物理人教版选修3-1　35运动电荷在磁场中受到的力导学案（无答案）.doc

编号：gswhwlxx3-1-23文化高中高二物理选修3-1第三章 磁场3.5运动电荷在磁场中受到的力 编制人 许华奇 姓名 班级 小组 学习目标1知识与技能(1) 知道什么是洛伦兹力。利用左手定则判断洛伦兹力的方向。(2) 知道洛伦兹力大小的推理过程。(3) 掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。(4) 了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断。理解洛伦兹力对电荷不做功。(5) 了解电视显像管的工作原理。学习重点1.利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。洛伦兹力大小计算公式的推导和应用。2掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算。这一节承上(安培力)启下(带电粒子在磁场中的运动)，是本章的重点。学习难点1. 洛伦兹力对带电粒子不做功。2洛伦兹力方向的判断。洛伦兹力计算公式的推导。课前预习回顾复习 前面我们学习了磁场对电流的作用力，下面思考两个问题：1如图判定安培力的方向若已知上图中：B4.0×102 T，导线长L10 cm，I1 A。求：导线所受的安培力大小？2什么是电流？一、新课了解 磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，我们会想到：这个力可能是作用在运动电荷上的，而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现。观察磁场阴极射线在磁场中的偏转(95页图3.51)电子射线管的原理：说明阴极射线是灯丝加热放出电子，电子在加速电场的作用下高速运动而形成的电子流，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹，磁铁是用来在阴极射线周围产生磁场的，还应明确磁场的方向。实验现象结论：电子射线管发出的电子束，下图甲中的径迹是 把电子射线管放在蹄形磁铁的磁场中，如图所示，电子束的径迹向 发生了偏转，若调换磁铁南北极的位置，则电子束的径迹会向 偏转 1洛伦兹力的方向和大小(1)洛伦兹力的定义： 通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现。【说明】 可以根据磁场对电流有作用力而对未通电的导线没有作用力，引导学生提出猜想：磁场对电流作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力。运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，那么洛伦兹力的方向如何判断呢？如图(2)洛伦兹力的方向左手定则伸开左手，使大拇指与其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，若四指指向 运动的方向，那么拇指所受的方向就是 的方向；若四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。特别提醒：1、洛伦兹力的方向总是垂直于B和v决定的平面B与v可以垂直，可以不垂直。2、因为洛伦兹力方向总是与速度方向垂直，所以洛伦兹力一个重要特点就是对带电粒子不做功，它只会改变速度的方向而不会改变速度的大小 3、正电荷运动方向应与左手四指指向一致，负电荷运动方向则应与左手四指指向相反(先确定负电荷形成电流的方向，再用左手定则判定)。二、试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向。 (3)洛伦兹力的大小设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，导线每单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中。这段导线中电流I的微观表达式为I 这段导体所受的安培力为F安 这段导体中含有多少自由电荷数为 每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为F (4)洛伦兹力的计算公式当粒子运动方向与磁感应强度垂直时(vB)F 当粒子运动方向与磁感应强度方向成时F 2电视机显像管的工作原理问题1：要使电子打在A点，偏转磁场应该沿什么方向？问题2：要使电子打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？问题3：要使电子打在荧火屏的位置从A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该怎样变化？三、节节过关1电子的速率v3×106 m/s，垂直射入B0.10 T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？2来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将_A竖直向下沿直线射向地面B相对于预定地面向东偏转C相对于预定点稍向西偏转D相对于预定点稍向北偏转3.关于带电粒子所受洛伦兹力F和磁感应强度B及粒子速度v三者之间的关系，下列说法中正确的是()AF、B、v三者必定均保持垂直BF必定垂直于B、v，但B不一定垂直于vCB必定垂直于F、v，但F不一定垂直于vDv必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B4.如图所示的是磁感应强度B、正电荷速度v和磁场对电荷的作用力F三者方向的相互关系图(其中B垂直于F与v决定的平面，B、F、v两两垂直)。其中正确的是 ()5.如图所示，匀强磁场方向水平向里，匀强电场方向竖直向下，有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域。则()A若电子从右向左飞入，电子也沿直线运动B若电子从右向左飞入，电子将向上偏转C若电子从右向左飞入，电子将向下偏转D若电子从左向右飞入，电子也沿直线运动6.一个长螺线管中通有电流，把一个带电粒子沿中轴线方向射入(若不计重力影响)，粒子将在管中()A做圆周运动B沿轴线来回运动C做匀加速直线运动D做匀速直线运动7布置作业：课本“问题与练习”3、4、5题。磁流体发电机磁流体发电机，又叫等离子发电机，是根据霍尔效应，用导电流体与磁场相对运动而发电的一种设备。磁流体发电，是将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去，利用磁场对带电的流体产生的作用，从而发出电来。最简单的开式磁流体发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。工作过程是在化石燃料燃烧后产生的高温气体中，加入易电离的钾盐或钠盐，使起部分电离后，经喷管加速产生高达摄氏3 000度、速度达到1 000米/秒的高温高速导电气体，最后产生电流。磁流体发电中的带电流体，它们是通过加热燃料、惰性气体、碱金属蒸气而得到的。在几千摄氏度的高温下，这些物质中的原子和电子的运动都很剧烈，有些电子甚至可以脱离原子核的束缚，结果，这些物质变成自由电子、失去电子的离子以及原子核的混合物，这就是等离子体。将等离子体以超音速的速度喷射到一个加有强磁场的管道里面，等离子体中带有正、负电荷的高速粒子，在磁场中受到洛伦兹力的作用，分别向两极偏移，于是在两极之间产生电压，用导线将电压接入电路中就可以使用了。磁流体发电的另一个好处是产生的环境污染少。利用火力发电，燃烧燃料产生的废气里含有大量的二氧化硫，这是造成空气污染的一个重要原因。利用磁流体发电，不仅使燃料在高温下燃烧得更加充分，它使用的一些添加材料还可以和硫化合，生成硫酸钾，并被回收利用，这就避免了直接把硫排放到空气中，对环境造成污染。利用磁流体发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。人们使用高能量的燃料，再配上快速启动装置，就可以使发电机功率达到1 000万kW，这就满足了一些需要大功率电力的场合。目前，中国、美国、印度、澳大利亚以及欧洲共同体等，都积极致力于这方面的研究。磁流体发电机产生电动势，输出电功率的原理如上图。1959年，美国阿夫柯公司建造了第一台磁流体发电机，功率为115 kW。此后各国均有研究制造，美苏联合研制的磁流体发电机U25B在1978年8月进行了第四次试验，气体等离子体流量为24 kg/s，温度为2 950 K，磁场为5 T，输出功率1 300 kW，共运行了50小时。目前许多国家正在研制百万千瓦的利用超导磁体的磁流体发电机。现在磁流体发电机制造中的主要问题是发电通道效率低，目前只有10%。通道和电极的材料都要求耐高温、耐腐蚀等，目前所用材料的寿命都比较短，因而磁流体发电机不能长时间运行。4