高中物理《3.14 磁场对运动电荷的作用力》教案 新人教版选修3-1

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1、高中物理《3.14磁场对运动电荷的作用力》教案新人教版选修3-1【基本内容】一、洛伦兹力1．定义：运动电荷在磁场中所受的力。2．大小：f=qvBsinθ。其中θ是运动的速度v与磁感应强度B的夹角。（1）θ=00时，即v‖B，f=0。（2）θ=900时，即v⊥B，f=qvB。3．方向：（1）判断：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方向，这时拇指所指的方向就是带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力方向。（2）特点：洛伦兹力同时垂直于磁

2、感应强度B与运动电荷的速度v，即洛伦兹力总是垂直由B和v决定的平面。4．特性：因洛伦兹力始终与带电粒子在磁场中的运动方向垂直，故洛伦兹力对运动电荷不做功。洛伦兹力虽不能改变运动电荷的速度大小，但可以改变运动电荷的速度方向。5．洛伦兹力与安培力：安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力对运动电荷不做功，安培力能对通电导线做功。实际上洛伦兹力起了传递能量的作用，它的一部分阻碍电荷运动做负功，另一部分构成安培力对通电导线做正功，结果是维持电流的电源提供了能量。6．洛伦兹力与电场力的比较：洛伦兹力电场力力的性质磁场

3、对在其中的运动电荷的作用力电场对在其中的电荷的作用力产生条件磁场对静止电荷、沿与磁场平行方向运动的电荷没有作用力电场对其中的静止电荷、沿任何方向运动的电荷均有作用力力的方向洛伦兹力方向由电荷的正负、磁场的方向及电荷的运动方向决定。三者方向关系遵循左手定则电场力方向由电荷的正负、电场方向决定。正电荷的受力方向与电场方向一致。力的大小f=qvB(v⊥B)F=qE做功情况一定不做功可能做正功、负功或不做功带电粒子运动情况不计粒子重力，以V0进入匀强磁场B：①V0⊥B时，做匀速圆周运动。②V0∥B平行时，做匀速

4、直线运动。③非上述两种情况时，做螺旋运动不计粒子重力，以V0进入匀强电场E：①以V0⊥E时做类平抛运动。②以V0∥E时做匀变速直线运动。③非上述两种情况时，做斜抛运动二、洛伦兹力与现代技术7．显象管：电视显像管应用了电子束磁偏转的原理。电子束打在荧光屏上的位置，可由偏转磁场控制，这个过程称为扫描。8．质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转。可由带电粒子的电荷量、运动轨道半径确定其比荷或质量。构造如图所示。（1）基本数据：加速电场电压U，速度选择器电场E、磁场B1，偏转磁场B2，粒子偏转轨道半径R。（2）基本规

5、律：加速电场速度选择器偏转磁场轨道半径粒子比荷9．回旋加速器：1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在较小的空间范围内进行多级加速。构造如图所示。利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件——两个D形盒和其间的窄缝内完成。（1）磁场的作用：带电粒子速度v0垂直匀强磁场方向进入D形盒中的匀强磁场（B），在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期与速率、半径均无关，带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间（半个周期）。（2）电场的作用：两个D

6、形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两D形盒正对截面的匀强电场（U），带电粒子经过该区域时被加速。（3）交变电压：为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高，须在窄缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压。（4）带电粒子的最终动能：当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由R=mv/qB得v=RqB/m，若D形盒的半径为R，则带电粒子的最终动能：所以，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R。10．电磁流量计：用非磁性材料制成的圆形导管直径为d

7、，其内部有匀强磁场B。当自左向右通过导电液体时，液体中的自由电荷（正、负离子）在洛伦兹力的作用下将发生横向偏转。使正负离子分别吸附在上下管壁，导致a、b间出现电势差U，而在管内形成竖直向下的电场（如图）。当自由电荷所受的F电场=F洛时：因液体的流量是Q=Sv。故可得：由此可知：能用电学量U来即时显示液体的流量Q。11．磁流体发电机：等离子气体以速度v喷入磁场（B），因正、负离子在洛伦兹力的作用下发生横向偏转而分别聚集到A、B极板上，产生电势差U。A、B与用电器连接便能提供直流电。当等离子体匀速通过A、B

8、极板时，产生最大电动势E=BLv。【典例分析】例1．质量m=0.1g的小物块，带有５×10-4Ｃ的电量，放在倾角为30°的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向如图所示。物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，开始离开斜面(设斜面足够长，g取10m/s２)，求(1)物体带何种电荷?(2)物体离开斜面时的速度为多少?(3)物体在斜面上滑行的最大距离。[解析]（1）物块由静止开始下滑后能离开斜面，则说明洛仑兹力垂直于斜