第2章 2．4　電子束偏轉(zhuǎn)的奧秘

1、.24電子束偏轉(zhuǎn)的奧秘12分如圖2­4­1所示，兩個同心放置的同平面金屬圓環(huán)，條形磁鐵穿過圓心且與兩環(huán)平面垂直，那么通過兩圓環(huán)的磁通量a、b之間的關(guān)系是圖2­4­1AabBabCab D不能確定【解析】通過圓環(huán)的磁通量為穿過圓環(huán)的磁感線的凈條數(shù)，首先明確條形磁鐵的磁感線分布情況，另外要注意磁感線是閉合的曲線條形磁鐵的磁感線在磁鐵的內(nèi)部是從S極到N極，在磁鐵的外部是從N極到S極，內(nèi)部有多少根磁感線，外部的整個空間就有多少根磁感線同內(nèi)部磁感線構(gòu)成閉合曲線對兩個圓環(huán)，磁鐵內(nèi)部的磁感線全部穿過圓環(huán)，外部的磁感線穿過多少，磁通量就抵消多少，所以面積越大，磁通量反而

2、越小，應(yīng)選A.【答案】A22分如圖2­4­2所示，兩個完全一樣的線圈套在一程度光滑的絕緣圓柱上，線圈能自由挪動，假設(shè)兩線圈內(nèi)通有大小不等的同向電流，那么它們的運動情況是圖2­4­2A都繞圓柱轉(zhuǎn)動B以不等的加速度相向運動C以相等的加速度相向運動D以相等的加速度相背運動【解析】同向環(huán)形電流可分成很多小段直線電流元，那么不難發(fā)現(xiàn)相對應(yīng)的直線電流元方向總是一樣的，方向一樣的直線電流元是互相吸引的；也可以把環(huán)形電流等效成小條形磁鐵，異名磁極互相吸引，雖然兩電流大小不等，根據(jù)牛頓第三定律知兩線圈間的互相作用力大小相等，所以選C項【答案】C3. 3分如圖2­

3、4­3所示，長為l的通電直導體棒ab放在光滑程度絕緣軌道上，勁度系數(shù)為k的程度輕彈簧一端固定，另一端拴在棒的中點，且與棒垂直，整個裝置處于方向豎直向上、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，彈簧伸長x，棒處于靜止狀態(tài)那么圖2­4­3A導體棒中的電流方向從b流向aB導體棒中的電流大小為C假設(shè)只將磁場方向順時針緩慢轉(zhuǎn)過一小角度，那么x變大D假設(shè)只將磁場方向逆時針緩慢轉(zhuǎn)過一小角度，那么x變大【解析】由于彈簧伸長，根據(jù)左手定那么知導體棒中的電流方向從a流向b，所以A錯誤；由力的平衡條件知kxBIl，所以B正確；假如磁場方向轉(zhuǎn)過一小角度，安培力程度方向的分量均要減小，所以x變小，故C

4、、D錯誤【答案】B 43分關(guān)于對磁通量的描繪，以下說法正確的選項是A位于磁場中的一個平面垂直磁場方向時，穿過該平面的磁通量最大B穿過平面的磁通量最大時，該處的磁感應(yīng)強度一定最大C假如穿過某平面的磁通量為零，那么該處的磁感應(yīng)強度一定為零D將一平面置于勻強磁場中的任何位置，穿過該平面的磁通量總是相等【解析】由磁通量BS·cos 可知，磁通量不但與B、S有關(guān)，還與平面與該平面沿垂直磁場方向的投影面之間的夾角有關(guān)0，B不一定為零，最大，B也不一定大應(yīng)選項A正確【答案】A課標導思1.知道什么是洛倫茲力.2.會用左手定那么判斷洛倫茲力的方向，知道洛倫茲力方向的特點重點3.理解電子束的偏轉(zhuǎn)在技術(shù)上

5、的應(yīng)用難點一、奧斯特的發(fā)現(xiàn)與電視機電視機顯像管發(fā)射出的高速電子流受到一組通電線圈磁場控制，打到熒光屏的各個部位產(chǎn)生精彩紛呈的圖像奧斯特的電流磁效應(yīng)竟能被應(yīng)用的如此出神入化二、洛倫茲力1首先對磁場中運動電荷做深化研究的是荷蘭物理學家洛倫茲2磁場對運動電荷的作用力叫做洛倫茲力三、洛倫茲力的方向1斷定：由于電荷的運動相當于電流，因此，洛倫茲力的方向同樣可以用左手定那么來判斷2特點：洛倫茲力的方向處處垂直于運動電荷的速度3作用：洛倫茲力只改變運動電荷的速度方向，不改變運動電荷的速度大小，因此垂直磁場射入的電子在洛倫茲力作用下做圓周運動四、磁偏轉(zhuǎn)的應(yīng)用1別離放射線：放射性物質(zhì)衰變時，會從原子核內(nèi)發(fā)射出三

6、種射線：射線由帶正電的氦原子核組成，射線是帶負電的高速電子流，射線是不帶電的光子流，利用洛倫茲力可以把它們別分開來2質(zhì)譜儀：質(zhì)譜儀是科學研究中用來分析同位素和測量帶電粒子質(zhì)量的精細儀器當電量一樣、質(zhì)量不同的帶電粒子進入磁場后將沿不同半徑做圓周運動，在顯示屏上出現(xiàn)按質(zhì)量大小排列的假設(shè)干譜線3盤旋加速器：盤旋加速器是一種能產(chǎn)生大量高能量粒子的裝置.一、洛倫茲力與安培力的比較1在導體靜止不動時，安培力是洛倫茲力的合力，所以洛倫茲力的方向與安培力的方向是一樣，可由左手定那么來斷定判斷洛倫茲力的方向時一定要注意F垂直于v與B所決定的平面2當運動電荷的速度v的方向與磁感應(yīng)強度的方向平行時，運動電荷不受洛倫

7、茲力作用，仍以初速度做勻速直線運動而磁場中靜止的電荷也不受洛倫茲力的作用導體平行磁場方向放置時，定向運動的電荷不受洛倫茲力，所以導體也不受安培力3洛倫茲力對運動電荷永不做功，而安培力對運動導體卻可以做功由于洛倫茲力F始終垂直于電荷的運動速度v的方向，不管電荷做什么性質(zhì)的運動，也不管電荷是什么樣的運動軌跡，F(xiàn)只改變v的方向，并不改變v的大小，所以洛倫茲力對運動電荷不做功通電導體在磁場中運動后，電荷相對磁場的運動方向并不沿導體方向，所受洛倫茲力的方向也不垂直于導體，洛倫茲力垂直于導體方向的分力做正功，而沿導體方向的分力做負功，總功仍為0.導體中所有運動電荷受到的洛倫茲力，在垂直于導體方向的分力的合

8、力就是安培力，所以安培力對運動導體可以做功二、電場力與洛倫茲力的比較電場力洛倫茲力作用對象靜止或運動的電荷運動的電荷力的大小FqE與v無關(guān)FqvBvB，與v有關(guān)，當B與v平行時，F(xiàn)0力的方向平行于電場方向同時垂直于速度方向和磁場方向?qū)\動電荷的作用效果改變速度大小、方向，對運動電荷做功除初、末狀態(tài)位于同一等勢面只改變運動電荷的速度方向，對運動電荷不做功三、洛倫茲力作用下電荷的運動分三種情況1運動電荷的速度v與磁場B平行時，磁場對運動電荷無作用力，做勻速直線運動2運動電荷的速度v與磁場B垂直時，由于洛倫茲力總垂直于電荷的運動方向，所以只改變速度的方向，不改變速度的大小，所以將在磁場做勻速圓周運動

9、3運動電荷的速度v與磁場B方向夾角為時，把速度分解在垂直于磁場和平行于磁場的兩個方向上，由上述1、2可知，在這兩個方向上分別做勻速圓周運動和勻速直線運動，其合運動為等速螺線運動【特別提醒】在處理洛倫茲力的有關(guān)問題時，要切記以下幾點：1洛倫茲力方向一定與電荷的運動方向垂直，它只改變速度的方向，不改變速度的大小2在判斷洛倫茲力方向時把運動電荷看作電流，因此伸直的四指指向正電荷的運動方向或負電荷的反方向四、帶電粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)及應(yīng)用1別離放射線放射性物質(zhì)衰變時，會從原子核內(nèi)發(fā)射出三種射線：一種叫射線，由帶正電的氦原子核He組成；一種叫射線，是帶負電的高速電子流；還有一種叫射線，是不帶電的光子流利用

10、洛倫茲力，就可以把它們別分開來如圖2­4­4所示圖2­4­42顯像管的工作原理1構(gòu)造如圖2­4­5所示圖2­4­52原理：陰極發(fā)射電子，經(jīng)過偏轉(zhuǎn)線圈，偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場和電子運動方向垂直，電子受洛倫茲力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)后的電子打在熒光屏上，使熒光屏發(fā)光3掃描：偏轉(zhuǎn)區(qū)的程度方向和豎直方向都加有偏轉(zhuǎn)磁場，其方向、強弱都在不斷變化，因此電子束打在熒光屏上的光點不斷挪動，這種現(xiàn)象稱為掃描偏轉(zhuǎn)磁場的變化隨圖像信號的變化而變化，電子束打在熒光屏上就會產(chǎn)生精彩紛呈的圖像3盤旋加速器1主要由粒子源、兩個D形金屬盒、勻強磁場、粒子

11、引出裝置等組成，盤旋加速器一般放在真空容器中如圖2­4­6所示圖2­4­62盤旋加速器原理：如圖2­4­7所示，設(shè)粒子源中放出的是帶正電的粒子，以一定初速度v0進入下方D形盒中的勻強磁場做勻速圓周運動，運行到半周后回到窄縫邊緣，這時在A1、A1間加一向上的電場，粒子將在電場作用下被加速，速率由v0變?yōu)関1，然后粒子在上方的D形盒的勻強磁場中做勻速圓周運動，經(jīng)過半個周期后到達窄縫邊緣，這時在A2、A2間加一向下的電場，使粒子又一次得到加速，速率變?yōu)関2，這樣使粒子每次經(jīng)過窄縫時被加速，又通過D形盒內(nèi)的磁場盤旋到窄縫，通過反復加速使粒子到

12、達很高的能量圖2­4­7【深化探究】從盤旋加速器的原理可知，帶電粒子進入兩D型盒狹縫時電場就對其加速，那么狹縫所加電場應(yīng)該怎樣變化？提示：因為帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，它的周期確定，這樣，狹縫所加電場的方向每經(jīng)過帶電粒子在磁場中運動半個周期便改變，也就是狹縫間加一交變電流.周期與帶電粒子的運動周期一樣，那么帶電粒子就會每經(jīng)過狹縫總是被加速.4質(zhì)譜儀1用處：質(zhì)譜儀是一種測量微小帶電粒子質(zhì)量和別離同位素的儀器2原理：如圖2­4­8粒子源S產(chǎn)生質(zhì)量為m、電荷量為q的正粒子所受重力不計粒子無初速度的經(jīng)過電壓為U的電場加速后，進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中做

13、勻速圓周運動經(jīng)過半個周期后到達記錄它的照相底片P上，測得P點位置到入口處的間隔 為L，即可求得帶電粒子的質(zhì)量和比荷圖2­4­8一、左手定那么的應(yīng)用在以下選項所示的四幅圖中，正確標明了在磁場中帶正電的粒子所受洛倫茲力f方向的是【解析】由左手定那么可知，洛倫茲力的方向一定與速度和磁場垂直，故C、D均錯誤；考慮到帶電粒子帶正電，可確定選項A正確【答案】A在判斷運動電荷所受洛倫茲力方向時，要注意區(qū)分電荷的電性，假設(shè)為正電荷，四指指向正電荷的運動方向，假設(shè)為負電荷，那么四指指向負電荷運動的反方向.1多項選擇如圖2­4­9所示是表示從粒子源S以一樣速度射出的三種粒子

14、A、B、C在勻強磁場中運動的軌跡，由此可斷定【導學號：17592030】圖2­4­9A帶正電的是C粒子B帶正電的是A粒子C不帶電的是B粒子D帶負電的是A粒子【解析】粒子源發(fā)出三種不同粒子，那么三種粒子的電帶電性不同。三種粒子進入同一磁場，B不偏轉(zhuǎn)，那么B不帶，故C正確；根據(jù)左手定那么可判斷A向左偏，那么A帶正電，C向右偏，那么C帶負電，故A錯誤，B正確【答案】BC二、帶電粒子的磁偏轉(zhuǎn)及其應(yīng)用的探究顯像管原理的示意圖如圖2­4­10所示，當沒有磁場時，電子束將打在熒光屏正中央的O點，安裝在管徑上的偏轉(zhuǎn)線圈可以產(chǎn)生磁場，使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)設(shè)垂直紙面向里的磁場方

15、向為正方向，假設(shè)使高速電子流打在熒光屏上的位置由a點逐漸挪動到b點，以下磁場的變化可以使電子發(fā)生上述偏轉(zhuǎn)的是圖2­4­10【導析】1判斷電子所受洛倫茲力的方向時注意其電性2要使電子流到達光屏的位置由a點逐漸挪動到b點，磁場的方向必須是改變的【解析】電子偏轉(zhuǎn)到a點時，根據(jù)左手定那么可知，磁場方向垂直紙面向外，對應(yīng)的B­t圖的圖線就在t軸下方；電子偏轉(zhuǎn)到b點時，根據(jù)左手定那么可知，磁場方向垂直紙面向里，對應(yīng)的B­t圖的圖線應(yīng)在t軸上方，A正確【答案】A2如圖2­4­11所示，宇宙射線中存在高能帶電粒子，假設(shè)大氣層被破壞，這些粒子就會到達地

16、球，從而給地球上的生命帶來危害，根據(jù)地磁場的分布特點，判斷以下說法中正確的選項是圖2­4­11A地磁場對直射地球的宇宙射線的阻擋作用在南北兩極最強，赤道附近最弱B地磁場對直射地球的宇宙射線的阻擋作用在赤道附近最強，兩極最弱C地磁場對宇宙射線的阻擋作用在地球周圍各處一樣D地磁場對宇宙射線無阻擋作用【解析】當帶電粒子的運動方向與磁感線的方向在一條直線上時，磁場對它沒有作用力，當帶電粒子的運動方向與磁感線的方向垂直時，磁場對它的作用力最大，根據(jù)地磁場的方向和宇宙射線的入射方向不難斷定，選項B正確【答案】B1如下圖，能正確表示運動電荷在磁場中受力方向的關(guān)系的是【解析】洛倫茲力f方向

17、既垂直于速度v，也垂直于磁感應(yīng)強度B，假設(shè)v與B平行或反平行，那么f洛0，由左手定那么逐一判斷可知，選項A正確【答案】A2如圖2­4­12所示，一細線懸吊小球，在垂直于勻強磁場方向的豎直平面內(nèi)擺動，C點為小球運動的最低位置，那么圖2­4­12A小球從等高的A點、B點分別擺至C點時速度大小相等B小球從等高的A點、B點分別擺至C點時，小球從A點至C點時的速度大C假如小球帶正電，那么小球從A點擺至C點的速度比從B點擺至C點時大D假如小球帶負電，那么小球從A點擺至C點的速度比從B點擺至C點時大【解析】由于洛倫茲力對運動小球不做功，所以不管是正電荷還是負電荷，不管是從A點擺至C點，還是從B點擺至C點，機械能均守恒，所以B，C，D錯，A對【答案】A3以下說法正確的選項是A洛倫茲力的方向一定既平行于磁場方向又平行于電荷的運動方向B洛倫茲力的方向一定既垂直于磁場方向又垂直于電荷的運動方向C洛倫茲力的方向垂直于磁場的方向，平行于電荷運動的方向D洛倫茲力對運動電荷做正功【解析】洛倫茲力的方向一定既垂直于磁場方向又垂直于電荷的運動方向，洛倫茲力不做功【答案】B4一個長螺線管中通有電流，把一個帶電粒子沿中軸線方向射入假設(shè)不計重力影響，粒子將在管中A做圓周運動B沿軸線來回運動C做勻加速直