2019版高中物理第1章电与磁第6节洛伦兹力初探学案粤教版选修1_1

1．洛伦兹力的定义：磁场对运动电荷的作用力．

2．洛伦兹力的方向：洛伦兹力的方向与磁场方向垂直，与运动电荷的运动方向垂直．电视机的显像管正是利用洛伦兹力来工作的．

1．洛伦兹力的方向与磁场方向平行．(×)

2．洛伦兹力将使粒子的速度变大．(×)

3．静止的带电粒子在磁场中也要受到洛伦兹力的作用．(×)

　应用左手定则如何判定负电荷所受洛伦兹力方向

【提示】　应用左手定则判定负电荷所受洛伦兹力方向时，四指应指向负电荷运动的反方向，大拇指指向为洛伦兹力方向．

1．洛伦兹力方向与安培力方向的确定是一样的，都是由左手定则判定．判断洛伦兹力的方向时一定要注意F垂直于v与B所决定的平面．

2．当运动电荷的速度v的方向与磁感应强度的方向平行时，运动电荷不受洛伦兹力作用，仍以初速度v做匀速直线运动．而磁场中静止的电荷也不受洛伦兹力的作用．导体平行磁场方向放置时，定向运动的电荷不受洛伦兹力，所以导体也不受安培力．

3．洛伦兹力对运动电荷永不做功，而安培力对运动导体却可以做功．由于洛伦兹力F始终垂直于电荷速度v的方向，不论电荷做什么性质的运动，也不论电荷是什么样的运动轨迹，F只改变v的方向，并不改变v的大小，所以洛伦兹力对运动电荷不做功．

1．关于运动电荷和磁场的说法中，正确的是(　　)

A．运动电荷在某点不受洛伦兹力作用，这点的磁感应强度必为零

B．电荷的运动方向、磁感应强度方向和电荷所受洛伦兹力的方向一定互相垂直

C．电子射线由于受到垂直于它的磁场作用而偏转，这是因为洛伦兹力对电子做功的结果

D．电荷与磁场没有相对运动，电荷就一定不受磁场的作用力

【解析】　运动电荷处于磁感应强度为零处，所受洛伦兹力为零，但当运动电荷的速度方向和磁场方向一致时(同向或反向)也不受洛伦兹力的作用；运动电荷受到的洛伦兹力垂直于磁场方向和电荷运动方向所决定的平面，即洛伦兹力既垂直磁场方向，也垂直于电荷的运动方向，但磁场方向和电荷运动方向不一定垂直；因为洛伦兹力一定垂直于电荷的运动方向，所以洛伦兹力永远不做功；运动电荷受洛伦兹力的作用，这里的运动应是与磁场的相对运动．

【答案】D

2．下列表示磁场B、电荷运动方向v和磁场对电荷的作用力F的相互关系图中正确的是(　　)

【75392039】

【解析】　首先弄清各图中三个方向的方位，图A、B中磁场方向垂直纸面向外，图C中电荷运动方向垂直纸面向里．图D中洛伦兹力方向垂直纸面向外．然后依据左手定则判断，选项D正确．

【答案】D

3．带正电荷q的粒子(不计重力)进入匀强磁场中，能在磁场中受力发生垂直纸面向里偏转的是(　　)

【解析】　选项A、B中电荷运动方向与磁场方平行不受洛伦兹力．由左手定则知，C项中电荷受洛伦兹力垂直纸面向外，D项电荷受洛伦兹力垂直纸面向里．

【答案】D

1．磁偏转：借助垂直于电子束运动方向的磁场使电子束改变方向或者发生偏转的方法称为磁偏转．

2．显像管的结构：主要由电子枪、线圈、荧光屏和玻璃屏幕四部分组成．

1．在显像管中，电子受洛伦磁力的作用，径迹发生偏转．(√)

2．回旋加速器的加速电压越大，带电粒子获得的最大动能越大．(×)

3．电子撞击荧光屏时荧光屏会发光．(√)

　磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的．那么，这个力是否是作用在运动电荷上的呢？

【提示】　这个力作用在运动电荷上，磁场对电流的作用力是磁场对运动电荷作用力的宏观表现．

1．电视机显像管原理

显像管由电子枪(应用热电子发射和电场加速的原理，发出高速电子束)、线圈(利用电流的磁效应产生磁场)、荧光屏(荧光物质在高速电子的轰击下发光)和玻璃屏幕(保护作用)四部分组成(如图1­6­1)．

图1­6­1

电子枪产生的高能电子束，穿过磁偏转线圈产生的磁场时，受洛伦兹力的作用，运动径迹发生偏转，打在荧光物质上，产生亮点．通过受视频信号控制的偏转线圈中的电流的变化改变磁场，屏上的亮点的位置随之改变．

彩色显像管中三支电子枪同时工作或一支电子枪同时发出三束电子．

2．回旋加速器

美国物理学家劳伦斯于1932年发明．其结构如图1­6­2所示，核心部件为两个D形盒(加匀强磁场)和其间的夹缝(加交变电场)．

图1­6­2

(1)磁场的作用：带电粒子以某一速度从D形盒中心附近垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，带电粒子每次进入D形盒都运动相同的时间(半个周期)后沿平行电场方向进入夹缝的电场．带电粒子被加速后在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径增大，但周期却不变．(如图1­6­3)

图1­6­3

(2)电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的夹缝区域存在周期性变化的并垂直于两个D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速．

(3)交变电压的作用：为保证带电粒子每次经过夹缝时都被加速，使之能量不断提高，需在夹缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压．

4．如图1­6­4为阴极射线管的结构示意图，阴极射线发出的电子束在阴极和阳极间强电场的作用下沿直线运动，如果在射线管所在区域内加上垂直纸面向里的匀强磁场，则电子束的偏转方向为(　　)

【75392040】

图1­6­4

A．向上偏转　　　　　　B．向下偏转

C．向纸内偏转 D．向纸外偏转

【解析】　带电粒子所受洛伦兹力的方向可用左手定则判定．在用左手定则判定洛伦兹力方向时，四指应指向电子运动的反方向，磁场垂直穿过手心，则大拇指所指的方向即为洛伦兹力的方向．

【答案】B

5．显像管是电视机中的一个重要元件，如图1­6­5为电视机显像管的偏转线圈示意图，圆心墨点表示电子枪射出的电子，它的方向由纸内指向纸外，当偏转线圈通以图示方向的电流时，电子束应(　　)

图1­6­5

A．向左偏转 B．向上偏转

C．不偏转 D．向下偏转

【解析】　由安培定则判断电子所在处的磁场方向水平向左，再由左手定则判断运动的电子受洛伦兹力方向向上．选项B正确．

【答案】B

6．带电粒子M和N，先后以不同的速度沿PO方向射入圆形匀强磁场区域，运动轨迹如图1­6­6所示，不计重力，下列分析正确的是(　　)

【75392041】

图1­6­6

A．M带正电，N带负电 B．M和N都带正电

C．M带负电，N带正电 D．M和N都带负电

【解析】　由左手定则可判断，粒子M向下偏，所受洛伦兹力向下，应带负电，粒子N向上偏，所受洛伦兹力向上，应带正电，故C正确．

【答案】　C

判断洛伦兹力方向时应注意电荷的正负，特别是判断负电荷所受洛伦兹力方向时，四指应指向电荷运动的反方向．