【测控设计】2015-2016学年高中物理 第三章 第五节 运动电荷在磁场中受到的力课件 新人教版选修3-1

探究一
探究二
洛伦兹力与电场力的比较
●问题导引●
正电荷放在处于磁场中的绝缘水平面上,如图所示,观察图片,思考 : (1)未加磁场时电荷对水平面的压力多大 ? (2)加上如图所示的磁场后,欲使粒子对水平面的压力为零,则电荷该向 哪移动 ?
探究一
探究二
提示:未加磁场时电荷对水平面的压力大小等于重力大小;加上磁场后, 当电荷向右运动时,对水平面的压力可以为零.
2.原理 :(1)电子枪发射电子. (2)电子束在磁场中偏转. (3)荧光屏被电子束撞击发光.
一Hale Waihona Puke Baidu
二
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、 强弱都 在不断变化,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两对线圈产生的. 思考讨论显像管工作时,电子束依次扫描荧光屏上各点, 可为什么我们觉察不到荧光屏的闪烁? 提示:当电子束扫描频率达到人眼的临界闪烁频率时,由于视觉暂留的 原因,人眼感觉不到荧光屏的闪烁.
一
二
3.洛伦兹力的大小 当速度方向与磁感应强度的方向分别满足以下几种情况时,洛伦兹力 的大小 : (1)当 v 与 B 成 θ 角时,F=qvBsin θ. (2)当 v⊥B 时,F=qvB. (3)当 v∥B 时,F=0.
一
二
二、电视显像管的工作原理
1.构造 :如图所示,电视显像管由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成.
探究一
探究二
特别提醒(1)只有相对磁场运动的电荷才受洛伦兹力,
相对磁场静止的电荷不受洛伦兹力.(2)电荷垂直磁场运动时所受的洛伦兹 力最大;电荷平行磁场运动时,不受洛伦兹力.(3)运动电荷所受洛伦兹力为 零时,该处磁感应强度不一定为零.
探究一
探究二
【例 2】 (多选)如图所示,在图中虚线所围的区域内,存 在电场强度为 E 的匀强电场和磁感应强度为 B 的匀强磁场, 已知从左方水平射入的电子,通过该区域时未发生偏转,假 设其重力可忽略不计,则在该区域中的 E 和 B 的方向可能是 ( ) A.E 竖直向上,B 垂直纸面向外 B.E 竖直向上,B 垂直纸面向里 C.E 和 B 都沿水平方向,并与电子运动方向相同 D.E 和 B 都沿水平方向,并与电子运动方向相反 点拨:电子所受静电力与电场的方向相反,所受洛伦兹力的方向与电子 的速度方向垂直,用左手定则判断,电子不偏转则静电力与洛伦兹力平衡.
探究一
探究二
●名师精讲● 1.洛伦兹力与电场力的比较 (1)这两种力均是带电粒子在不同场中受到的力,反映了磁场和电场都 有力的性质,但这两种力的区别也是十分明显的.
洛伦兹力 作用 对象 大小 方向 特点 作用 效果 仅在运动电荷的速度方向与 B 不平 行时,运动电荷才受洛伦兹力 F 洛=qvBsinθ,方向与 B 垂直,与 v 垂 直,用左手定则判断 洛伦兹力永不做功 只改变电荷运动的方向,不改变速 度大小 静电力 带电粒子只要处在电场中,一定 受静电力 F 电=qE,方向与 E 同向或反向 静电力可做正(或负)功 既可以改变电荷运动的速度大 小,也可以改变电荷运动的方向
探究一
探究二
解析:(1)由左手定则可知物块带负电荷 (2)当物块离开斜面时,物块对斜面的压力为 0, 受力如图所示,则 qvB-mgcos37° =0 解得,v=
4������������ . 5������������ 1 2
(3)由动能定理得 mgsin37° ·L= mv2 解得,物块在斜面上滑行的最大距离 L= 答案:(1)负电
①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. ②大小关系:F 安=NF 洛(N 是导体中定向运动的电荷数). ③方向关系:洛伦兹力与安培力的方向一致,均可用左手定则进行判断.
探究一
探究二
特别提醒(1)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. (2)判断安培力与洛伦兹力时都用左手,高中阶段判断其他现象时用到 的都是右手,如判定感应电流的方向、判定磁场的方向等.
探究一
探究二
(2)对洛伦兹力大小的理解 ①只有运动电荷受洛伦兹力,静止电荷不受洛伦兹力. ②电荷垂直磁场运动时,洛伦兹力最大,平行磁场运动时不受洛伦兹力. ③推导 :如图所示,直导线长为 L,电流为 I,导线中运动电荷数为 n,横截 面积为 S,电荷的电荷量为 q,运动速度为 v,则
探究一
探究二
安培力 F=ILB=nF 洛 所以洛伦兹力
������ F 洛= ������
=
������������������ ������
因为 I=NqSv(N 为单位体积的电荷数) F 洛=
������������������������·������������ ������
=
������������������ · qvB,式中 ������
5 运动电荷在 磁场中受到的力
情境导入
课程目标 1.经历实验探究洛伦兹力方向 的过程,会用左手定则判断洛伦兹 力的方向. 2.经历由安培力公式推导出洛伦兹 力公式的过程,理解磁场中通电导 线所受的安培力实际上是运动电 荷所受洛伦兹力的宏观表现.会计 算洛伦兹力的大小. 3.知道电视显像管的基本构造和工 作的基本原理.
探究一
探究二
【例 1】 在如图所示的各图中,匀强磁场的磁感应强度均为 B,带电粒 子的速率均为 v,电荷量均为 q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小, 并指出洛伦兹力的方向.
点拨:应用左手定则判断洛伦兹力方向,根据公式 F=qv⊥B 求洛伦兹力 的大小.
探究一
探究二
解析:(1)因为 v⊥B,所以 F=qvB,方向与 v 垂直向左上方. (2)v 与 B 的夹角为 30° ,将 v 分解成垂直磁场的分量和平行磁场的分 量,v⊥=vsin30° , F=qvBsin30° = qvB,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,F=qvB,方向与 v 垂直斜向上. 答案:(1)qvB 洛伦兹力 (4)qvB 垂直 v 斜向左上方 (2) qvB 垂直 v 斜向上
1 2 1 2
垂直纸面向里 (3)不受
探究一
探究二
题后反思(1)用左手定则判断洛伦兹力方向时,要特别注意
运动电荷的正负,四指应指向正电荷运动的方向,或指向负电荷运动的反方 向. (2)计算洛伦兹力的大小时,应注意弄清 v 与磁感应强度 B 的方向关系. 当 v⊥B 时,洛伦兹力 F=qvB;当 v∥B 时, F=0;当 v 与 B 成 θ 角(0<θ<90° ) 时, 应 将 v(或 B)进行分解取它们垂直的分量计算.
4������������ (2) 5������������ 8������2 g 15������2������2
(3)
8������2g 15������2������2
探究一
探究二
题后反思解答本题的关键是判断出小物块的运动情况,明
确离开斜面的条件是对斜面的压力为零时.本题易错的地方是误认为小物 块在竖直方向合力为零,应该是在垂直于斜面的方向上合力为零.
探究一
探究二
解析:如果 E 竖直向上,B 垂直纸面向外,电子沿图中方向射入后,静电力 向下,洛伦兹力向上,二力可能平衡,电子可能沿直线通过 E 、B 共存区域,故 A 对;同理 B 不对;如果 E、B 沿水平方向且与电子运动方向相同,电子不受 洛伦兹力作用,但电子受到与 E 反方向的静电力作用,电子做匀减速直线运 动,也不偏转,故 C 对;如果 E、 B 沿水平方向,且与电子运动方向相反,电子仍 不受洛伦兹力,静电力与 E 反向,即与速度同方向,故电子做匀加速直线运动, 也不偏转,故 D 对. 答案: ACD
1
2
3
4
5
1.下列说法正确的是(
)
A.运动电荷在磁感应强度不为零的地方,一定受到洛伦兹力的作用 B.运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用,则该处的磁感应强度一定为零 C.洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能,也不能改变带电粒子的速度 D.洛伦兹力对带电粒子不做功 解析:运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力 F=qvBsin θ,所以 F 的大小不但与 q、v 、B 有关系,还与 v 的方向与 B 的夹角 θ 有关系,当 θ=0° 或 180° 时, F=0, 此时 B 不一定等于零,所以选项 A、B 错误;又洛伦兹力与粒子的速度始终 垂直,所以洛伦兹力对带电粒子不做功,粒子的动能也就不变,但粒子速度方 向要变.所以选项 C 错,选项 D 对. 答案:D
n=NSL,故 F 洛=qvB.
上式为电荷垂直磁场方向运动时,电荷受到的洛伦兹力.若电荷运动方 向与磁场方向夹角为 θ,则洛伦兹力为 F 洛=qvBsin θ.
探究一
探究二
2.洛伦兹力与安培力的区别和联系
洛伦兹力 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 洛伦兹力不做功 安培力 安培力是指通电直导线所受 到的磁场力 安培力可以做功
探究一
探究二
对洛伦兹力的理解
●问题导引● 来自宇宙的质子流,以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某点,如 图所示,思考 :质子能沿直线射向赤道吗 ?
提示:因为质子受到磁场的作用力,不会沿直线射向赤道.
探究一
探究二
●名师精讲● 1.对洛伦兹力的理解 (1)对洛伦兹力方向的认识 ①三个决定洛伦兹力方向的因素 :电荷的电性(正、负)、速度方向、磁 感应强度的方向是决定洛伦兹力方向的三个要素.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,则洛伦兹力方向不变. ② F、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,两者关系是不确定的.电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方 向,F⊥B,F⊥v,即 F 垂直于 B 和 v 所决定的平面. 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 电荷的运动方向,不改变电荷的速度大小.
探究一
探究二
触类旁通小物块在斜面上做什么运动,在斜面上的运动时
间为多少? 解析:小物块在斜面上做匀加速直线运动.小物块下滑时的加速度 a=gsin37° = g,由 v=at 得,t= 答案:匀加速直线运动
3 5 4������ . 3������������ 4������ 3������������
探究一
探究二
【例 3】 质量为 m 的小物块,电荷量为 q,放在 倾角为 37° 的绝缘光滑斜面上,整个斜面置于磁感 应强度为 B 的匀强磁场中,磁场方向如图所示,物 块由静止开始下滑,滑到某一位置时,物块开始离 开斜面(设斜面足够长,重力加速度为 g),求 : (1)物块的带电性质 ; (2)物块离开斜面时的速度大小 ; (3)物块在斜面上滑行的最大距离. 点拨:先判定洛伦兹力的方向,再求离开斜面时的临界速度,最后由动能 定理求物块在斜面上滑行的距离.
一
二
一、洛伦兹力的方向和大小
1.洛伦兹力 (1)定义 :运动电荷在磁场中受到的力. (2)与安培力的关系:通电导线在磁场中受到的安培力是洛伦兹力的宏 观表现,而洛伦兹力是安培力的微观本质.
一
二
2.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; 让磁感线从掌心进入,并使四指指向正电荷运动的方向,这时拇指所指的方 向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向.负电荷受力的方向与 正电荷受力的方向相反. (2)特点 :洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁场方向都垂直,洛伦兹力 只改变带电粒子的运动方向,不改变速度大小,对电荷不做功.
探究一
探究二
题后反思 解答此题不仅要想到静电力和洛伦兹力平衡的
情况,也要想到后两种情况中不受洛伦兹力只受静电力的匀加(减)速直线 运动的情况,后两种情况好多同学想不到.
探究一
探究二
2.洛伦兹力问题的分析方法 洛伦兹力考查角度多,因而涉及洛伦兹力的题目往往较为综合,解题时 可按以下步骤分析 : 首先确定研究对象,进行受力分析,注意带电粒子在匀强磁场中,若速度 方向与磁场方向不平行,则受洛伦兹力. 其次,根据已知条件,结合牛顿运动定律和运动学规律,列方程求解. 若涉及能量,可根据动能定理或能量守恒定律,列方程求解,同时注意洛 伦兹力始终与带电粒子速度方向垂直,因而对带电粒子不做功.