2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場 3.5 運(yùn)動電荷在磁場中受到的力課件 新人教版選修3-1.ppt

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1、5 運(yùn)動電荷在磁場中受到的力,【自主預(yù)習(xí)】 1.洛倫茲力： (1)定義：_____電荷在磁場中所受的力。 (2)與安培力的關(guān)系：通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培 力是洛倫茲力的_________，而洛倫茲力是安培力的微觀解釋。,運(yùn)動,宏觀表現(xiàn),2.洛倫茲力的方向： (1)左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂 直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)。讓磁感線從_____ 進(jìn)入，并使_____指向正電荷運(yùn)動方向，這時(shí)_____ 所指的方向就是運(yùn)動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。,掌心,四指,拇指,,(2)特點(diǎn)：洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動方向和磁場方 向都_____，洛倫茲力只改變帶電粒子的運(yùn)動方向， 不改

2、變速度大小，對電荷__(A.做功 B.不做功)。,垂直,B,,3.洛倫茲力的大小： (1)公式：F=_________，其中θ為速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角。 (2)當(dāng)v⊥B時(shí)，F(xiàn)=____。 (3)當(dāng)v∥B時(shí)，F(xiàn)=__。,qvBsinθ,qvB,0,,4.電視顯像管的工作原理： (1)電視顯像管應(yīng)用了電子束_______的原理。 (2)掃描：電子束打在熒光屏上的位置在_________的控制下一行一行地不斷移動。 (3)偏轉(zhuǎn)線圈：產(chǎn)生使電子束偏轉(zhuǎn)的_____。,磁偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)磁場,磁場,,【預(yù)習(xí)小測】 1.如圖所示為電視顯像管偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖，當(dāng)線圈通以圖示的直流電時(shí)，一束沿著管頸射向紙內(nèi)的

3、電子將( ),,A.向上偏轉(zhuǎn) B.向下偏轉(zhuǎn) C.向右偏轉(zhuǎn) D.向左偏轉(zhuǎn),,【解析】選C。由導(dǎo)線中電流的方向以及螺線管的環(huán)繞方向，可判斷出兩側(cè)螺線管的上方均為N極，故中點(diǎn)圓心處的磁場方向是豎直向下的，又由于電子束射向紙內(nèi)，故電流方向垂直于紙面向外，根據(jù)左手定則可判斷出電子束所受洛倫茲力方向向右，故正確答案為C。,,2.兩個(gè)帶電粒子以相同的速度垂直磁感線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，兩粒子質(zhì)量之比為1∶4，電荷量之比為1∶2，則兩帶電粒子所受洛倫茲力之比為( ) A.2∶1 B.1∶1 C.1∶2 D.1∶4 【解析】選C。由F=Bqv可知，F(xiàn)∝q，與質(zhì)量無關(guān)，故只有C正確。,,3.如圖所示，關(guān)于對

4、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動的方向描述正確的是( ),,【解析】選B。根據(jù)左手定則可知A圖中洛倫茲力向下，故A錯(cuò)誤，B圖中洛倫茲力方向向上，故B正確；C圖中洛倫茲力向上，故C錯(cuò)誤；D圖中向下，故D錯(cuò)誤。,主題一 洛倫茲力的方向 【互動探究】 給陰極射線管兩極加上電壓，使陰極射線管工作起來，就能夠觀察到電子束沿直線運(yùn)動。把陰極射線管放置在蹄形磁鐵兩極之間，可以改變磁場方向，觀察在不同方向的磁場作用下電子束的偏轉(zhuǎn)情況，思考并探究下列問題：,,(1)當(dāng)陰極射線管加上磁場后觀察到的現(xiàn)象是什么？這一現(xiàn)象說明了什么？ 提示：加上磁場后電子束發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。說明磁場對運(yùn)動電荷有作用力(洛倫茲力)；磁場方向不同，偏轉(zhuǎn)

5、方向也不同。說明洛倫茲力的方向與磁場方向有關(guān)。,,(2)請根據(jù)電子束受力方向與磁場方向的關(guān)系，探究受力方向與磁場方向、電子的運(yùn)動方向之間的關(guān)系是否滿足左手定則？怎樣應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力的方向？,,提示：可以用左手定則判斷洛倫茲力的方向：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向正電荷運(yùn)動方向，這時(shí)拇指所指的方向就是運(yùn)動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。,,【探究總結(jié)】 1.三個(gè)決定洛倫茲力方向的因素：電荷的電性(正、負(fù))、速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。當(dāng)電性一定時(shí)，其他兩個(gè)因素決定洛倫茲力的方向，如果只讓一個(gè)因素相反，則洛倫茲力方向必定相

6、反；如果同時(shí)讓兩個(gè)因素相反，則洛倫茲力方向不變。,2.F、B、v三者方向間的關(guān)系：電荷運(yùn)動方向和磁場方向間沒有因果關(guān)系，兩者關(guān)系是不確定的。電荷運(yùn)動方向和磁場方向確定洛倫茲力方向，F(xiàn)⊥B，F(xiàn)⊥v，即F垂直于B和v所決定的平面。 3.洛倫茲力的特點(diǎn)：洛倫茲力的方向隨電荷運(yùn)動方向的變化而變化。但無論怎樣變化，洛倫茲力都與運(yùn)動方向垂直，故洛倫茲力永不做功，它只改變電荷的運(yùn)動方向，不改變電荷的速度大小。,4.洛倫茲力與電場力的區(qū)別：,,,【拓展延伸】應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力方向的注意事項(xiàng) 在用左手定則判斷運(yùn)動的電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向時(shí)，對于正電荷，四指指向電荷的運(yùn)動方向。但對于負(fù)電荷，四指應(yīng)指

7、向電荷運(yùn)動的反方向。不要誤以為四指總是指向電荷的運(yùn)動方向。,,【典例示范】 下列各圖中，運(yùn)動電荷的速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和電荷的受力方向之間的關(guān)系正確的是( ),,【解題指南】解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)： (1)洛倫茲力方向與磁場方向、正電荷運(yùn)動方向三者之間滿足左手定則。 (2)當(dāng)速度方向與磁場平行時(shí)，不受洛倫茲力。,,【解析】選B。根據(jù)左手定則，A中F方向應(yīng)向上，B中F方向應(yīng)向下，故A錯(cuò)、B對。C、D中都是v∥B，F(xiàn)=0，故C、D都錯(cuò)。,,【探究訓(xùn)練】 1.在陰極射線管中電子流方向由左向右，其上方放置一根通有如圖所示電流的直導(dǎo)線，導(dǎo)線與陰極射線管平行，則電子將( ) A.向上偏轉(zhuǎn) B.向下

8、偏轉(zhuǎn) C.向紙里偏轉(zhuǎn) D.向紙外偏轉(zhuǎn),,【解析】選B。由題圖可知，直線電流的方向由左向右，根據(jù)安培定則，可判定直導(dǎo)線下方的磁場方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蚶?，而電子運(yùn)動方向由左向右，由左手定則知(電子帶負(fù)電荷，四指要指向電子運(yùn)動方向的反方向)，電子將向下偏轉(zhuǎn)，故B選項(xiàng)正確。,,2.中國宋代科學(xué)家沈括在《夢溪筆談》中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也?！边M(jìn)一步研究表明，地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖。結(jié)合上述材料，下列說法不正確的是( ),A.地理南、北極與地磁場的南、北極不重合 B.地球內(nèi)部也存在磁場，地磁南極在地理北極附近 C.地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平

9、行 D.地磁場對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用,【解析】選C。地理南、北極與地磁場存在一個(gè)夾角，稱為磁偏角，故地理南、北極與地磁場的南、北極不重合，A正確；地磁南極在地理的北極附近，地磁北極在地理南極附近，B正確；由于地磁場中某點(diǎn)的磁場方向沿該點(diǎn)的磁感線切線方向，故只有赤道處磁場方向與地面平行，C錯(cuò)誤；在赤道處磁場方向水平，,而射線是帶電的粒子，運(yùn)動方向垂直磁場方向，根據(jù)左手定則可得射向赤道的帶電宇宙射線粒子受到洛倫茲力的作用，D正確。,3.在兩平行金屬板間，有如圖所示的互相正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場。α粒子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時(shí)，恰好能沿直線勻速通過。

10、供下列各小題選擇的答案有( ) A.不偏轉(zhuǎn) B.向上偏轉(zhuǎn) C.向下偏轉(zhuǎn) D.向紙內(nèi)或紙外偏轉(zhuǎn),,(1)若質(zhì)子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時(shí)，質(zhì)子將________。 (2)若電子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時(shí)，電子將________。,,(3)若質(zhì)子以大于v0的速度，沿垂直于電場方向和磁場方向從兩板正中央射入，質(zhì)子將________。 (4)若增大勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，其他條件不變，電子以速度v0沿垂直于電場和磁場的方向，從兩板正中央射入時(shí)，電子將________。,【解析】設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m，帶電荷量為q，勻強(qiáng) 電場的電場強(qiáng)度為E、勻強(qiáng)磁場的

11、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。帶 電粒子以速度v0垂直射入互相正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng) 磁場中時(shí)，若粒子帶正電荷，則所受電場力方向向 下，大小為qE；所受磁場力方向向上，大小為Bqv0。 沿直線勻速通過時(shí)，顯然有Bqv0=qE，v0= ，,即沿直線勻速通過時(shí)，帶電粒子的速度與其質(zhì)量、電荷量無關(guān)。如果粒子帶負(fù)電荷，電場力方向向上，磁場力方向向下，上述結(jié)論仍然成立。所以，(1)(2)兩小題應(yīng)選A。若質(zhì)子以大于v0的速度射入兩板之間，由于磁場力F=Bqv，磁場力將大于電場力，質(zhì)子帶正電荷，將向上偏轉(zhuǎn)，第(3)小題應(yīng)選B。磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大時(shí)，電子射入的其他條件不變，,,所受磁場力F=Bqv0也增大，電子帶負(fù)電荷，

12、所受磁場力方向向下，將向下偏轉(zhuǎn)，所以第(4)小題應(yīng)選C。 答案：(1)A (2)A (3)B (4)C,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.關(guān)于電場力與洛倫茲力，以下說法正確的是( ) A.電荷只要處在電場中，就會受到電場力，而電荷靜止在磁場中，也可能受到洛倫茲力 B.電場力對在電場中的電荷一定會做功，而洛倫茲力對在磁場中的電荷卻不會做功,,C.電場力與洛倫茲力一樣，受力方向都在電場線和磁感線上 D.只有運(yùn)動的電荷在磁場中才有可能受到洛倫茲力的作用,,【解析】選D。靜止在磁場中的電荷不可能受到洛倫茲力，A錯(cuò)；盡管電場力對電荷可以做功，但如果電荷在電場中不動或沿等勢面移動，電場力做功為零，B錯(cuò)；洛倫茲力的方向與

13、磁感線垂直，與運(yùn)動方向垂直，C錯(cuò)。只有D是正確的。,2.一束混合粒子流從一發(fā)射源射出后，進(jìn)入如圖所示的磁場，分離為1、2、3三束，則不正確的是( ) A.1帶正電 B.1帶負(fù)電 C.2不帶電 D.3帶負(fù)電,,【解析】選B。根據(jù)左手定則，正電荷粒子向左偏，即1；不偏轉(zhuǎn)說明不帶電，即2；帶負(fù)電的粒子向右偏，即3，因此答案為B。,主題二 洛倫茲力的大小 電視機(jī)顯 像管的工作原理 【互動探究】 情景1：電荷的定向移動形成電流，在磁場中電流會受到安培力的作用，其實(shí)安培力就是電荷在磁場中所受洛倫茲力的矢量和，安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。,情景2：電視機(jī)顯像管陰極能夠發(fā)射電子，電子打到熒光屏上就能發(fā)光，

14、電子束在偏轉(zhuǎn)磁場的洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn)，是電視機(jī)產(chǎn)生圖象的前提。,,試結(jié)合上述兩種情景，討論下列問題： (1)請你根據(jù)情景1，建立物理模型，探究洛倫茲力的計(jì)算公式是怎樣推導(dǎo)出來的。,提示：如圖，設(shè)導(dǎo)體內(nèi)單位體積上自由電荷數(shù)為n，自 由電荷的電荷量為q，定向移動的速度為v，設(shè)長度為 L的導(dǎo)線中的自由電荷在t秒內(nèi)全部通過面積為S的截面 A，則通過的電荷量Q=nqSL=nqSvt，當(dāng)導(dǎo)體與磁場垂 直時(shí)，F(xiàn)安=BIL=B L=B L=BqvSnL，所以洛倫 茲力F= ，故F=qvB。當(dāng)電荷運(yùn)動方向與磁場方向夾 角為θ時(shí)，電荷所受的洛倫茲力為F=qvBsinθ。,(2)情景2中，要使電子打在A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場

15、應(yīng)該沿什么方向？ 提示：由左手定則可知，要使電子打在A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該垂直紙面向外。,,(3)情景2中，要使電子在熒光屏的位置從A點(diǎn)向B點(diǎn)逐漸移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？ 提示：要使電子從A點(diǎn)向B點(diǎn)逐漸移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該先垂直紙面向外并逐漸減小，然后垂直紙面向里并逐漸增大。,【探究總結(jié)】 洛倫茲力與安培力的區(qū)別和聯(lián)系,【拓展延伸】安培力與洛倫茲力做功與不做功的問題 安培力是洛倫茲力的宏觀表觀，但洛倫茲力永不做功，安培力可以做功。因?yàn)槁鍌惼澚Ψ较蚩偸桥c電荷速度方向垂直，故不做功；而安培力方向總是與電流方向垂直，但不一定與導(dǎo)體的運(yùn)動方向垂直，故可以做功。,【典例示范】 (多選)質(zhì)量為m、帶電量為q

16、的小球，從傾角為θ的光滑絕緣斜面上由靜止下滑，整個(gè)斜面置于方向水平向外的勻強(qiáng)磁場中，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，如圖所示。若小球下滑后某時(shí)刻對斜面的作用力恰好為零，下面說法中正確的是( ),A.小球帶正電 B.小球在斜面上運(yùn)動時(shí)做勻加速直線運(yùn)動 C.小球在斜面上運(yùn)動時(shí)做加速度增大，而速度也增 大的變加速直線運(yùn)動 D.小球在斜面上下滑過程中，當(dāng)小球?qū)π泵鎵毫?零時(shí)的速率為,【解題指南】解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)： (1)洛倫茲力的方向總是與速度方向垂直，速度方向不變時(shí)，洛倫茲力方向也不變化。 (2)洛倫茲力大小隨速度的增加而增大。,【解析】選A、B、D。要使小球?qū)π泵娴膲毫榱悖?小球所受洛倫茲力的方向應(yīng)該

17、垂直于運(yùn)動方向向上， 根據(jù)左手定則可以判斷A正確；對小球受力分析可以 判斷小球受的合外力大小為mgsinθ，所以小球做勻 加速直線運(yùn)動，B正確，C錯(cuò)誤；當(dāng)小球?qū)π泵鎵毫?零時(shí)，qvB=mgcosθ，所以v= ，D正確。,【探究訓(xùn)練】 1.如圖所示，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場，一束電子流以初速度v從水平方向射入，為了使電子流經(jīng)過磁場時(shí)不偏轉(zhuǎn)(不計(jì)重力)，則磁場區(qū)域內(nèi)必須同時(shí)存在一個(gè)勻強(qiáng)電場，這個(gè)電場的場強(qiáng)大小和方向是( ),A. ，豎直向上 B. ，水平向左 C.Bv，垂直于紙面向里 D.Bv，垂直于紙面向外,,【解析】選C。使電子流經(jīng)過磁場時(shí)不偏轉(zhuǎn)，垂直運(yùn)動方向合力必須

18、為零，又因電子所受洛倫茲力方向垂直紙面向里，故所受電場力方向必須垂直紙面向外，且與洛倫茲力等大，即Eq=qvB，故E=vB；電子帶負(fù)電，所以電場方向垂直于紙面向里。,,2.有關(guān)洛倫茲力和安培力的描述，正確的是( ) A.通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中一定受到安培力的作用 B.安培力是大量運(yùn)動電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) C.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動受到的洛倫茲力做正功 D.通電直導(dǎo)線在磁場中受到的安培力方向與磁場方向平行,,【解析】選B。當(dāng)通電直導(dǎo)線放置的方向與勻強(qiáng)磁場的方向平行時(shí)，通電直導(dǎo)線不受安培力的作用，則A錯(cuò)誤；安培力是大量運(yùn)動電荷所受的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，B正確；由于帶電粒子所受的洛倫茲力的方

19、向與粒子的速度方向始終是垂直的，因此洛倫茲力不做功，C錯(cuò)誤；由左手定則可知，磁場的方向與安培力的方向垂直，D錯(cuò)誤。,3.(2018昆明高二檢測)顯像管原理的示意圖如圖 所示，當(dāng)沒有磁場時(shí)，電子束將打在熒光屏正中央的 O點(diǎn)，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向?yàn)檎?向，若使高速電子流打在熒光屏上的位置由a點(diǎn)逐漸 移動到b點(diǎn)，下列磁場的變化能夠使電子發(fā)生上述偏 轉(zhuǎn)的是( ),,【解析】選A。電子偏轉(zhuǎn)到a點(diǎn)時(shí)，根據(jù)左手定則可知，磁場方向垂直紙面向外，對應(yīng)的B-t圖的圖線就在t軸下方；電子偏轉(zhuǎn)到b點(diǎn)時(shí)，根據(jù)左手定則可知，磁場方向垂直紙面向里，對應(yīng)的B-t圖

20、的圖線應(yīng)在t軸上方，A正確。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.如圖所示，帶負(fù)電荷的擺球在一勻強(qiáng)磁場中擺動。勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里。擺球在A、B間擺動過程中，由A擺到最低點(diǎn)C時(shí)，擺線拉力大小為F1，擺球加速度大小為a1；由B擺到最低點(diǎn)C時(shí)，擺線拉力大小為F2，擺球加速度大小為a2，則( ),,A.F1>F2，a1=a2 B.F1F2，a1>a2 D.F1