高二物理人教選修3-1第三章第5節(jié)《運動電荷在磁場中受到的力》（新人教）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 5運動電荷在磁場中受到的力 1 洛倫茲力 在磁場中受到的力稱為洛倫茲力 2 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 從掌心進(jìn)入 并使四指指向 運動的方向 這時拇指所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受 的方向 負(fù)電荷受力的方向與正電荷受力的方向 運動電荷 磁感線 正電荷 洛倫茲力 相反 3 洛倫茲力的大小帶電量為q的粒子 以速率v進(jìn)入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中 1 當(dāng)帶電粒子的運動方向與磁場方向平行時 洛倫茲力f 2 當(dāng)帶電粒子的運動方向與磁場方向垂直時 洛倫茲力f 3 當(dāng)帶電粒子的運動方向與磁場方向的夾角為 時 洛倫茲 力f qvB qvBsin 0 4 電視顯像管的工作原理 陰極發(fā)射 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 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 電子 洛倫茲力 知識點1洛倫茲力的方向 太陽風(fēng)是一種連續(xù)存在 來自太陽并以200 800km s的速度運動的帶電粒子流 太陽風(fēng)對地球的影響很大 當(dāng)它抵達(dá)地球時 往往引起很大的磁暴 且會在地球兩極形成絢麗多彩如同夢幻般的極光 圖3 5 1 討論 1 運動電荷在磁場中受到的力稱為 力的方向 可用 定則來判斷 洛倫茲力 左手 2 為什么會在地球兩極形成極光 太陽風(fēng)是太陽噴射出的帶電粒子流 當(dāng)太陽風(fēng)進(jìn)入地磁場時 由于地磁場的作用 太陽風(fēng)中的帶電粒子進(jìn)入地球南北兩極地區(qū) 兩極的高層大氣 受到太陽風(fēng)的轟擊后會發(fā)出光芒 形成極光 1 洛倫茲力方向的判斷 1 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(jìn)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運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向 2 判斷負(fù)電荷在磁場中運動受洛倫茲力的方向 四指要指 向負(fù)電荷運動的相反方向 也就是電流的方向 2 對洛倫茲力方向的理解 1 決定洛倫茲力方向的因素有三個 電荷的電性 正 負(fù) 速度方向 磁感應(yīng)強度的方向 當(dāng)電荷電性一定時 其他兩個因素中 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 由左手定則可知 洛倫茲力的方向既與磁場方向垂直 又與電荷的運動方向垂直 即洛倫茲力垂直于v和B兩者所決 定的平面 注意 v與B不一定垂直 3 洛倫茲力的特點 由于洛倫茲力的方向總是跟運動電荷的速度方向垂直 所以洛倫茲力對運動電荷不做功 洛倫茲力只改變電荷速度的方向 不能改變速度的大小 例1 如圖3 5 2所示 在陰極射線管正上方平行放 一通有強電流的長直導(dǎo)線 則陰極射線將 A 向紙內(nèi)偏B 向紙外偏C 向下偏轉(zhuǎn) D 向上偏轉(zhuǎn) 圖3 5 2 解析 直線電流在陰極射線管位置產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向外 陰極射線帶負(fù)電 向右運動 由左手定則判斷出洛倫茲力的方向向上 射線向上偏轉(zhuǎn) 答案 D 觸類旁通 1 關(guān)于帶電粒子所受洛倫茲力f 磁感應(yīng)強度B和粒子速 度v三者之間的關(guān)系 下列說法中正確的是 A f B v三者必定均相互垂直B f必定垂直于B v 但B不一定垂直vC B必定垂直于f 但f不一定垂直于vD v必定垂直于f 但f不一定垂直于B解析 由左手定則可知 洛倫茲力的方向既與磁場方向垂直 又與電荷的運動方向垂直 即洛倫茲力垂直于v和B兩者所決定的平面 但v和B不一定垂直 B對 答案 B 知識點2洛倫茲力的大小 洛倫茲力公式的推導(dǎo) 設(shè)導(dǎo)線內(nèi)單位長度的自由電荷數(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)線中的自由電荷在時間t秒內(nèi)全部通過截面A 導(dǎo)線垂直放入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中 如圖3 5 3所示 圖3 5 3 1 時間t秒內(nèi)通過截面A的電荷量Q 2 導(dǎo)線中的電流I 3 導(dǎo)線所受安培力F ILB 故F 4 洛倫茲力f FnL nqL nqvt Qt nqv nqvLB qvB 1 洛倫茲力的大小 f qvBsin 其中 是帶電粒子的運 動方向與磁場方向的夾角 1 當(dāng)v B時 90 所以f qvB 2 當(dāng)v B時 0 所以f 0 即運動方向與磁場平行 時 不受洛倫茲力 3 當(dāng)v 0時 f 0 即靜止電荷不受洛倫茲力 2 洛倫茲力與安培力的關(guān)系 1 洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力 而安培力是導(dǎo)體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) 2 盡管安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) 但洛倫茲力不做 功 但安培力卻可以做功 例2 在如圖3 5 4所示的情形中 勻強磁場的磁感應(yīng)強度均為B 帶電粒子的速率均為v 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 圖3 5 4 題后反思 1 用左手定則判斷洛倫茲力方向時 要特別注意運動電荷的正負(fù) 四指應(yīng)指向正電荷運動的方向 或指向負(fù)電荷運動的反方向 2 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 當(dāng)v B時 洛倫茲力f qvB 當(dāng)v B時 f 0 當(dāng)v與B成 角 0 90 時 應(yīng)將v 或B 進(jìn)行分解取它們垂直 的分量計算 觸類旁通 2 關(guān)于電荷在磁場中受力 下列說法中正確的是 A 靜止的電荷一定不受洛倫茲力的作用 運動電荷一定 受到洛倫茲力的作用 D B 洛倫茲力的大小始終滿足f qvBC 若電荷穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn) 不計其他力 則此空間一定不存在磁場D 帶電粒子運動方向與磁場平行時 一定不受洛倫茲力的作用 知識點3電視顯像管的工作原理 電視機的內(nèi)部顯像管中 電子槍射出的是一束細(xì)細(xì)的電子束 為什么整個屏幕都能發(fā)光 若在電視機附近放置一個很強的磁鐵 電視畫面將會出現(xiàn)顏色失真的現(xiàn)象 這又是為什么 圖3 5 5 電視顯像管應(yīng)用了電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn)原理 電子束射向熒光屏就能發(fā)光 一束電子束只能使熒光屏上的一個點發(fā)光 而通過偏轉(zhuǎn)線圈中磁場的偏轉(zhuǎn)就可以使整個熒光屏發(fā)光 所以若在電視機前放一個磁性很強的磁鐵 會使電子束運動方向改變 造成電視畫面出現(xiàn)顏色失真 1 電視顯像管的構(gòu)造 如圖3 5 5所示 實際上是一個陰極射線管和偏轉(zhuǎn)線圈的組合 陰極射線管內(nèi)有電子槍和熒光屏 2 電視顯像管的工作原理 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 例3 如圖3 5 6 沒有磁場時 顯像管內(nèi)電子束打在熒光屏正中的O點 加磁場后電子束打在熒光屏O點上方的P 點 則所加磁場的方向可能是 A 垂直于紙面向內(nèi)B 垂直于紙面向外C 平行于紙面向右D 平行于紙面向左 圖3 5 6 解析 電子受到的洛倫茲力的方向向上 由左手定則 可判定磁場方向垂直于紙面向外 B項正確 答案 B 觸類旁通 3 如圖3 5 7所示為電視機顯像管偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖 當(dāng)線圈通以圖示的直流電時 形成的磁場如圖所示 一束沿著 管徑軸線垂直射向紙內(nèi)的電子將 A 向上偏轉(zhuǎn)B 向下偏轉(zhuǎn)C 向右偏轉(zhuǎn)D 向左偏轉(zhuǎn)圖3 5 7 解析 由安培定則可知 通電線圈中心位置處的合磁場方向是豎直向下的 再由左手定則判斷得出電子束所受的洛倫茲力水平向右 故C對 答案 C 洛倫茲力與電場力 磁場對運動電荷有作用力 電場對任何帶電粒子都存在電場力的作用 因此在處理帶電粒子在磁場 電場中的相關(guān)問題時必須注意區(qū)分洛倫茲力與電場力兩者的不同 例4 一個電子穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn) 則 A 此空間一定不存在磁場B 此空間一定不存在電場C 此空間可能只有勻強磁場 方向與電子速度垂直D 此空間可能有相互正交的勻強磁場和勻強電場 A 此空間一定不存在磁場B 此空間一定不存在電場C 此空間可能只有勻強磁場 方向與電子速度垂直D 此空間可能有相互正交的勻強磁場和勻強電場 解析 電子穿過某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn) 說明電子可能不受外力 可能合外力為零或外力的方向與速度方向在一直線上 當(dāng)v B或B 0時 洛倫茲力為零 電子不偏轉(zhuǎn) A錯誤 速度v B時 洛倫茲力不為零 且與v垂直 必偏轉(zhuǎn) C錯誤 電子在電場中所受的靜電力和運動方向在同一直線上時 電子運動方向不發(fā)生偏轉(zhuǎn) B錯誤 當(dāng)電子所受靜電力和洛倫茲力平衡時也不發(fā)生偏轉(zhuǎn) 故D正確 答案 D 觸類旁通 4 雙選 有關(guān)電荷所受電場力和洛倫茲力的說法中 正確 的是 BD A 電荷在磁場中一定受洛倫茲力的作用B 電荷在電場中一定受電場力的作用C 電荷受電場力的方向與該處的電場方向一致D 電荷若受洛倫茲力 則受力方向與該處的磁場方向垂直 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全