁场D可能存在沿Z轴负方向的磁场8如图,MN是匀强磁场中的一块薄金属板,带电粒子(不计重力)在匀强磁场中运动并穿过金属板,虚线表示其运动轨迹,由图知:MNabcdeA粒子带负电 B粒子运动方向是abcdeC粒子运动方向是edcbaD粒子在上半周所用时间比下半周所用时间长第6节 带电粒子在磁场中的运动活动一:完成下列各题,归纳出解决“带电粒子在磁场中运动”的一般方法例1如图所示,一束电子(电量为e)以速度v垂直射入磁感强度为B,宽度为d的匀强磁场中,穿越磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角30,则:(1)电子的质量是多少?(2)穿透磁场的时间是多大?例2如图所示,abcd是一个边长为L的正方形区域,内有磁感强度为B的匀强磁场,方向垂直纸面向里,在AB边的中点垂直ab方向射入电量为q,质量为m的粒子(不计重力),为使带电粒子只从ad边射出,则粒子入射的速度大小不可以是( )A B; C D【归纳小结】1.圆心的确定: 2.半径的确定: 3.角度的关系: 4.运动时间的确定: 即时训练:1如图,在的空间中有恒定的匀强磁场,磁感强度的方向垂直于oxy平面向里,大小为B。现有一质量为m电量为q的带电粒子,在x轴上到原点的距离为的P点,以平行于y轴的初速度射入此磁场,在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场。不计重力的影响。由这些条件可知( )A不能确定粒子通过y轴时的位置B不能确定粒子速度的大小C不能确定粒子在磁场中运动所经历的时间D以上三个判断都不对 2一个带电粒子,沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场,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空气电离,粒子的能量逐渐减小(带电量不变)从图中情况可以确定( )A粒子从a到b,带正电 B粒子从b到a,带正电C粒子从a到b,带负电 D粒子从b到a,带负电 3长为L的水平极板间,有垂直纸面向内的匀强磁场,如图所示,磁感强度为B,板间距离也为L,板不带电,现有质量为m,电量为q的带正电粒子(不计重力),从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场,欲使粒子不打在极板上,可采用的办法是( )A使粒子的速度v5BqL/4m;C使粒子的速度vBqL/m;D使粒子速度BqL/4mv5BqL/4m。4. 如图,在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上,有两个质量和电量均相同的正、负离子(不计重力),从O点以相同的速度先后射人磁场中,入射方向与边界成角,则正、负离子在磁场中( )A运动时间相同B运动轨迹的半径相同C重新回到边界时速度的大小和方向相同D重新回到边界的位置与O点的距离相等5如图所示,在圆形区域里,有匀强磁场,方向如图所示。有一束速率各不相同的质子自A点沿半径方向射入磁场,这些质子在磁场中A运动时间越长的,其轨迹所对应的圆心角越大 B运动时间越长的,其轨迹越长 C运动时间越短的射出磁场时,速率越小D运动时间越短时,射出磁场时,速度方向偏转越小 6如图所示,正方形容器处在匀强磁场中,一束电子从孔a垂直于磁场沿ab射入容器中,其中一部分从孔C中射出,一部分从d孔中射出,容器处在真空中,则:(1)从两孔中射出的电子速率之比为多少?(2)从两孔射出的电子在容器中运动所用的时间之比为tC:td为多大?磁场第 1 页(共 6 页)
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