高中物理 第三章 磁场 3-5 运动电荷在磁场中受到的力学案 新人教版选修3-1-新人教版高二选修3-1物理学案VIP免费

第5节运动电荷在磁场中受到的力[研究学考·明确要求]知识内容运动电荷在磁场中受到的力考试要求学考c选考c基本要求1.了解洛伦兹力的概念，知道运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的条件。2．了解决定洛伦兹力方向的因素，知道洛伦兹力既与磁场方向垂直，又与速度方向垂直。3．会用左手定则判断有关物理量的方向。发展要求1.认识通电导体受到的安培力是其中运动电荷受到洛伦兹力合力的表现。2．知道洛伦兹力计算公式F＝qvB的适用条件，并会用公式解决简单问题。3．初步了解电视显像管的工作原理。说明1.不要求计算电荷运动方向与磁场方向不垂直情况下的洛伦兹力。2．不要求推导洛伦兹力公式。[基础梳理]1．洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的力。通电导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力的宏观表现。2．洛伦兹力的方向判定：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。(左手定则)3．洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁场方向都垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于v和B所决定的平面(但v和B的方向不一定垂直)。4．洛伦兹力的方向始终与带电粒子的运动方向垂直，故洛伦兹力不改变带电粒子运动速度的大小，只改变粒子运动的方向，即洛伦兹力对带电粒子不做功。[典例精析]【例1】下列关于图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向或带电粒子的带电性的判断不正确的是()A．洛伦兹力方向竖直向上B．洛伦兹力方向垂直纸面向里1C．粒子带负电D．洛伦兹力方向垂直纸面向外解析根据左手定则可知A图中洛伦兹力方向竖直向上，B图中洛伦兹力方向垂直纸面向里，C图中粒子带正电，D图中洛伦兹力方向垂直纸面向外，故A、B、D正确，C错误。答案C确定洛伦兹力的方向要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。[即学即练]1．在地球的赤道附近，宇宙射线中的一个带负电的粒子垂直于地面射向赤道，那么在地磁场的作用下，该粒子的偏转方向将是()A．向东B．向西C．向南D．向北解析地磁场在赤道处方向为由南向北，带负电的粒子速度竖直向下，根据左手定则可知洛伦兹力方向向西，则粒子向西偏转，故B对。答案B[基础梳理]1．洛伦兹力的大小(1)当电荷运动方向与磁场方向垂直时：F＝qvB；(2)当电荷运动方向与磁场方向平行时：F＝0；(3)当电荷在磁场中静止时：F＝0。2．洛伦兹力与安培力的关系(1)安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现。而洛伦兹力是安培力的微观本质。(2)洛伦兹力对电荷不做功，但安培力却可以对导体做功。[典例精析]【例2】在图1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1解析(1)因v⊥B，所以F＝qvB，方向与v垂直指向左上方。(2)由于v与B平行，所以不受洛伦兹力。(3)v与B垂直，F＝qvB，方向与v垂直指向左上方。答案(1)qvB垂直v指向左上方(2)不受洛伦兹力(3)qvB垂直v指向左上方2(1)使用左手定则，判断洛伦兹力的方向时，要首先明确带电粒子的电性，四指应指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向。(2)只有当B和v垂直时，F＝qvB才成立。【例3】一个质量m＝0.1g的小滑块，带有q＝5×10－4C的电荷量，放置在倾角α＝30°的光滑斜面上(绝缘)，斜面固定且置于B＝0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图2所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，要离开斜面(g取10m/s2)。求：图2(1)小滑块带何种电荷？(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度为多大？(3)该斜面长度至少为多长？(计算结果保留两位有效数字)解析(1)小滑块在沿斜面下滑的过程中，受重力mg、斜面支持力FN和洛伦兹力F作用，如图所示，若要使小滑块离开斜面，则洛伦兹力F应垂直斜面向上，根据左手定则可知，小滑块应带负电荷。(2)小滑块沿斜面下滑的过程中，垂直于斜面的加速度为零时，由平衡条件得F＋FN＝mgcosα，当支持力FN＝0时，小滑块脱离斜面。设此时小滑块速度...