2019-2020學(xué)年高中物理 第三章 磁場 5 運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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5運動電荷在磁場中受到的力 知識自學(xué) 自我檢測 一 洛倫茲力的方向閱讀教材第95頁第一自然段至教材第96頁圖3 5 2 知道洛倫茲力的定義 了解洛倫茲力的方向判斷法則 1 洛倫茲力運動電荷在磁場中受到的力 2 洛倫茲力的方向左手定則 伸開左手 使拇指與其余四個手指垂直 并且都與手掌在同一個平面內(nèi) 讓磁感線從掌心進入 并使四指指向正電荷運動的方向 這時拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向 負(fù)電荷受力的方向與正電荷受力的方向相反 知識自學(xué) 自我檢測 二 洛倫茲力的大小閱讀教材第96頁 思考與討論 至教材第97頁第一自然段 初步了解洛倫茲力的公式推導(dǎo)過程 知道洛倫茲力的計算公式 1 安培力與洛倫茲力的關(guān)系電荷定向移動時所受洛倫茲力的矢量和 在宏觀上表現(xiàn)為通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力 2 電荷在磁場中受到洛倫茲力需要滿足的條件只有電荷的運動方向與磁場方向有一定夾角時才會受到洛倫茲力 3 洛倫茲力的計算公式F qvBsin 其中q為電荷的電荷量 單位庫侖 C v為電荷運動的速度 單位米每秒 m s B為磁場的磁感應(yīng)強度 單位特斯拉 T 為電荷運動的方向與磁感應(yīng)強度方向的夾角 知識自學(xué) 自我檢測 三 電視機顯像管的工作原理閱讀教材第97 98頁 電視機顯像管的工作原理 部分 知道電視機顯像管的結(jié)構(gòu) 初步了解其工作原理 1 電視機顯像管的構(gòu)成由電子槍 偏轉(zhuǎn)線圈和熒光屏構(gòu)成 2 電子束在熒光屏上的移動規(guī)律 1 電子束在熒光屏上從左至右掃描一行之后迅速返回 再做下一行掃描 直到熒光屏的下端 2 電子束從最上一行到最下一行掃描一遍叫作一場 電視機中每秒要進行50場掃描 由于人的 視覺暫留 我們感到整個熒光屏在發(fā)都光 知識自學(xué) 自我檢測 1 正誤判斷 1 運動電荷在磁感應(yīng)強度不為零的地方 一定會受到洛倫茲力的作用 解析 若運動電荷的運動方向與磁感應(yīng)強度方向平行 則電荷受到的洛倫茲力為零 答案 2 運動電荷在某處不受洛倫茲力的作用 則該處的磁感應(yīng)強度一定為零 解析 若運動電荷在某處不受洛倫茲力的作用 則可能是電荷的運動方向與磁場的方向平行 也可能是磁感應(yīng)強度為零 答案 知識自學(xué) 自我檢測 3 電荷垂直磁場運動時所受洛倫茲力最小 平行磁場運動時所受洛倫茲力最大 答案 4 用左手定則判斷洛倫茲力方向時 四指的指向 與電荷定向移動方向相同 解析 用左手定則判斷洛倫茲力方向時 四指的指向 與正電荷定向移動的方向一致 與負(fù)電荷定向移動的方向相反 答案 5 電視顯像管是靠磁場使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)的 解析 電視顯像管中電子束是在磁場的洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)的 答案 知識自學(xué) 自我檢測 2 下列說法正確的是 A 根據(jù)F Bqv可得 磁感應(yīng)強度等于運動電荷垂直于磁場運動時所受磁場力和電荷量與速度之積的比值B 根據(jù)F Bqv可得 磁感應(yīng)強度與運動電荷垂直于磁場運動時所受磁場力成正比 與電荷量與速度之積成反比C 靜止電荷產(chǎn)生電場 運動電荷只產(chǎn)生磁場D 靜止電荷在磁場中不受力 運動電荷在磁場中一定受力解析 磁場中某點磁感應(yīng)強度大小取決于磁場本身 與運動電荷的受力 電荷量和速度無關(guān) 選項A對B錯 運動電荷也產(chǎn)生電場 選項C錯誤 若運動電荷的運動方向與磁場方向平行 則不受力作用 選項D錯誤 答案 A 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 要點提示 左手定則 洛倫茲力的方向問題探究如圖所示 用陰極射線管研究磁場對運動電荷的作用 不同方向的磁場對電子束徑跡有不同的影響 電荷偏轉(zhuǎn)方向與磁場方向 電子運動方向的關(guān)系滿足怎樣的規(guī)律 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 1 決定洛倫茲力方向的三個因素電荷的電性 正 負(fù) 速度方向 磁感應(yīng)強度的方向是決定洛倫茲力方向的三個要素 當(dāng)電性一定時 其他兩個因素決定洛倫茲力的方向 如果只讓一個因素相反 則洛倫茲力方向必定相反 如果同時讓兩個因素相反 則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔?2 F B v三者方向間的關(guān)系 1 電荷運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 2 電荷運動方向和磁場方向確定洛倫茲力方向 3 F B F v 即F垂直于B和v所決定的平面 洛倫茲力與粒子運動方向 磁感應(yīng)強度方向的關(guān)系 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 3 洛倫茲力的特點 1 洛倫茲力的方向隨電荷運動方向的變化而變化 但無論怎樣變化 洛倫茲力都與運動方向垂直 2 洛倫茲力永不做功 它只改變電荷的運動方向 不改變電荷的速度大小 確定洛倫茲力的方向需明確運動電荷的電性 特別注意負(fù)電荷的運動方向與左手四指的指向應(yīng)相反 當(dāng)v與B不垂直時 磁感線不是垂直穿過掌心 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 例題1 如圖所示的磁感應(yīng)強度B 電荷的運動速度v和磁場對電荷的作用力F的相互關(guān)系圖中 畫得正確的是 其中B F v兩兩垂直 解析 由于B F v兩兩垂直 根據(jù)左手定則得 A B D選項中電荷所受的洛倫茲力都與圖示F的方向相反 故A B D錯誤 C正確 答案 C 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 用左手定則判斷洛倫茲力方向時 要特別注意以下關(guān)系 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 洛倫茲力的大小如圖所示 磁場的磁感應(yīng)強度為B 設(shè)磁場中有一段通電導(dǎo)線 橫截面積為S 單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n 每個自由電荷的電荷量為q且定向運動的速率都是v 1 圖中一段長度為vt的導(dǎo)線中的粒子數(shù)是多少 導(dǎo)線中的電流為多大 2 圖中一段長度為vt的導(dǎo)線在磁場中所受安培力多大 3 每個自由電荷所受洛倫茲力多大 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 2 洛倫茲力大小的理解要點洛倫茲力 F qvBsin 為電荷運動的方向與磁感應(yīng)強度方向的夾角 1 當(dāng) 90 時 即電荷運動方向與磁場方向垂直時 洛倫茲力最大 F qvB 2 當(dāng) 0 或 180 時 即電荷運動方向與磁場方向平行時 F 0 3 當(dāng)v 0 即電荷在磁場中靜止時 F 0 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 例題2 如圖所示 各圖中的勻強磁場的磁感應(yīng)強度均為B 帶電粒子的速率均為v 所帶電荷量均為q 試求出圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小 并指出洛倫茲力的方向 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 解析 1 因v B 所以F qvB 方向垂直于v指向左上方 2 v與B的夾角為30 將v分解成垂直于磁場的分量和平行于磁場的分量 v vsin30 F qvBsin30 方向垂直于紙面向里 3 由于v與B平行 所以不受洛倫茲力 4 v與B垂直 F qvB 方向垂直于v指向左上方 答案 1 qvB垂直于v指向左上方 2 垂直于紙面向里 3 不受洛倫茲力 4 qvB垂直于v指向左上方 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 計算洛倫茲力的大小時 應(yīng)注意弄清v與磁感應(yīng)強度B的方向關(guān)系 1 當(dāng)v B時 洛倫茲力F qvB 2 當(dāng)v B時 F 0 3 當(dāng)v與B成 角 0 90 時 應(yīng)將v 或B 進行分解取它們垂直的分量計算 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 帶電粒子 物體 在磁場中的運動問題在兩平行金屬板間 有如圖所示的互相正交的勻強電場和勻強磁場 粒子 帶正電 以速度v0從兩極板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時 恰好能沿直線勻速通過 則 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 1 若質(zhì)子 帶正電 以速度v0從兩極板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時 質(zhì)子將向哪偏轉(zhuǎn) 2 若電子以速度v0從兩極板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時 電子將向哪偏轉(zhuǎn) 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極板正中央射入 質(zhì)子將向哪偏轉(zhuǎn) 4 若增大勻強磁場的磁感應(yīng)強度 其他條件不變 電子以速度v0沿垂直于電場和磁場的方向 從兩極板正中央射入時 電子將向哪偏轉(zhuǎn) 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 要點提示 設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m 電荷量為q 勻強電場的電場強度為E 勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B 帶電粒子以速度v0垂直射入互相正交的勻強電場和勻強磁場中時 若粒子帶正電荷 則所受電場力方向向下 大小為qE 所受洛倫茲力方向向上 大小為qv0B 沿直線勻速通過時 顯然有qv0B qE 即沿直線勻速通過時 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 洛倫茲力方向向下 上述結(jié)論仍然成立 所以 1 2 兩問中均不偏轉(zhuǎn) 若質(zhì)子以大于v0的速度射入兩極板之間 由于洛倫磁力F Bqv v v0 洛倫茲力將大于電場力 質(zhì)子帶正電荷 將向上偏轉(zhuǎn) 磁場的磁感應(yīng)強度B增大時 電子射入的其他條件不變 所受洛倫茲力F Bqv0也增大 電子帶負(fù)電荷 所受洛倫茲力方向向下 將向下偏轉(zhuǎn) 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 1 帶電粒子在勻強磁場中無約束情況下做直線運動的兩種情景 1 速度方向與磁場平行 不受洛倫茲力作用 可做勻速直線運動也可在其他力作用下做變速直線運動 2 速度方向與磁場不平行 且除洛倫茲力外的各力均為恒力 若軌跡為直線則必做勻速直線運動 帶電粒子所受洛倫茲力也為恒力 2 洛倫茲力考查角度多 因而涉及洛倫茲力的題目往往較為綜合 解題時可按以下步驟分析 1 確定研究對象 進行受力分析 注意帶電粒子在勻強磁場中 若速度方向與磁場方向不平行 則受洛倫茲力 2 根據(jù)已知條件 結(jié)合牛頓運動定律和運動學(xué)規(guī)律 列方程求解 3 若涉及能量 可根據(jù)動能定理或能量守恒定律 列方程求解 同時注意洛倫茲力始終與帶電粒子速度方向垂直 因而對帶電粒子不做功 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 例題3 兩個完全相同的帶等量的正電荷的小球a和b 從同一高度自由落下 分別穿過高度相同的水平方向的勻強電場和勻強磁場 如圖所示 然后再落到地面上 1 設(shè)兩球運動所用的總時間分別為ta tb 則 A ta tbB ta tbC ta tbD 條件不足 無法比較 2 小球落地時的動能Eka與Ekb相等嗎 思考問題 1 電場力的方向向哪 洛倫茲力的方向向哪 答案 電場力始終向右 洛倫茲力始終垂直于速度方向 2 電場力對電荷做正功還是負(fù)功 洛倫茲力呢 答案 電場力做正功 洛倫茲力不做功 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 解析 分析兩球在豎直方向上的受力和運動情況 1 a球進入勻強電場后 始終受到水平向右的靜電力F電 qE作用 這個力不會改變a在豎直方向運動的速度 故它下落的總時間ta與沒有電場時自由下落的時間t0相同 b球以某一速度進入勻強磁場瞬間它就受到水平向右的洛倫茲力作用 這個力只改變速度方向 會使速度方向向右發(fā)生偏轉(zhuǎn) 又因為洛倫茲力始終與速度方向垂直 當(dāng)速度方向變化時 洛倫茲力的方向也發(fā)生變化 不再沿水平方向 如圖為小球b在磁場中某一位置時的受力情況 從圖中可以看出洛倫茲力F洛的豎直分量F1會影響小球豎直方向的運動 使豎直下落的加速度減小 小于g 故其下落的時間tb大于沒有磁場時小球自由下落的總時間t0 綜上所述 ta tb 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 答案 1 C 2 不相等 2 設(shè)兩球運動的豎直高度為h a球運動的水平位移為x 則對a球 Eka mgh qEx 對b球 Ekb mgh 則Eka Ekb 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 探究三 當(dāng)堂檢測 探究一 探究二 1 2 3 1 多選 下列說法正確的是 A 運動的電荷在磁場中可能受到洛倫茲力的作用B 帶電粒子在勻強磁場中運動 受到的洛倫茲力做正功C 洛倫茲力不改變帶電粒子的速度方向D F必定垂直于B v 但B不一定垂直于v解析 運動電荷的運動方向與磁場方向平行時不受洛倫茲力 運動方向與磁場方向不平行時受到洛倫茲力的作用 A對 洛倫茲力方向始終與速度方向垂直 只改變速度方向 不改變速度大小 不做功 B C錯 由左手定則可知F B F v B與v可以不垂直 故D對 答案 AD 探究三 當(dāng)堂檢測 探究一 探究二 1 2 3 2 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 向下偏轉(zhuǎn)C 向紙里偏轉(zhuǎn)D 向紙外偏轉(zhuǎn)解析 由題圖可知 直導(dǎo)線電流的方向由左向右 根據(jù)安培定則 可判定直導(dǎo)線下方的磁場方向為垂直于紙面向里 而電子運動方向由左向右 由左手定則知 電子帶負(fù)電荷 四指要指向電子運動方向的反方向 電子將向下偏轉(zhuǎn) 故B選項正確 答案 B 探究三 當(dāng)堂檢測 探究一 探究二 1 2 3 3 一個質(zhì)量為m 0 1g的小滑塊 帶有q 5 10 4C的電荷量 放置在傾角 30 的光滑斜面上 絕緣 斜面固定且置于B 0 5T的勻強磁場中 磁場方向垂直紙面向里 如圖所示 小滑塊由靜止開始沿斜面滑下 斜面足夠長 小滑塊滑至某一位置時 要離開斜面 g取10m s2 保留兩位有效數(shù)字 1 小滑塊帶何種電荷 2 小滑塊離開斜面時的瞬時速度多大 3 該斜面長度至少多長 探究三 當(dāng)堂檢測 探究一 探究二 1 2 3 解析 1 小滑塊在沿斜面下滑的過程中 受重力mg 斜面支持力FN和洛倫茲力F作用 如圖所示 若要使小滑塊離開斜面 則洛倫茲力F應(yīng)垂直斜面向上 根據(jù)左手定則可知 小滑塊應(yīng)帶負(fù)電荷 2 小滑塊沿斜面下滑的過程中 由平衡條件得F FN mgcos 當(dāng)支持力FN 0時 小滑塊脫離斜面 設(shè)此時小滑塊速度為vmax 則此時小滑塊所受洛倫茲力F qvmaxB 探究三 當(dāng)堂檢測 探究一 探究二 1 2 3 答案 1 負(fù)電荷 2 3 5m s 3 1 2m