1、成才之路 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修3-1 第三章 磁 场成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 磁场 第三章 第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 5 运动电荷在磁场中受到的力第三章 第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 学习目标定位 1课堂情景切入 2知识自主梳理 3重点难点突破 4考点题型设计 5课 时 作 业 8易错案例剖析 6课堂知识构建 7第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 学习目标定位第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1
2、通过实验，观察阴极射线在磁场中的偏转，认识洛伦兹力。会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。了解电子束的磁偏转原理以及在科学技术中的应用。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 课堂情景切入第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 电视机显像管中的电子只是细细的一束，为什么能使整个屏幕发光？从宇宙深处射来的带电粒子，为什么不能直射地球？为什么只在地球两极形成绚丽多彩的极光？解开这些问题的钥匙就是本节学习的磁场对运动电荷的作用规律。震撼人心的极光第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 知识自主梳理第三章 5成才
3、之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 洛伦兹力的方向和大小1.洛伦兹力_在磁场中所受的力。2洛伦兹力和安培力的关系通电导线在磁场中受到的安培力，实际上是在导线中_所受到的洛伦兹力的宏观表现。运动电荷定向运动的电荷第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 3洛伦兹力的方向(1)左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让_从掌心进入，并使四指指向_运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受_的方向。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向_。(2)洛伦兹力方向特点：FB，Fv，即F垂直于_所决定的平面。磁感线正电
4、荷洛伦兹力相反B和v第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 4洛伦兹力的大小当速度方向和磁感应强度方向分别满足以下几种情况时，洛伦兹力的大小分别是(1)当v与B成角时：F_(2)当vB时：F_(3)当vB时，F_qvBsinqvB0第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 电视显像管的工作原理1构造如图所示，由电子枪、_和荧光屏组成。偏转线圈第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 2原理(1)电子枪_。(2)电子束在磁场中_。(3)荧光屏被电子束撞击发光。3扫描在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强
5、弱都在_，使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。4偏转线圈使电子束偏转的磁场是由_产生的。发射电子偏转不断变化两对线圈第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 重点难点突破第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 一、洛伦兹力的方向1决定洛伦兹力方向的三个因素电荷的电性(正、负)，速度方向、磁感应强度的方向。当电性一定时，其他两个因素决定洛伦兹力的方向，如果只让一个因素相反，则洛伦兹力方向必定相反；如果同时让两个因素相反，则洛伦兹力方向将不变。2F、B、v三者方向间的关系电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系，两者关系是不确定
6、的。电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向，FB，Fv，即F垂直于B和v所决定的平面。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 3洛伦兹力的特点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。特别提醒应用左手定则时，当v与B不垂直时，洛伦兹力仍垂直于v、B决定的平面，但磁感线不一定要垂直穿过掌心，磁感线方向一定与大拇指垂直，不一定与四指垂直。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 每时每刻都有大量宇宙射线射向地球，地磁场可以改变射线中大多数带电
7、粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有着十分重要的意义。假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它的偏转方向和所受洛伦兹力的大小，下列说法中正确的是()第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 A向西偏转，不变 B向南偏转，不变C向北偏转，减小D向东偏转，增大答案：D解析：地球表面地磁场的方向由南向北，宇宙射线带电，根据左手定则可判定，射线自赤道上空竖直下落过程中所受洛伦兹力方向向东，所以向东偏转，越靠近地球磁场越强，所受的洛伦兹力越大，选项D正确。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 二、
8、洛伦兹力和安培力的区别与联系区别联系洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力，而安培力是指通电导线(即大量带电粒子)所受到的磁场力洛伦兹力永不做功，而安培力可以做功安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释大小关系：F安NF洛(N是导体中定向运动的电荷数)方向关系：洛伦兹力与安培力的方向，均可用左手定则进行判断第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 特别提醒尽管安培力是自由电荷定向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现，但也不能简单地认为安培力就等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和，一般只有当导体静止时才能这样认为。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导
9、人教版 物理 选修3-1 三、洛伦兹力与电场力的比较内容洛伦兹力静电力性质磁场对在其中运动的电荷的作用力电场对放入其中的电荷的作用力产生条件v0且v不与B平行电场中的电荷一定受到电场力的作用大小FqvB(vB)FqE力的方向与场的方向的关系一定是FB，Fv正电荷所受力的方向与电场方向相同，负电荷所受力的方向与电场方向相反第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 内容洛伦兹力静电力做功情况任何情况下都不做功 可能做正功、负功，也可能不做功力F为零时，场的情况F为零，B不一定为零F为零，E一定为零作用效果只改变电荷运动速度的方向，不改变速度的大小既可以改变电荷运动速度的大
10、小，也可以改变电荷运动速度的方向第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 (原创题)下列说法正确的是()答案：BD第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 解析：所有电荷在电场中都要受到电场力的作用，正电荷受力的方向沿电场强度的方向，故A错B对；运动电荷在磁场中沿平行于磁场的方向运动，不受磁场力的作用，C错；静止电荷在磁场中不受磁场力的作用，D对。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 四、带电粒子在复合场中的运动1复合场：一般是指电场、磁场和重力场并存，或其中两种场并存，或分区域存在。2带电粒子在复合场中运动的分
11、析方法和思路(1)正确进行受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注意电场力和洛伦兹力的分析。(2)确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 (3)电荷在复合场中的运动一般有两种情况直线运动和圆周运动。电荷在电场力、重力和洛伦兹力共同作用下做直线运动时，一定是做匀速直线运动。电荷在上述复合场中如果做匀速圆周运动，只能是除洛伦兹力以外的所有恒力的合力为零才能实现。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 特别提醒(1)电子、质子、粒子等一般不计重力，带电小球、尘埃、液滴等带电颗粒一般要考虑重力
12、的作用。(2)注意重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力始终和运动方向垂直，永不做功的特点。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 五、洛仑兹力与现代科技1速度选择器(1)平行板中电场强度 E 和磁感应强度 B 互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。(2)带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器时的速度是 vEB。(见下图)第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 特别提醒只要带电粒子的速率满足 vEB，即使电性不同，电荷不同，也可沿直线穿出右侧小孔，而其他速率的粒子要么上偏，要么下偏，无法穿出。因此利用这个装置可
13、以用来选择某一速率的带电粒子。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 2磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能。(2)根据左手定则，如下图中的B板是发电机正极。(3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等粒子体速度为v，磁场磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差UBdv。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 一种测量血管中血流速度的仪器原理图，如图所示，在动脉血管两侧分别安装电极并加磁场，设血管直径为 2mm，磁 场 的 磁 感 应 强 感 度 为0.080T，电压表测出的电压为0.10mV，则血流速度
14、大小为_ m/s。答案：0.63m/s第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 解析：血液中有正、负离子，当血液流动时，血液中的正负离子受到洛伦兹力，使血管上、下壁出现等量异号电荷，使血管内又形成一个电场，当离子所受电场力和洛伦兹力相等时，血液上、下两壁间形成稳定电场，存在稳定电压，血液在血管中匀速流动。即qEqvB，qUd qvB，v UBd0.11030.082103m/s0.63m/s。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 考点题型设计第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 在下图所示的各图中，匀强磁场的
15、磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小和方向。洛伦兹力的大小和方向第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 解析：(1)因 vB，所以 FqvB，方向与 v 垂直斜向上。(2)v 与 B 夹角为 30，取 v 与 B 垂直分量，故 FqvBsin3012qvB，方向垂直纸面向里。(3)由于 v 与 B 平行，所以不受洛伦兹力。(4)v 与 B 垂直，故 FqvB，方向与 v 垂直斜向上。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 答案：(1)qvB 垂直 v 向左上方(2)12qvB 垂直纸
16、面向里(3)不受洛伦兹力(4)qvB 垂直 v 向左上方点评：在计算洛伦兹力的大小时，要注意v应取与B垂直的分量。洛伦兹力的方向垂直于v与B所决定的平面。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 (哈尔滨六中20142015学年高二下学期开学测试)用细线和带电小球做成的摆，把它放置在某匀强磁场中，如图所示，在带电小球摆动的过程中，连续两次经过最低点时，相同的物理量是(不计空气阻力)()A小球受到的洛伦兹力B摆线的张力C小球的速度D小球的动能答案：D第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 解析：设小球带正电，则小球向右摆到最低点时，洛伦兹力的
17、方向向上，小球向左摆到最低点时，洛伦兹力的方向向下，故A错误；设摆球所带电量为q，摆线长为r，磁感应强度为B，在最低点时的速度为v，在摆动过程中，洛伦兹力不做功，只有重力做功，机械能守恒，所以到达最低点速度相等，小球的动能相等，小球向右摆到最低点时：F1Bqvmgmv2r，小球向左摆到最低点时：F2Bqvmgmv2r，解得：F1F2，所以摆线的张力不相等，故BC错误，D正确。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 带电物体在复合场中的运动(湖南岳阳市部分重点高中20142015学年高二上学期联考)在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，有一倾角为、足够长的光滑绝缘斜面，磁
18、感应强度为B，方向垂直于纸面向外，电场方向竖直向上有一质量为m、带电荷量为q的小球静止在斜面顶端，这时小球对斜面的正压力恰好为零，如图所示，若迅速把电场方向反转为竖直向下，小球能在斜面上连续滑行多远？所用时间是多少？第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 解析：电场反转前；mgqE电场反转后，小球先沿斜面向下做匀加速直线运动，到对斜面压力减为零时开始离开斜面，此时有：qvB(mgqE)cos小球在斜面上滑行的距离为：x12vt12at2a2gsin联立得xm2gcos2q2B2sin，所用时间为tmcotqB。答案：m2gcos2q2B2sin mcotqB第三章
19、5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 点评：本题是带电粒子在复合场中的综合问题，应在分析物体受力的基础上，弄清物理过程，根据隐含的临界条件求解。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 (沈阳市重点高中协作体20132014学年高二上学期期中)如图甲所示为一个质量为m、电荷量为q的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中，(不计空气阻力)，现给圆环向右的初速度v0，在以后的运动过程中，圆环运动的速度图象正确的是()第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 答案：AD第三章 5成才之路
20、 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 解析：当qvBmg时，FN0，故f0，圆环做匀速直线运动，故A正确；当qvB0，物体作减速运动，随速度v的减小FN逐渐增大，滑动摩擦力f逐渐增大，故物体的加速度逐渐增大，即物体作加速度逐渐增大的变减速运动，故B、C错误；当qvBmg时，细杆对圆环的支持力FN方向竖直向下，FNqvBmg，故f0，物体作减速运动，随速度v的减小FN逐渐减小，滑动摩擦力f逐渐减小，故物体的加速度a fm逐渐减小，即物体作加速度逐渐减小的变减速运动，当qvBmg时，FN0，f0，圆环做匀速直线运动，故D正确。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修
21、3-1 如图所示，磁流体发电机的极板相距 d0.2m，极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，B1.0T。外电路中可变负载电阻R用导线与极板相连。电离气体以速率v1100m/s沿极板射入，极板间电离气体等效内阻r0.1，试求此发电机的最大输出功率为多大？洛伦兹力与现代科技第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 解析：S 断开时，由离子受力平衡可得 qvBqEqU/d，所以板间电压为 UBvd此发电机的电动势为E 源UBvd1.011000.2V220V当可变电阻调到 Rr0.1 时，电源的输出功率最大，最大输出功率为PmaxE2源/(4r)2202/(40.1)W121k
22、W。答案：121kW第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 (北京十二中20142015学年高二上学期期末)为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于上下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个内侧固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是()第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 A若污水中正离子较多，则前表面比
23、后表面电势高B前表面的电势一定低于后表面的电势，与哪种离子多无关C污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D污水流量Q与U成正比，与a、b无关答案：BD第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 解析：根据左手定则，正离子向后表面偏转，负离子向前表面偏转，所以后表面的电势高于前表面的电势，与离子的多少无关。故A错误、B正确。最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，有：qvBq Ub，解得UvBb，电压表的示数与离子浓度无关，v UbB，则流量Qvbc cUB，与U成正比，与a、b无关，故D正确，C错误。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 易错
24、案例剖析第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 易错点：对带电粒子在复合场中的运动情况分析不清案例：如图所示，虚线框中存在垂直纸面向外的匀强磁场B和平行纸面且与竖直平面夹角为45的斜向下的匀强电场E，有一质量为m、电荷量为q的带负电的小球在高为h处的P点从静止开始自由下落，当小球运动到复合场内时刚好做直线运动，那么()第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 A小球在复合场中一定做匀速直线运动B磁感应强度Bm 2gh2qh，场强E 2mgqC若换成带正电的小球，小球仍可能做直线运动D若同时改变小球的比荷与初始下落高度h，小球仍能沿直线通过复
25、合场第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 易错分析：错解1 根据小球做直线运动的受力要求，认为只要小球进入复合场时合外力方向与速度方向在一条直线上，小球就可以沿直线运动，忽视了小球速度变化对洛伦兹力的影响而漏选A、B项，不加分析地错选了C项；错解2 考虑问题不全面，认为同时改变小球的比荷与初始下落高度h，磁感应强度B m 2gh2qh仍然可以成立，但没有注意到改变比荷时E2mgq就不能成立，故判断小球仍能沿直线通过复合场而错选D项。第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 正确解答：小球在复合场中受到竖直向下的重力、与电场强度方向相反的电
26、场力和水平向右的洛伦兹力的作用，如图所示。其中重力和电场力是恒力，而洛伦兹力的大小与小球的速度大小成正比，若小球做的是变速运动，那么洛伦兹力也是变力，小球的合外力方向也要改变，这与题意不符，所以小球在复合场中一定做匀速直线运动，选项A正确；第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 根据小球的平衡条件可得：qvBmg，qE2 mg，又v2 2gh，联立以上各式解得磁感应强度Bm 2gh2qh，电场强度E2mgq，B正确；若换成带正电的小球，则电场力和洛伦兹力同时反向，合力不可能为零，C项错误；若要使小球沿直线通过复合场，小球的合力一定为零，所以一定要满足Bm 2gh2qh和E2mgq，若同时改变小球的比荷与初始下落高度h，以上两个式子不能同时满足，所以选项D错误。正确答案：AB第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 课堂知识构建第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 第三章 5成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-1 课 时 作 业（点此链接）
