洛伦兹力初探学案2.doc

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1.6 洛伦兹力初探 学案（粤教版选修1-1）
问题探究
由于受地球信风带和盛西风带的影响，在海洋中形成一种河流成为海流，海流中蕴藏着巨大的动力资源，据统计，世界大洋中所有海流的发电能力达109 kW.早在19世纪法拉第就曾设想，利用磁场使海流发电，因为海水中含有大量的带电离子，这些离子随海流做定向运动，如果有足够强的磁场能使这些带电离子向相反方向偏转，便有可能发出电来.目前，日本的一些科学家计划利用海流建造一座容量为1 500kW的磁流体发电机.
如图1-6-1所示为一磁流体发电机的原理示意图，上、下两块金属板M、N水平放置浸没在海水里，在金属板之间加一匀强磁场，磁场方向由南向北，海水从西向东流过两金属板之间，将在两金属板之间形成电势差，达到稳定状态后，哪块金属板的电势高？

图1-6-1
解答：沿海流方向正离子受洛伦兹力向上，落在M板上，负电荷落在N板上，所以M板电势高.
自学导引
一、洛伦兹力
1.定义：在磁场中所受到的力叫做洛伦兹力.
2.在通电导线上的安培力是磁场作用在的力的宏观体现.
3.当电荷运动速度平行于磁场方向进入磁场中，电荷不受洛伦兹力作用.
二、磁场对运动电荷的作用
1.实验：图1-6-2为抽成真空的电子射线管，从阴极发射出来的电子束，在阴极和阳极间的的作用下，轰击到长条形的荧光屏上发出荧光，可以显现出电子束的.

图1-6-2
2.实验表明：如图1-6-3

图1-6-3
（a）在没有外磁场时，电子束是沿_______前进的.
（b）如果把射线管放在蹄形磁铁的两极间，荧光屏上显示出的电子束运动的径迹发生_______，这表明运动电荷确实受到了磁场力的作用，这个通常叫做_______.
（c）洛伦兹力方向与磁场方向_______，与运动电荷的运动方向_______.
三、洛伦兹力的应用
1.磁偏转: _____________________.
2.显像管:无外加磁场时电子束_______偏转,电子束将轰击在荧光屏的_______,并出现一个发光点.
有外加磁场时电子束会_______偏转.
3.回旋加速器（如图1-6-4）
（1）利用_______加速带电粒子；
（2）通过洛伦兹力使粒子做_______运动,实现多级加速获得高能粒子；
（4）采用_______提供加速电压；
（5）电场交替变化与带电粒子运动应满足同步条件.即概括为:
→同步（f电源=）

图1-6-4
疑难剖析
运动电荷受的洛伦兹力及运动
（1）当运动电荷的速度v的方向与磁感应强度B的方向平行时，运动电荷不受洛伦兹力作用，仍以初速度做匀速直线运动.在磁场中静止的电荷也不受洛伦兹力作用.
（2）洛伦兹力对运动电荷不做功.由于洛伦兹力F始终与电荷运动速度v的方向垂直，不论电荷做什么性质的运动，也不论电荷的运动轨迹是什么样的（包括高中阶段不能描述的运动轨迹），它只改变v的方向，并不改变v的大小，所以洛伦兹力对运动的电荷永远不做功.
【例1】 问答题：
（1）根据牛顿第二定律，洛伦兹力对电荷的运动将产生什么样的作用？
回答：根据牛顿第二定律，洛伦兹力使电荷沿力的方向产生与速度方向垂直的加速度，这个加速度将使电荷运动方向发生改变.
（2）洛伦兹力会不会使电荷速度大小发生改变？为什么？
回答：不会.因为洛伦兹力方向总是与速度方向垂直，所以洛伦兹力对电荷不做功，电荷的动能不变，所以速度大小不变.
（3）电荷在以后的运动过程中所受的洛伦兹力有什么特点，在这样的力的作用下电荷会做什么样的运动？
回答：电荷在运动过程中洛伦兹力的大小恒定，方向时刻与电荷运动方向垂直，这个力与物体做匀速圆周运动的向心力所起的效果完全相同，因此带电粒子将在垂直磁场方向的某平面内做匀速圆周运动，如图1-6-5所示.

图1-6-5
【例2】 如果运动电荷除磁场力外不受其他任何力的作用，则带电粒子在磁场中做下列运动可能成立的是（　　）
A.做匀速直线运动
B.做匀变速直线运动
C.做变加速曲线运动
D.做匀变速曲线运动
解析：当v∥B时，f＝0，故运动电荷不受洛伦兹力作用而做匀速直线运动.当v与B不平行时，f≠0且f与v恒垂直，即f只改变v的方向.故运动电荷做变加速曲线运动.
答案：AC
拓展迁移
1.安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力的方向由左手定则来判断.应用左手定则判断方向时必须让磁感线穿入手心，四指指向正电荷运动的方向，此时拇指所指的方向才是洛伦兹力的方向.若带电粒子所带电性为正，四指指向就是带电粒子运动方向；若带电粒子电性为负，四指指向粒子运动的相反方向.
图1-6-6是表示磁场磁感应强度B，负电荷运动方向v和磁场对电荷作用力f的相互关系图，这四个图中画得正确的是(B、v、f两两垂直)（　　）

图1-6-6
点拨：由左手定则可知四指指示正电荷运动的方向，当负电荷在运动时，四指指示的方向应与速度方向相反.
答案：ABC
2.带电荷量为＋q的粒子，在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是（　　）
A.只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同
B.如果把+q改为-q，速度反向且大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变
C.只要带电粒子在磁场中运动，它一定受到洛伦兹力作用
D.带电粒子受到洛伦兹力越小，则该磁场的磁感应强度越小
点拨：理解洛伦兹力的大小、方向与哪些因素有关是关键.
答案：B

沁园春·雪 <毛泽东>
北国风光，千里冰封，万里雪飘。
望长城内外，惟余莽莽；
大河上下，顿失滔滔。
山舞银蛇，原驰蜡象，
欲与天公试比高。
须晴日，看红装素裹，分外妖娆。
江山如此多娇，引无数英雄竞折腰。
惜秦皇汉武，略输文采；
唐宗宋祖，稍逊风骚。
一代天骄，成吉思汗，
只识弯弓射大雕。
俱往矣，数风流人物，还看今朝。
薄雾浓云愁永昼， 瑞脑消金兽。 佳节又重阳， 玉枕纱厨， 半夜凉初透。
东篱把酒黄昏后， 有暗香盈袖。 莫道不消魂， 帘卷西风， 人比黄花瘦。

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