磁场第6讲运动电荷在磁场中受到的力学案

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1、运动电荷在磁场中受到的力[目标定位]　1.知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向.2.掌握洛伦兹力公式的推导过程，会计算洛伦兹力的大小.3.知道电视显像管的基本构造及工作的基本原理．一、洛伦兹力1．洛伦兹力(1)定义：运动电荷在磁场中受到的力．(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宏观表现，而洛伦兹力是安培力的微观本质．2．洛伦兹力的方向(1)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平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场

2、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相反．(2)特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的平面．深度思考(1)电荷在电场中一定受电场力作用，电荷在磁场中也一定受磁场力作用吗？(2)负电荷所受洛伦兹力的方向应怎样判断？答案　(1)不一定，只有电荷在磁场中运动且速度方向与磁场方向不平行时才受洛伦兹力作用．(2)根据左手定则判断，但四指指向负电荷速度的反方向．例1　如图所示的磁感应强度B、电荷的运动速度v和磁场对电荷的作用力F的相互关系图中，画得正确的是(其中B、F、v两两垂直)(　　)解析　由于B、F、v两两垂直，根据左手

3、定则得：A、B、D选项中电荷所受的洛伦兹力都与图示F的方向相反，故A、B、D错误，C正确．答案　C14确定洛伦兹力的方向需明确运动电荷的电性，特别注意负电荷的运动方向与左手四指的指向应相反．二、洛伦兹力的大小1．公式推导：如图1所示，磁场的磁感应强度为B，设磁场中有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积内含有的自由电荷数为n.每个电荷的电荷量为q，且定向移动速率均为v.图1则导线中的电流I＝nqvS.导线在磁场中所受安培力F安＝BIL＝nqvSLB导线中自由电荷数N＝nSL每个自由电荷所受洛伦兹力F＝＝qvB2．洛伦兹力公式：(1)

4、当v⊥B时，F＝qvB.(2)当v∥B时，F＝0.(3)当v与B成θ角时，F＝qvBsin_θ.例2　在图2所示的各图中，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．图2解析　(1)因v⊥B，所以F＝qvB，方向与v垂直指向左上方．(2)v与B的夹角为30°，将v分解成垂直磁场的分量和平行磁场的分量，v⊥＝vsin30°，F＝qvBsin30°＝qvB.方向垂直纸面向里．(3)由于v与B平行，所以不受洛伦兹力．(4)v与B垂直，F＝qvB，方向与v垂直指向左上

5、方．14答案　(1)qvB　垂直v指向左上方(2)qvB　垂直纸面向里(3)不受洛伦兹力(4)qvB　垂直v指向左上方三、电视显像管的工作原理1．构造：如图3所示，电视显像管由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成．图32．原理：电视显像管应用了电子束磁偏转的原理．3．扫描：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，使得电子束打在荧光屏上的光点不断移动．深度思考(1)如果显像管内的磁场是匀强磁场，会出现什么情况？(2)要使电子束在屏上扫描，偏转磁场应该怎样变化？答案　(1)如果是匀强磁场，所有电子都将到达荧光屏上同一位置．在

6、荧光屏上显示的只有一个亮点，不会出现正常的画面．(2)一方面方向要做周期性变化；另一方面在一个周期内磁感应强度大小不断变化．例3　显像管的原理示意图如图4所示，当没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点．安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转．设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，如果要使电子束打在荧光屏上的位置由P点逐渐移动到Q点，下列磁场能够使电子束发生上述偏转的是(　　)图414解析　要使电子束打在荧光屏上的位置由P点逐渐移动到Q点，需要电子在洛伦兹力作用下向下运动，P到O过程中洛伦兹力向上，O到Q过程中洛伦兹力向下，根据左手定

7、则知，能够使电子束发生上述偏转的磁场是A.答案　A四、洛伦兹力作用下的带电体的运动例4　带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场，恰做匀速直线运动，如图5所示，若油滴质量为m，磁感应强度为B，则下述说法正确的是(　　)图5A．油滴必带正电荷，电荷量为B．油滴必带正电荷，比荷＝C．油滴必带负电荷，电荷量为D．油滴带什么电荷都可以，只要满足q＝解析　油滴水平向右做匀速直线运动，其所受的洛伦兹力必向上与重力平衡，故带正电荷，其电荷量为q＝，A正确，C、D错误；比荷＝，B错误．答案　A14(1)带电粒子在匀强磁场中无约束情况下做直线运动的两种情景：①速度

8、方向与磁场平行，不受洛伦兹力作用，可做匀速直线运动也可在其他力作用下做变速直线运动.②速度方向与磁场不平行，且洛伦兹力外的各力均为恒力，若轨迹为直线则必做匀速直线运动.带电粒子所