人教版高中物理選擇性必修第二冊(cè)第一章安培力與洛倫茲力

第一章安培力與洛倫茲力1.1磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力人教版高中物理選擇性必修第二冊(cè)目錄CONTENTS1

學(xué)習(xí)目標(biāo)2

新課導(dǎo)入3

新課講解4

當(dāng)堂小練1.認(rèn)識(shí)安培力.2.會(huì)判斷安培力的方向.

（重點(diǎn)）3.會(huì)計(jì)算安培力的大小.

（重點(diǎn)）4.知道磁電式電流表的工作原理.學(xué)習(xí)目標(biāo)新課導(dǎo)入問題：為什么“心”會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)？其中會(huì)有怎么樣的規(guī)律呢？安培在研究磁場(chǎng)與電流的相互作用方面作出了杰出的貢獻(xiàn)，為了紀(jì)念他，人們把通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的力稱為安培力（Ampèreforce），把電流的單位定為安培。新課講解1、上下交換磁極的位置以改變磁場(chǎng)的方向，觀察導(dǎo)體棒受力方向是否改變。組裝好器材，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察導(dǎo)體棒受力方向。2、改變導(dǎo)體棒中電流的方向，觀察受力方向是否改變。實(shí)驗(yàn)探究：眾多實(shí)驗(yàn)表明：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向與電流方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直。試畫出下述兩實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正視圖：BBIFIF當(dāng)堂小練一、安培力的方向---左手定則I安培力的方向既與磁場(chǎng)垂直、又與導(dǎo)線方向垂直即“垂直于磁場(chǎng)方向與導(dǎo)線方向所在的平面”x(B)y(F)oBFz(I)新課講解FFFIBIBIBIBF畫出安培力的方向當(dāng)堂小練FBIBIFααBBIFα30°FFIIBB畫出安培力的方向IBF問題：如圖所示，兩條平行的通電直導(dǎo)線之間會(huì)通過磁場(chǎng)發(fā)生相互作用請(qǐng)使用剛學(xué)過的知識(shí)解釋本實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同向電流相互吸引。反向電流相互排斥。結(jié)論:FFF同向電流F反向電流新課講解1、在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直的情況下，導(dǎo)線所受安培力F等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I和導(dǎo)線的長(zhǎng)度L三者的乘積。問題:如果既不平行也不垂直呢？（1）垂直時(shí)：（2）平行時(shí)：BθI二、安培力的大小IB把磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為兩個(gè)分量：一個(gè)分量與導(dǎo)線垂直B┴=Bsinθ另一分量與導(dǎo)線平行B//=Bcosθ平行于導(dǎo)線的分量B//不對(duì)通電導(dǎo)線產(chǎn)生作用力，通電導(dǎo)線所受作用力僅由B┴決定即F=ILB┴F=ILBsinθθB//B┴將B┴=Bsinθ代入得（3）通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向不垂直的情況:2、對(duì)公式F=BIL的理解（1）僅適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)F一定與B垂直，F(xiàn)一定與I垂直。但B與I不一定垂直。（2）F不僅與B、I、L有關(guān)，還與放置方式有關(guān)。（3）L指的是“有效長(zhǎng)度”，等于連接兩端點(diǎn)直線的長(zhǎng)度。相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端。LF=BILLLL1、試指出下述各圖中的安培力的大小。當(dāng)堂小練2、將一段長(zhǎng)度為20cm的直導(dǎo)線放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，通電電流為1A，受到安培力大小為2N，則該磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度（

）A、B＝10TB、B≥10TC、B≤10TD、不能確定B安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的判斷方法1.電流元法即把整段電流等效為多段直線電流元，運(yùn)用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力的方向.2.特殊位置法把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個(gè)便于分析的特殊位置后再判斷所受安培力方向，從而確定運(yùn)動(dòng)方向.3.等效法環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵.條形磁鐵也可以等效成環(huán)形電流或通電螺線管.通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來分析.新課講解4.利用結(jié)論法(1)兩電流相互平行時(shí)無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥；(2)兩電流不平行時(shí)，有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且電流方向相同的趨勢(shì).5.轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法因?yàn)殡娏髦g、電流與磁體之間的相互作用滿足牛頓第三定律，定性分析磁體在電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)中的受力和運(yùn)動(dòng)時(shí)，可先分析電流在磁體的磁場(chǎng)中受到的安培力，然后由牛頓第三定律，再確定磁體所受電流的作用力.1、兩條導(dǎo)線互相垂直，但相隔一小段距離，其中ab固定，cd可以自由活動(dòng)，當(dāng)通以如圖所示電流后，cd導(dǎo)線將（）A.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近abB.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開abC.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開abD.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近ababcdD當(dāng)堂小練2、如圖所示，把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線AB水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線可以在空間自由運(yùn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線通以圖示方向電流I時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是(從上往下看)（

）A.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降B.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升C.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降D.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升解析：如圖所示，將導(dǎo)線AB分成左、中、右三部分.中間一段開始時(shí)電流方向與磁場(chǎng)方向一致，不受力；左端一段所在處的磁場(chǎng)方向斜向上，根據(jù)左手定則其受力方向向外；右端一段所在處的磁場(chǎng)方向斜向下，受力方向向里.當(dāng)轉(zhuǎn)過一定角度時(shí)，中間一段電流不再與磁場(chǎng)方向平行，由左手定則可知其受力方向向下，所以從上往下看導(dǎo)線將一邊逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，一邊向下運(yùn)動(dòng)，C選項(xiàng)正確.3、如圖所示，蹄形磁體用懸線懸于O點(diǎn)，在磁鐵的正下方有一水平放置的長(zhǎng)直導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中通以由左向右的電流時(shí)，蹄形磁鐵的運(yùn)動(dòng)情況將是()A．靜止不動(dòng)B．向紙外平動(dòng)C．N極向紙外，S極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)D．N極向紙內(nèi)，S極向紙外轉(zhuǎn)動(dòng)C4、兩個(gè)相同的輕質(zhì)鋁環(huán)能在一個(gè)光滑的絕緣圓柱體上自由移動(dòng)，設(shè)大小不同的電流按如圖所示的方向通入兩鋁環(huán)，則兩環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是（

）A.都繞圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)B.彼此相向運(yùn)動(dòng)，且具有大小相等的加速度C.彼此相向運(yùn)動(dòng)，電流大的加速度大D.彼此背向運(yùn)動(dòng)，電流大的加速度大解析

同向環(huán)形電流間相互吸引，雖然兩電流大小不等，但根據(jù)牛頓第三定律知兩鋁環(huán)間的相互作用力必大小相等，選項(xiàng)B正確.B5、一直導(dǎo)線平行于通電螺線管的軸線放置在螺線管的上方，如圖所示，如果直導(dǎo)線可以自由地運(yùn)動(dòng)且通以方向?yàn)橛蒩到b的電流，則導(dǎo)線ab受到安培力的作用后的運(yùn)動(dòng)情況為（

）A.從上向下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并靠近螺線管B.從上向下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并遠(yuǎn)離螺線管C.從上向下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并遠(yuǎn)離螺線管D.從上向下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并靠近螺線管D解析：先由安培定則判斷通電螺線管的南、北兩極，找出導(dǎo)線左、右兩端磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，并用左手定則判斷這兩端受到的安培力的方向，如圖甲所示.可以判斷導(dǎo)線受到磁場(chǎng)力作用后從上向下看按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，再分析導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°時(shí)導(dǎo)線位置的磁場(chǎng)方向，再次用左手定則判斷導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力的方向，如圖乙所示，可知導(dǎo)線還要靠近螺線管，所以D正確，A、B、C錯(cuò)誤.安培力作用下導(dǎo)體的平衡1.解題步驟(1)明確研究對(duì)象；(2)先把立體圖改畫成平面圖，并將題中的角度、電流的方向、磁場(chǎng)的方向標(biāo)注在圖上；(3)正確受力分析(包括安培力)，然后根據(jù)平衡條件：F合＝0列方程求解.2.分析求解安培力時(shí)需要注意的問題(1)首先畫出通電導(dǎo)體所在處的磁感線的方向，再根據(jù)左手定則判斷安培力方向；(2)安培力大小與導(dǎo)體放置的角度有關(guān)，但一般情況下只要求導(dǎo)體與磁場(chǎng)垂直的情況，其中L為導(dǎo)體垂直于磁場(chǎng)方向的長(zhǎng)度，為有效長(zhǎng)度.新課講解1、如圖所示，在傾角為θ＝30°的斜面上，固定一寬L＝0.25m的平行金屬導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上端接入電源和滑動(dòng)變阻器R.電源電動(dòng)勢(shì)E＝12V，內(nèi)阻r＝1Ω，一質(zhì)量m＝20g的金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并接觸良好.整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.80T、垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(導(dǎo)軌與金屬棒的電阻不計(jì)).金屬導(dǎo)軌是光滑的，取g＝10m/s2，要保持金屬棒在導(dǎo)軌上靜止，求：(1)金屬棒所受到的安培力的大?。淮鸢?/p>

0.1N課堂小練解析：金屬棒靜止在金屬導(dǎo)軌上受力平衡，如圖所示F安＝mgsin30°，代入數(shù)據(jù)得F安＝0.1N.(2)通過金屬棒的電流的大?。淮鸢?/p>

0.5A(3)滑動(dòng)變阻器R接入電路中的阻值.答案

23Ω解析設(shè)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為R0，根據(jù)閉合電路歐姆定律得：E＝I(R0＋r)，2、如圖所示，金屬棒MN兩端由等長(zhǎng)的輕質(zhì)絕緣細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬棒中通以由M向N的電流，平衡時(shí)兩懸線與豎直方向夾角均為θ.如果僅改變下列某一個(gè)條件，θ角的相應(yīng)變化情況是（

）A.金屬棒中的電流變大，θ角變大B.兩懸線等長(zhǎng)變短，θ角變小C.金屬棒質(zhì)量變大，θ角變大D.磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，θ角變小A解析：選金屬棒MN為研究對(duì)象，其受力情況如圖所示.所以當(dāng)金屬棒中的電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B變大時(shí)，θ角變大，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；當(dāng)金屬棒質(zhì)量m變大時(shí)，θ角變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；θ角的大小與懸線長(zhǎng)短無關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤.3、如圖所示，條形磁鐵平放于水平桌面上，在它的正中央上方固定一根直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直，現(xiàn)給導(dǎo)線中通以垂直于紙面向外的電流，則下列說法正確的是（

）A.磁鐵對(duì)桌面的壓力減小B.磁鐵對(duì)桌面的壓力增大C.磁鐵對(duì)桌面的壓力不變D.以上說法都不對(duì)A4、如圖所示，用兩根絕緣細(xì)線將質(zhì)量為m、長(zhǎng)為l的金屬棒ab懸掛在c、d兩處，置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi).當(dāng)棒中通以從a到b的電流I后，兩懸線偏離豎直方向θ角而處于平衡狀態(tài).為了使棒平衡在該位置上，所需的磁場(chǎng)的最小磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、方向?yàn)椋?/p>

）D解析：要求所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，應(yīng)使棒平衡時(shí)所受的安培力有最小值.由于棒的重力恒定，懸線拉力的方向不變，由畫出的力的三角形可知，安培力與拉力方向垂直時(shí)有最小值Fmin＝mgsinθ，即IlBmin＝mgsinθ，1、磁電式電流表的構(gòu)造：刻度盤、指針、蹄形磁鐵、極靴（軟鐵制成）、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯（軟鐵制成）。鐵芯、線圈和指針是一個(gè)整體可以轉(zhuǎn)動(dòng)。.三、磁電式電流表新課講解2、電流表的特點(diǎn)（1）靈敏度高，可以測(cè)量很弱的電流，但是繞制線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很??；（2）電流和安培力成正比，所以電流表的刻度是均勻的；（3）電流方向改變，安培力方向也改變，線圈朝相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。1、如圖所示是磁電式儀表中的輻向磁場(chǎng)。假設(shè)長(zhǎng)方形線圈的匝數(shù)為n，垂直于紙面的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)1，平行于紙面的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2，線圈垂直于紙面的邊所在處磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。當(dāng)通入電流I，線圈以角速度ω繞垂直紙面的中心軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置時(shí)，下列判斷正確的是(

)A．穿過線圈的磁通量為BL1L2B．線圈左側(cè)邊所受的安培力方向豎直向上C．線圈左側(cè)邊所受的安培力大小為nBIL1CD．線圈左側(cè)邊轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度課堂小練2、(多選)以下說法正確的是(

)A.指針穩(wěn)定后,線圈受到螺旋彈簧的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的B.通電線圈中的電流越大,電流表指針偏轉(zhuǎn)角度也越大C.在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi),各處的磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)磁場(chǎng)D.在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi),線圈所受安培力與電流有關(guān),而與所處位置無關(guān)ABD第一章安培力與洛倫茲力1.2磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力目錄CONTENTS1

學(xué)習(xí)目標(biāo)2

新課導(dǎo)入3

新課講解4

當(dāng)堂小練1.會(huì)判斷洛倫茲力的方向.（重點(diǎn)）2.會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小.

（重點(diǎn)）3.了解顯像管的基本構(gòu)造及工作的基本原理.學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)電荷會(huì)受磁場(chǎng)力的作用嗎？IFA電流是如何形成的？++++++v新課導(dǎo)入陰極射線管接高壓電源時(shí)，陰極會(huì)發(fā)射電子電子通過狹縫后形成一個(gè)扁平的電子束電子束掠射到熒光板上，顯示出電子束的徑跡新課講解陰極射線管中的電子束在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用安培力洛倫茲力磁場(chǎng)對(duì)電流的作用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用因果微觀解釋宏觀表現(xiàn)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)洛倫茲力是安培力的微觀解釋2、安培力與洛倫茲力的關(guān)系：一、洛倫茲力的方向1、定義：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力左手定則：負(fù)電荷受力方向與正電荷受力方向相反2、方向：手掌垂直磁感線四指正電荷運(yùn)動(dòng)方向拇指正電荷受力方向vFvF3、特點(diǎn)：（1）F⊥B，F(xiàn)⊥v，F(xiàn)垂直于B、v共同確定的平面，但B與v不一定垂直．（2）洛倫茲力只改變速度的方向，不改變速度的大小，洛侖茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功試判斷下列圖中各帶電粒子所受洛倫茲力的方向、或帶電粒子的電性、或帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向。vF洛F洛B垂直于紙面向里運(yùn)動(dòng)BvBvF洛B+vBvB洛侖茲力垂直于紙面向外-F洛=0F洛=0課堂小練安培力洛倫茲力IFA

vF洛F洛F洛F洛F洛F洛宏觀微觀FA=N·F洛二、洛倫茲力的大小安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn):大量運(yùn)動(dòng)電荷受力洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì):一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷受力探究洛倫茲力大小的表達(dá)式：

設(shè)有一段長(zhǎng)為L(zhǎng)，橫截面積為S的直導(dǎo)線，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q，自由電荷定向移動(dòng)的速率為v。這段通電導(dǎo)線垂直磁場(chǎng)方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，求（1）電流強(qiáng)度I。（2）通電導(dǎo)線所受的安培力。（3）這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電荷數(shù)。（4）每個(gè)電荷所受的洛倫茲力。F洛

=qvB導(dǎo)線中的電流I=nqsv所受到的安培力FA=BIL=BnqsvL運(yùn)動(dòng)電荷的總數(shù)N=nsL單個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷所受到的作用力

即V問題：若此電子不垂直射入磁場(chǎng)，電子受到的洛倫茲力又如何呢？B1B2總結(jié)（1）當(dāng)v//B時(shí)：（2）當(dāng)

v⊥B時(shí)：F洛=qvBF洛=0（3）當(dāng)v既不∥B，又不⊥于B時(shí)：（分解B或v）F洛=qvBsinθ洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較項(xiàng)目洛倫茲力電場(chǎng)力性質(zhì)磁場(chǎng)對(duì)在其中運(yùn)動(dòng)的電荷的作用力電場(chǎng)對(duì)放入其中電荷的作用力產(chǎn)生條件v≠0且v不與B平行電場(chǎng)中無論電荷處于何種狀態(tài)F≠0大小F＝qvB(v⊥B)F＝qE方向滿足左手定則，F(xiàn)⊥B，F(xiàn)⊥v正電荷受力方向與電場(chǎng)方向相同，負(fù)電荷受力方向與電場(chǎng)方向相反做功情況任何情況下都不做功可能做正功、負(fù)功，也可能不做功作用效果只改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度方向，不改變速度大小既可以改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度大小，也可以改變電荷運(yùn)動(dòng)的方向三、電子束的磁偏轉(zhuǎn)洛倫茲力的方向與粒子的運(yùn)動(dòng)速度方向垂直，當(dāng)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，因受到洛倫茲力的作用，就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。顯像管電視機(jī)中就應(yīng)用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理1、電視顯像管的工作原理2、主要構(gòu)造:電子槍（陰極）、偏轉(zhuǎn)線圈、熒光屏等3、思考與討論：（1）若要使電子束在水平方向偏離中心，打在熒光屏上的Ａ點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向？（2）若要使電子束打在Ｂ點(diǎn)，磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向？（3）若要使電子束打在熒光屏上的位置由Ｂ逐漸向Ａ點(diǎn)移動(dòng)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該怎樣變化？垂直紙面向外

垂直紙面向里先垂直紙面向里并逐漸減小，然后垂直紙面向外并逐漸增大。地球周圍空間有地磁場(chǎng)，兩極強(qiáng)，中間弱從太陽或其他星體上，時(shí)刻都有大量的高能粒子流放出，稱為宇宙射線地磁場(chǎng)能改變宇宙射線中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)宇宙射線起了一定的阻擋作用生活實(shí)例：極光1、速度選擇器(1)如圖所示，帶電粒子所受重力可忽略不計(jì)，粒子在兩板間同時(shí)受到電場(chǎng)力和洛倫茲力，只有當(dāng)二力平衡時(shí)，粒子才不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，沿直線從兩板間穿過．(2)粒子受力特點(diǎn)：①不計(jì)重力．②同時(shí)受方向相反的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力作用．幾種常見的復(fù)合場(chǎng)問題(3)粒子勻速通過速度選擇器的條件：速度選擇器兩極板間距離極小，粒子稍有偏轉(zhuǎn)，即打到極板上．只有電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí)，即qE＝qvB，

時(shí)，粒子才能沿直線勻速通過．(4)速度選擇器的特點(diǎn)：①速度選擇器對(duì)正、負(fù)電荷均適用．②速度選擇器中的E、B的大小和方向都具有確定的關(guān)系，改變其中任意一項(xiàng)，所選速度都會(huì)發(fā)生變化．③通過速度選擇器的粒子的速度大小和方向都是確定的，如果圖中粒子從右側(cè)進(jìn)入會(huì)受到相同方向的電場(chǎng)力和洛倫茲力而打到板上．所以速度選擇器選擇的是速度而不是速率．④從功的角度看，由于帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與電場(chǎng)力及磁場(chǎng)力方向垂直，故電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力都對(duì)運(yùn)動(dòng)粒子不做功．1.(多選)不計(jì)重力的負(fù)粒子能夠在如圖所示的正交勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速直線穿過．設(shè)產(chǎn)生勻強(qiáng)電場(chǎng)的兩極板間電壓為U，距離為d，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，粒子帶電荷量為q，進(jìn)入速度為v，以下說法正確的是(

)A．若同時(shí)增大U和B，其他條件不變，則粒子一定能夠沿直線穿過B．若同時(shí)減小d和增大v，其他條件不變，則粒子可能沿直線穿過C．若粒子向下偏，且能夠飛出極板間，則粒子動(dòng)能一定減小D．若粒子向下偏，且能夠飛出極板間，則粒子的動(dòng)能有可能不變BC課堂小練2、目前,世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī),如圖所示表示了它的發(fā)電原理:將一束等離子體噴射入磁場(chǎng),磁場(chǎng)中有兩塊金屬板A、B,這時(shí)金屬板上就會(huì)聚集電荷,產(chǎn)生電壓。如果射入的等離子體的初速度為v,兩金屬板的板長(zhǎng)(沿初速度方向)為L(zhǎng),板間距離為d,金屬板的正對(duì)面積為S,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于離子初速度方向,負(fù)載電阻為R,電離氣體充滿兩板間的空間,當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí),電流表的示數(shù)為I,那么板間電離的氣體電阻率為（

）A解析：發(fā)電機(jī)穩(wěn)定工作時(shí),離子所受電場(chǎng)力等于洛倫茲力

得:U=Bdv,又,R1為板間電離氣體的電阻,且

,聯(lián)立得到電阻率ρ的表達(dá)式為：

。故正確答案為A。1、如圖所示，一個(gè)帶負(fù)電q的帶電小球處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，若帶電小球的質(zhì)量為m，為了使它對(duì)水平絕緣面正好無壓力，應(yīng)該(

)C隨堂練習(xí)A．使B的數(shù)值增大B．使磁場(chǎng)以速率

向上移動(dòng)C．使磁場(chǎng)以速率

向右移動(dòng)D．使磁場(chǎng)以速率

向左移動(dòng)2、質(zhì)量為0.1g的小物塊，帶有5×10－4C的電荷量，放在傾角為30°的絕緣光滑斜面上，整個(gè)斜面置于0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向如圖所示，物塊由靜止開始下滑，滑到某一位置時(shí)，物塊開始離開斜面(設(shè)斜面足夠長(zhǎng)，g取10m/s2)問：(1)物塊帶電性質(zhì)如何？(2)物塊離開斜面時(shí)的速度為多少？(3)物塊在斜面上滑行的最大距離是多少？3、(多選)如圖所示，光滑絕緣桿固定在水平位置上，使其兩端分別帶上等量同種正電荷Q1、Q2，桿上套著一帶正電小球，整個(gè)裝置處在一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，將靠近右端的小球從靜止開始釋放，在小球從右到左的運(yùn)動(dòng)過程中，下列說法中正確的是(

)A．小球受到的洛倫茲力大小變化，但方向不變B．小球受到的洛倫茲力將不斷增大C．小球的加速度先減小后增大D．小球的電勢(shì)能一直減小AC4、如圖所示，帶電小球以一定的初速度v0豎直向上拋出，能夠達(dá)到的最大高度為h1；若加上水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且保持初速度仍為v0，小球上升的最大高度為h2；若加上水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，且保持初速度仍為v0，小球上升的最大高度為h3；若加上豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，且保持初速度仍為v0，小球上升的最大高度為h4，如圖所示。不計(jì)空氣阻力，則下列說法正確的是(

)A．一定有h1＝h3 B．一定有h1＜h4C．一定有h2＝h4 D．一定有h1＝h2A第一章安培力與洛倫茲力1.3帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)目錄CONTENTS1

學(xué)習(xí)目標(biāo)2

新課講解3

當(dāng)堂小練1.知道帶電粒子在磁場(chǎng)中做什么運(yùn)動(dòng).2.能推導(dǎo)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式.

（重點(diǎn)）學(xué)習(xí)目標(biāo)討論：若帶電粒子（不計(jì)重力）以沿著與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)，粒子將如何運(yùn)動(dòng)？+vB一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)新課講解2、洛倫茲力的方向總是與速度方向垂直，洛倫茲力只會(huì)改變粒子速度的方向，不會(huì)改變其大小。1、由于是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，洛倫茲力大小保持不變+vBF=qvB+所以，沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

二、帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期勻強(qiáng)磁場(chǎng)中帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑與哪些因素有關(guān)？思路:帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力?？梢妑與速度v、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、粒子的比荷有關(guān)

實(shí)驗(yàn)演示：洛倫茲力演示儀亥姆霍茲線圈電子槍加速電壓選擇擋②勵(lì)磁線圈：作用是能在兩線圈之間產(chǎn)生平行于兩線圈中心的連線的勻強(qiáng)磁場(chǎng)①加速電場(chǎng)：作用是改變電子束出射的速度不加磁場(chǎng)時(shí)觀察電子束的徑跡。給勵(lì)磁線圈通電，在玻璃泡中產(chǎn)生沿兩線圈中心連線方向，由紙內(nèi)指向讀者的磁場(chǎng)，觀察電子束的徑跡。保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，改變出射電子的速度，觀察電子束徑跡的變化。保持出射電子的速度不變，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，觀察電子束徑跡的變化。不加磁場(chǎng)時(shí)觀察電子束的徑跡。給勵(lì)磁線圈通電，在玻璃泡中產(chǎn)生沿兩線圈中心連線方向，由紙內(nèi)指向讀者的磁場(chǎng)，觀察電子束的徑跡。保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，改變出射電子的速度，觀察電子束徑跡的變化。保持出射電子的速度不變，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，觀察電子束徑跡的變化。直線圓周B增大時(shí)，圓周運(yùn)動(dòng)的半徑減??；反之半徑增大。速度增大時(shí)，圓周運(yùn)動(dòng)的半徑增大；反之半徑減小。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)周期有何特征？可見同一個(gè)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度無關(guān)一個(gè)質(zhì)量為1.67×10-27kg、電荷量為1.6×10-19C的帶電粒子，以5×105m/s的初速度沿與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。求：（1）粒子所受的重力和洛倫茲力的大小之比；（2）粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑；（3）粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期?！纠}】依據(jù)所給數(shù)據(jù)分別計(jì)算出帶電粒子所受的重力和洛倫茲力，就可求出所受重力與洛倫茲力之比。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受洛倫茲力并做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由此可以求出粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑及周期分析當(dāng)堂小練解:

可見，帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力遠(yuǎn)大于重力，重力作用的影響可以忽略。重力與洛倫茲力之比F＝qvB＝1.6×10-19×5×105×0.2N＝1.6×10-14N所受的洛倫茲力G＝mg＝1.67×10-27×9.8N＝1.64×10-26N（1）粒子所受的重力（2）帶電粒子所受的洛倫茲力為由此得到粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑洛倫茲力提供向心力，故F＝qvB（3）粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期三、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況研究1、找圓心：2、定半徑：3、確定運(yùn)動(dòng)時(shí)間：新課講解1．圓心的確定(1)已知入射方向和出射方向時(shí)，可通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直于入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心(如圖a所示，圖中P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn))。(2)已知入射點(diǎn)和出射點(diǎn)的位置時(shí)，可以通過入射點(diǎn)作入射方向的垂線，連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，作其中垂線，這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心(如圖b所示，圖中P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn))。2.帶電粒子在不同邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(1)直線邊界(進(jìn)出磁場(chǎng)具有對(duì)稱性，如圖所示)(2)平行邊界(存在臨界條件，如圖所示)(3)圓形邊界(沿徑向射入必沿徑向射出，如圖所示)一是已知物理量(q、m、B、v)，利用半徑公式求半徑。二是已知其他幾何量利用數(shù)學(xué)圖形知識(shí)求半徑，一般利用幾何知識(shí)，常用解三角形的方法。3.半徑的確定由于已知條件的不同，求半徑有兩種方法：4.運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定利用圓心角與弦切角的關(guān)系，或者是四邊形內(nèi)角和等計(jì)算出圓心角的大小，由公式可求出運(yùn)動(dòng)時(shí)間。1.軌道半徑與磁感應(yīng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)速度相聯(lián)系，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與周期、偏轉(zhuǎn)角相聯(lián)系。2.粒子速度的偏向角(φ)等于圓心角(α)，并等于AB弦與切線的夾角(弦切角θ)的2倍(如圖)，即φ＝α＝2θ＝ωt注意例：如圖所示，一束電子(電荷量為e)以速度v垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，穿過磁場(chǎng)時(shí)速度方向與電子原來入射方向的夾角是30°，則電子的質(zhì)量是________，穿過磁場(chǎng)的時(shí)間是________。當(dāng)堂小練解析：(1)畫軌跡，找圓心。電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，只受洛倫茲力作用，故其軌跡是圓弧的一部分，又因?yàn)镕洛⊥v，故圓心在電子穿入和穿出磁場(chǎng)時(shí)兩個(gè)洛倫茲力的交點(diǎn)上，即上圖中的O點(diǎn)。(2)定半徑。由幾何知識(shí)知，弧AB的圓心角θ＝30°，OB為半徑。所以

r=d/sin30°=2d，又由r=mv/eB，得m=2dBe/v

。(3)定時(shí)間。因?yàn)榛B的圓心角是30°，所以穿過時(shí)間t=T/12,故t=πd/3v

。答案：

2dBe/vπd/3vXXXXX

XXXX

XXX1.水平導(dǎo)線中有電流I通過，導(dǎo)線正下方的電子初速度的方向與電流I的方向相同，則電子將（）vabIA.沿路徑a運(yùn)動(dòng),軌跡是圓B.沿路徑a運(yùn)動(dòng),軌跡半徑越來越大C.沿路徑a運(yùn)動(dòng),軌跡半徑越來越小D.沿路徑b運(yùn)動(dòng),軌跡半徑越來越小BF當(dāng)堂小練2、有三種粒子，分別是質(zhì)子（）、氚核、（）和α粒子（）束，如果它們以相同的速度沿垂直于磁場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)（磁場(chǎng)方向垂直紙面向里），在下圖中，哪個(gè)圖正確地表示出這三束粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡？（）C3、一個(gè)帶電粒子，沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)．粒子的一段徑跡如下圖所示．徑跡上的每一小段都可近似看成圓?。捎趲щ娏Ｗ邮寡赝镜目諝怆婋x，粒子的能量逐漸減小(帶電量不變)．從圖中情況可以確定A．粒子從a到b，帶正電B．粒子從a到b，帶負(fù)電C．粒子從b到a，帶正電D．粒子從b到a，帶負(fù)電C第一章安培力與洛倫茲力1.4質(zhì)譜儀與回旋加速器目錄CONTENTS1

學(xué)習(xí)目標(biāo)2

新課導(dǎo)入3

新課講解4

當(dāng)堂小練1.了解質(zhì)譜儀和回旋加速器的工作原理.2.知道帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)實(shí)例.

學(xué)習(xí)目標(biāo)在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中，常需要將一束帶等量電荷的粒子分開，以便知道其中所含物質(zhì)的成分。利用所學(xué)的知識(shí)，你能設(shè)計(jì)一個(gè)方案，以便分開電荷量相同、質(zhì)量不同的帶電粒子嗎？新課導(dǎo)入

質(zhì)譜儀是用來分離同位素、檢測(cè)它們的相對(duì)原子質(zhì)量和相對(duì)豐度的儀器。

我們知道，電場(chǎng)可以對(duì)帶電粒子施加作用力，磁場(chǎng)也可以對(duì)運(yùn)動(dòng)的帶電粒子施加作用力。阿斯頓1、質(zhì)譜儀的構(gòu)造質(zhì)譜儀主要由以下幾部分組成：①帶電粒子注入器②加速電場(chǎng)(U)③速度選擇器(B1、E)④偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(B2)⑤照相底片一、質(zhì)譜儀新課講解（若無速度選擇器）2、質(zhì)譜儀的工作原理由上式可知同位素電荷量相同，但質(zhì)量有微小差別。那x就會(huì)不同，也就是說在照相底片上會(huì)打到不同的位置，從而在底片上出現(xiàn)一系列的分立的亮線，這就稱為質(zhì)譜線或譜線。（若有速度選擇器）例1、如圖所示為質(zhì)譜儀的原理圖，一束粒子以速度v沿直線穿過相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)(電場(chǎng)強(qiáng)度為E)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1)的重疊區(qū)域，然后通過狹縫S0垂直進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2)，最后打在照相底片上的三個(gè)不同位置，粒子的重力可忽略不計(jì)，則下列說法正確的是(

)A．該束粒子帶負(fù)電B．P1板帶負(fù)電C．粒子的速度v滿足關(guān)系式D．在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的磁場(chǎng)中，運(yùn)動(dòng)半徑越大的粒子，荷質(zhì)比

越小D當(dāng)堂小練

例2、質(zhì)譜儀原理如圖所示，a為粒子加速器，電壓為U1；b為速度選擇器，磁場(chǎng)與電場(chǎng)正交，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，板間距離為d；c為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2。今有一質(zhì)量為m、電荷量為＋e的正電子(不計(jì)重力)，經(jīng)加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進(jìn)入分離器后做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。求：（1）粒子射出加速器時(shí)的速度v為多少？（2）速度選擇器的電壓U2為多少？（3）粒子在B2磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R為多大？

解析：（1）在a中，e被加速電場(chǎng)U1加速，由動(dòng)能定理有，得（2）在b中，e受的電場(chǎng)力和洛倫茲力大小相等，即，代入v值得

（3）在c中，e受洛倫茲力作用而做圓周運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)半徑，代入v值得例3、現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定．質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場(chǎng)．若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場(chǎng)，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來的12倍．此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為(

)A．11

B．12C．121 D．144D在圖1.4-2所示的多級(jí)加速器中，各加速區(qū)的兩板之間用獨(dú)立電源供電，所以粒子從P2飛向P3、從P4飛向P5……時(shí)不會(huì)減速。由于粒子在加速過程中的徑跡為直線，要得到較高動(dòng)能的粒子，其加速裝置要很長(zhǎng)。要認(rèn)識(shí)原子核內(nèi)部的情況，必須把核“打開”進(jìn)行“觀察”。然而，原子核被強(qiáng)大的核力約束，只有用極高能量的粒子作為“炮彈”去轟擊，才能把它“打開”。產(chǎn)生這些高能“炮彈”的“工廠”就是各種各樣的粒子加速器新課講解1932年,美國(guó)物理學(xué)家勞侖斯發(fā)明了回旋加速器，從而使人類在獲得具有較高能量的粒子方面邁進(jìn)了一大步．為此，勞侖斯榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．二、回旋加速器1、回旋加速器的構(gòu)造：①粒子源；②兩個(gè)D形盒；③勻強(qiáng)磁場(chǎng)；④高頻電源；⑤粒子引出裝置。說明：兩D形盒中有勻強(qiáng)磁場(chǎng)無電場(chǎng)，盒間縫隙有交變電場(chǎng)2、回旋加速器的工作原理利用電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速作用和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的偏轉(zhuǎn)作用來獲得高能粒子，這些過程在回旋加速器的核心部件——兩個(gè)D形盒和其間的窄縫內(nèi)完成。~電場(chǎng)→加速磁場(chǎng)→偏轉(zhuǎn)獲得高能粒子（2）磁場(chǎng)的作用

磁場(chǎng)約束偏轉(zhuǎn)：（1）電場(chǎng)的作用：

電場(chǎng)加速：根據(jù)動(dòng)能定理：qU＝ΔEk.（3）加速條件：高頻電源的周期與帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)的周期相同，即：3、決定粒子射出D形盒時(shí)最大速率的因素：當(dāng)粒子從D形盒邊緣引出時(shí)，最后半圓應(yīng)滿足：即（vm與B、R有關(guān)，而與加速電壓U無關(guān)）U每次ΔvΔr次數(shù)少t短U每次ΔvΔr次數(shù)多t長(zhǎng)4、帶電粒子的最終能量

5、粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間：在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為

(n是粒子被加速次數(shù))，總時(shí)間為t＝t1＋t2，因?yàn)閠1?t2，一般認(rèn)為在盒內(nèi)的時(shí)間近似等于t2.6、軌道半徑：

帶電粒子在D形金屬盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑是不等距分布的，粒子第一次進(jìn)入D形金屬盒Ⅱ，被加速一次，以后每次進(jìn)入D形盒Ⅱ都