2 磁场对运动电荷的作用力 学习任务一 洛伦兹力的方向 [科学探究] 如图所示,电子由阴极向阳极运动(向右运动)过程中向下偏转. (1) 力使电子向下偏转,该力的方向 . (2)电子运动轨迹附近的磁场方向 .电子所受洛伦兹力与磁场方向、电子运动方向存在什么关系 例1 下列各图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面向里的是( ) [反思感悟] 变式1 如图所示,在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强电流的长直导线,且导线中电流方向水平向右,则阴极射线将会 ( ) A.向上偏转 B.向下偏转 C.向纸内偏转 D.向纸外偏转 [反思感悟] 【要点总结】 1.洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向和磁场的方向垂直,即洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷的速度方向和磁场方向确定的平面.F、B、v三个量的方向关系是:F⊥B,F⊥v,但B与v不一定垂直. 2.用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力方向时,应注意将四指指向负电荷运动的反方向. 学习任务二 洛伦兹力的大小 [科学推理] 安培力是洛伦兹力的宏观表现,一段静止在磁场中的通电导线受到的安培力等于该段导线内所有电荷定向移动的洛伦兹力的矢量和. (1)如图所示,设有一段长度为l的通电导线垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中,若导线中的电流为I,则该导线所受的安培力的大小为 . (2)设导线的横截面积为S,单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q,定向移动的速度都是v,根据电流的定义式推导电流的表达式. (3)根据F安=NF洛推导每个电荷受到的洛伦兹力的大小,并说明推导结果的适用条件. 例2 如图所示,各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B,带电粒子的速度均用v表示,带电荷量大小均为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. 【要点总结】 1.洛伦兹力与安培力的关系 (1)洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力,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. (2)洛伦兹力对电荷不做功,但安培力却可以对导体做功. 2.洛伦兹力的大小:F=qvBsin θ,θ为电荷的运动方向与磁感应强度方向的夹角. (1)当v⊥B时,F=qvB,即运动方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力最大. (2)当v∥B时,F=0,即运动方向与磁场方向平行时,不受洛伦兹力. 学习任务三 洛伦兹力的特点 [科学论证] 洛伦兹力对运动电荷运动的速度有什么影响 洛伦兹力对运动电荷是否做功 例3 如图所示,在竖直绝缘的平台上,一个带少量正电荷的小球以水平速度v0抛出,落在地面上的A点.若加一垂直于纸面向里的匀强磁场, 则小球的落点( ) A.仍在A点 B.在A点左侧 C.在A点右侧 D.无法确定 [反思感悟] 变式2 (多选)如图所示,用细线吊一个质量为m的带电绝缘小球,小球处于匀强磁场中,空气阻力不计.小球分别从A点和B点向最低点O运动,当小球两次经过O点时 ( ) A.小球的动能相同 B.细线所受的拉力相同 C.小球所受的洛伦兹力相同 D.小球的向心加速度大小相同 [反思感悟] 【要点总结】 洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化.但无论怎样变化,洛伦兹力都与运动方向垂直,故洛伦兹力永不做功,它只改变电荷运动方向,不改变电荷速度大小.但洛伦兹力具有力的性质,所以在进行受力分析时,不要漏掉这一力. 学习任务四 电子束的磁偏转 [科学探究] 如图所示为电视机显像管原理示意图.没有磁场时,电子束打在荧光屏正中的O点.为使电子束偏转,由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场. (1)要使电子束偏离中心O,打在荧光屏上的a点,偏转磁场应该沿 方向. (2)要使电子束打在 b 点,偏转磁场应该沿 方向. (3)要使电子束打在荧光屏上的位置由b点逐渐向a点移动,偏转磁场应该 . 例4 如图所示为电视机显像管偏转线圈的示意图, ... ...
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