高中物理第5章磁場(chǎng)與回旋加速器教案（打包7套）滬科版.zip

高中物理第5章磁場(chǎng)與回旋加速器教案（打包7套）滬科版.zip,高中物理,磁場(chǎng),回旋加速器,教案,打包,滬科版 5.5探究洛倫茲力1洛倫茲力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力叫做洛倫茲力。(1)洛倫茲力的方向：用左手定則判斷，伸開左手，拇指跟其余四個(gè)手指垂直，且處于同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，那么拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向。(2)洛倫茲力的大小安培力可以看成是大量的運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，而洛倫茲力則是安培力的微觀解釋。洛倫茲力的大小公式為fqvB，其中q表示運(yùn)動(dòng)電荷的電荷量，v表示電荷的運(yùn)動(dòng)速度，B表示磁感應(yīng)強(qiáng)度。此公式適用于速度方向跟磁場(chǎng)方向垂直的情況。預(yù)習(xí)交流1如圖所示，如果在電子射線管上方平行于管軸放置一根載流導(dǎo)線，電流方向如圖所示，電子射線將朝什么方向偏轉(zhuǎn)？電流反向后情況如何？想一想：為什么禁止將磁鐵靠近正在播放節(jié)目的電視機(jī)？答案：由安培定則可得導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)在導(dǎo)線上方垂直紙面向外，在導(dǎo)線下方垂直紙面向里，再由左手定則可得電子射線向下偏，電流反向后同理可得電子射線向上偏，因?yàn)殡娨曪@像管應(yīng)用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的道理，所以將磁鐵靠近正在播放節(jié)目的電視機(jī)時(shí)磁鐵的磁場(chǎng)會(huì)影響電子的運(yùn)動(dòng)使圖像變形。2研究帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)利用陰極射線管實(shí)驗(yàn)觀察帶電粒子在磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，讓電子束垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的空間，將發(fā)現(xiàn)陰極射線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓周，即帶電粒子垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心力由洛倫茲力提供，與速度方向垂直，故洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功。3帶電粒子的軌道半徑和周期(1)軌道半徑：由方程qvB得，r。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的帶電粒子，它運(yùn)動(dòng)的軌道半徑跟其運(yùn)動(dòng)的速率成正比。(2)運(yùn)動(dòng)周期：由T和r得，T。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與它運(yùn)動(dòng)的軌道半徑、運(yùn)動(dòng)的速率無關(guān)。預(yù)習(xí)交流2帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中為什么會(huì)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)？答案：帶電粒子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用，該力與運(yùn)動(dòng)速度方向垂直，充當(dāng)向心力，由于向心力不做功，也就是洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功，因此它不改變速度的大小，只改變速度的方向，所以運(yùn)動(dòng)電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。一、洛倫茲力的方向和大小我們用左手定則可以判斷安培力的方向，那可不可以用左手定則判斷洛倫茲力的方向？如果能，那么對(duì)正負(fù)運(yùn)動(dòng)電荷在判斷洛倫茲力時(shí)有何不同？答案：洛倫茲力的方向可用左手定則來判斷：張開左手，使大拇指與其余四指垂直且在同一平面內(nèi)，讓磁感線穿過手心，讓四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，則大拇指所指的方向就是正電荷所受的洛倫茲力的方向。用左手定則判定洛倫茲力方向時(shí)注意正、負(fù)電荷的區(qū)別，正電荷運(yùn)動(dòng)方向相當(dāng)于電流方向，即四指指向，負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向與電流方向相反，即與四指指向相反。如圖中各圖已標(biāo)出磁場(chǎng)方向、電荷運(yùn)動(dòng)方向、電荷所受洛倫茲力方向三者中的兩個(gè)，試標(biāo)出另一個(gè)的方向。答案：(1)受力方向垂直于v斜向左(2)受力方向垂直于v向左(3)運(yùn)動(dòng)方向平行于斜面向下(4)磁場(chǎng)方向垂直紙面指向讀者。解析：用左手定則判斷，對(duì)q，四指應(yīng)指向其運(yùn)動(dòng)方向的反方向。分別可得，圖(1)中q受洛倫茲力方向垂直于v斜向左；圖(2)中q受洛倫茲力方向垂直于v向左；圖(3)中q運(yùn)動(dòng)方向平行于斜面向下；圖(4)中勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面指向讀者。洛倫茲力的方向具有這樣的特點(diǎn)：無論v與B是否垂直，洛倫茲力總是同時(shí)垂直于電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向。二、洛倫茲力的微觀解釋若有一段長度為L的通電導(dǎo)線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q，定向移動(dòng)的平均速率為v，將這段導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中。這段導(dǎo)體所受的安培力為多大？電流I的微觀表達(dá)式是什么？這段導(dǎo)體中含有多少自由電荷數(shù)？每個(gè)自由電荷所受的洛倫茲力大小為多大？答案：設(shè)導(dǎo)體中每個(gè)帶電粒子定向移動(dòng)的速率為v，單位體積內(nèi)的粒子數(shù)為n，導(dǎo)體的截面積為S。(如圖所示)導(dǎo)體電流為InqSv，其中q是每個(gè)粒子的電荷量。對(duì)于長為L的導(dǎo)線，當(dāng)它垂直于磁場(chǎng)放置時(shí)，所受安培力為：F安BILnqSvBL。這段導(dǎo)體中的電荷數(shù)為NnSL，則每個(gè)帶電粒子受到的力，即洛倫茲力為：fqvB。在下列各圖中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，帶電粒子的速率均為v、帶電荷量均為Q。試求出圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小，并標(biāo)出洛倫茲力的方向。答案：見解析。解析：(1)因v與B垂直，所以FqvB，方向與v垂直斜向上。(2)v與B的夾角為30，F(xiàn)qvBsin 30qvB/2，方向垂直紙面向里。(3)由于v與B平行，所以不受洛倫茲力。(4)因v與B垂直，F(xiàn)qvB，洛倫茲力方向與v垂直斜向上。(1)當(dāng)帶電荷量為q的粒子以速度v垂直于磁場(chǎng)的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力fBqv。(2)當(dāng)粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，設(shè)磁場(chǎng)與粒子運(yùn)動(dòng)方向的夾角為，則磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直于電流方向的分量為Bsin ，洛倫茲力為fBqvsin 。(3)當(dāng)B與v平行時(shí)電荷不受洛倫茲力；當(dāng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，洛倫茲力最大為Bqv。三、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)如圖所示，一帶電荷量為q、質(zhì)量為m、速度為v的帶負(fù)電粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其半徑r和周期T為多大？答案：如圖所示，電子以速度v垂直磁場(chǎng)方向入射，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)電子質(zhì)量為m，電荷量為q，由于洛倫茲力提供向心力，則有qvBm，得到軌道半徑r，由軌道半徑與周期的關(guān)系得：T，即周期T。如圖所示，虛線圓所圍區(qū)域內(nèi)有方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一束電子沿圓形區(qū)域的直徑方向以速度v射入磁場(chǎng)，電子束經(jīng)過磁場(chǎng)區(qū)域后，其運(yùn)動(dòng)方向與原入射方向成角。設(shè)電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，不計(jì)電子之間的相互作用力及電子所受的重力。求：(1)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑R；(2)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t；(3)圓形磁場(chǎng)區(qū)域的半徑r.答案：(1)(2)(3)tan 解析：(1)由牛頓第二定律和洛倫茲力公式，得evB，解得R。(2)設(shè)電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T，則T。由圖中所示幾何關(guān)系，得圓心角，所以tT。(3)由如圖所示幾何關(guān)系，可知tan ，所以rRtan tan 。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)圓心和運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定：(1)圓心的確定已知入射方向和出射方向時(shí)，可以通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)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。已知入射方向和出射點(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)，作中垂線，這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心。(2)運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定先求出軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角的大小，再由公式tT即可求出運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。1關(guān)于安培力和洛倫茲力，下面說法中正確的是()。A洛倫茲力和安培力是性質(zhì)完全不同的兩種力B安培力和洛倫茲力，其本質(zhì)都是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力C安培力和洛倫茲力，兩者是等價(jià)的D安培力對(duì)通電導(dǎo)體能做功，但洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不能做功答案：BD解析：安培力和洛倫茲力實(shí)際上都是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力，但兩者不是等價(jià)的，安培力實(shí)際上是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，它可以對(duì)通電導(dǎo)體做功，但洛倫茲力不能對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功，所以A、C錯(cuò)，B、D對(duì)。2如圖所示，是表示磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B，負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向v和磁場(chǎng)對(duì)電荷洛倫茲力F的相互關(guān)系圖，這四個(gè)圖中正確的是(B、v、F兩兩垂直)()。答案：A、B、C解析：由左手定則可判斷ABC正確。3大量的帶電荷量均為q的粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，下面說法中正確的是()。A只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同B如果把q改為q，且速度反向、大小不變，則洛倫茲力的大小、方向均不變C只要帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，它一定受到洛倫茲力作用D帶電粒子受到的洛倫茲力越小，則該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度越小答案：B解析：帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的磁場(chǎng)力不僅與其速度的大小有關(guān)，還與其速度的方向有關(guān)，當(dāng)速度方向與磁場(chǎng)方向在一條直線上時(shí)，不受磁場(chǎng)力作用，所以A、C、D錯(cuò)誤；根據(jù)左手定則，不難判斷B是正確的。4在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如果又順利垂直進(jìn)入另一磁感應(yīng)強(qiáng)度是原來磁感應(yīng)強(qiáng)度2倍的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則()。A粒子的速率加倍，周期減半B粒子的速率不變，軌道半徑減半C粒子的速率減半，軌道半徑變?yōu)樵瓉淼?/4D粒子的速率不變，周期減半答案：BD解析：因洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功，所以速率不變，應(yīng)用軌道半徑公式r和周期公式T可判斷B、D選項(xiàng)正確。5. 如圖所示，質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球在傾角為的光滑斜面上由靜止開始下滑，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向外。若帶電小球下滑后某個(gè)時(shí)刻對(duì)斜面的壓力恰好為零，問：(1)小球帶電性質(zhì)如何？(2)此時(shí)小球下滑的速度和位移分別是多大？答案：(1)帶正電(2)解析：(1)小球沿斜面下滑，對(duì)斜面的壓力為零，說明其所受到的洛倫茲力應(yīng)垂直斜面向上，根據(jù)左手定則，四指應(yīng)與小球運(yùn)動(dòng)方向一致，所以小球帶正電。(2)當(dāng)小球?qū)π泵鎵毫榱銜r(shí)，有：mgcos qvB得小球此時(shí)的速度v小球沿斜面方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度agsin 又由勻加速運(yùn)動(dòng)的位移公式v22as得：s。6