高二物理运动电荷在磁场中受到的力配套课件 新人教版选修3-1
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人教版高二物理选修磁场运动电荷在磁场中受到的力课件
2.没有磁场时电子束是一条直线。用一个蹄形磁铁在电子 束的路径上加磁场，尝试不同 方向的磁场对电子束径迹的不 同影响，从而判断运动的电子 在各种方向的磁场中的受力方向。 3.我们曾经用左手定则判定安培力的方向。能不能用类似 的方法判定运动电子（电子束）的受力方向？如果运动电 荷不是电子，而是带正电的粒子呢？
人教版高二物理选修3-1第三章磁场第 5节运 动电荷 在磁场 中受到 的力课 件
3.下列表示运动电荷在磁场中所受到洛伦兹力的方向正确 的是（ D ）
人教版高二物理选修3-1第三章磁场第 5节运 动电荷 在磁场 中受到 的力课 件
人教版高二物理选修3-1第三章磁场第 5节运 动电荷 在磁场 中受到 的力课 件
人教版高二物理选修3-1第三章磁场第 5节运 动电荷 在磁场 中受到 的力课 件
【思考与讨论】 1.导线中带电粒子的定向运动形成了电流。电荷定向运动时 所受洛伦兹力的合力，表现为导线所受的安培力。按照这个 思路，请你尝试由安培力的表达式导出洛伦兹力的表达式。 2.这里只讨论比较简单的情况：导线的方向与磁场的方向垂 直，安培力的大小可以表示为F＝ILB。这种情况下导线中电 荷定向运动的方向也与磁场的方向垂直。
人教版高二物理选修3-1第三章磁场第 5节运 动电荷 在磁场 中受到 的力课 件
人教版高二物理选修3-1第三章磁场第 5节运 动电荷 在磁场 中受到 的力课 件
3．洛伦兹力公式推导： 设一段长为L，横截面积为S直导线，单位体积的自由电荷数 为n，每个自由电荷荷量为q，自由电荷定向移动速率为v。通 电导线垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中。则 （1）通电导线中电流I=nqSv （2）通电导线所受的安培力F安=ILB=nqSvLB （3）这段导线内的自由电荷数N=nSL （4）每个电荷所受的洛伦兹力F洛=qvB
高中物理人教版选修3-1课件：3.5运动电荷在磁场中受到的力(共23张PPT)
即时应用
当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴
线进入该通电螺线管,若不计重力,则( CD)
A．带电粒子速度大小改
变
B
B．带电粒子速度方向改变
C．带电粒子速度大小不变
D．带电粒子速度方向不变
即时应用
某带电粒子的电量为q=10－14C,以速率v=106m/s如图射 入B=10－2T的匀强磁场中，求它受到的洛伦兹力F多大 ？
新课标高中物理选修3－1
第三章 磁 场
§3-5 运动电荷在磁场中受到的力
第 新课标高中物理选修3-1
三 章
磁
场
复习回顾
1、磁场对通电导线的作用力
安培力: 大小: F BILsin
方向: 左手定则
θ为Bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱI
之间的夹角
判断下面两个通电导线所受安培力的方向
B
IF
BI
F 30
°
问题 1、电流是如何形成的？
三、洛伦兹力的大小
类比
安培力
微观实质 宏观表现
洛伦兹力
F安= 0 ( I∥B）
F洛= 0 ( v∥B）
F安=ILB (I ⊥B）
F洛=qvB ( v⊥B）
当I与B成一角度θ时
当v与B成一角度θ时
F安=ILB sinθ
F洛=qvBsinθ
洛伦兹力和电场力的区别 1.受力：电荷：在电场中一定受到电场力的
中的重要贡献（塞曼效
应）获得洛第伦二兹—届—（“我1们902 年）诺贝时代尔最物伟大理最学尊贵奖的。
荷兰物理学家 洛伦兹 (Lorentz， 1853—1928)
人”。
二、洛伦兹力的方向
左手定则 掌心 四指
大拇指
3.5 运动电荷在磁场中受到的力 课件(人教版选修3-1)
• 【跟踪发散】 1－1：一初速度为零的质 子(质量m＝1.67×10－27 kg，电荷量q＝ 1.6×10－19 C)，经过电压为1 880 V的电场 加速后，垂直进入磁感应强度为5.0×10－4 T的匀强磁场中，质子所受洛伦兹力多大？
解析： 2Uq 5 ＝ 6.0 × 10 m/s m
1 2 在加速电场中，由动能定理得 Uq＝ mv 故质 2
• (2)洛伦兹力与安培力的关系 • ①洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到 的力，而安培力是导体中所有定向移动的 自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现． • ②尽管安培力是自由电荷定向移动时受到 的洛伦兹力的宏观表现，但也不能认为安 培力就简单地等于所有定向移动电荷所受 洛伦兹力的和，一般只有当导体静止时才 能这样认为． • ③洛伦兹力恒不做功，但安培力却可以做 功． • 可见安培力与洛伦兹力既有紧密相关、不 可分割的必然联系，也有显著的区别．
• 解析： 静止在磁场中的电荷不可能受到 洛伦兹力，A错；尽管电场力对电荷可以做 功，但如果电荷在电场中不动或沿等势面 移动，电场力做功为零，B错；洛伦兹力的 方向与磁感线垂直，与运动方向垂直， C 错．只有D是正确的． • 答案： D
(1)速度选择器
• 3．洛伦兹力在现代科技中的应用
略不计，运动方向相同而速率不同的正粒 子组成的粒子束射入相互正交的匀强电场和匀强磁场所组成的 场区中，已知电场强度为 E，磁感应强度为 B，方向垂直于纸 面向里，若粒子运动轨迹不发生偏折(重力不计)，必须满足平 E E 衡条件：qBv＝qE，故 v＝B，这样就把满足 v＝B的粒子从速 度选择器中选择出来了．
• (2)磁流体发电机 • 目前世界上正在研究的一种新型发电机叫 磁流体发电机，它可以把气体的内能直接 转化为电能，如右图表示出了它的发电原 理：将一束等离子体(即高温下电离的气体， 含有大量带正电和带负电的微粒．而从整 体上来说是呈电中性)喷射入磁场，磁场中 有两块金属板A、B，则高速射入的离子在 洛伦兹力的作用下向A、B两板聚集，使两 板间产生电势差，若平行金属板间距为d， 匀强磁场的磁感应强度为B，等离子体流速 为v，气体从一侧面垂直磁场射入板间，不 计气体电阻，外电路电阻为R，则两板间最
人教版高中物理选修3-1 3.5运动电荷在磁场中受到的力(共29张PPT)
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演
示 （阅读）观察阴极射线在磁场中的偏转
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2、当电子射线管的周围存在磁场时
实验现象：
将磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发 生了弯曲。 实验结论：磁场对运动电荷有力的作用。
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洛仑兹力
.. .
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱF.洛
的方向如何确定？
...
I
. . .v .v .v . . ＋＋＋
. . . . . F洛 F洛 F洛
F安
我们曾经用左手定则判定安培力的方向，大量定
向移动电荷（可以看成电流）所受洛伦兹力宏观表 现为安培力。
因此，猜想可以用左手定则判定洛伦兹力的方向。
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3.5运动电荷在磁场 受中到的力
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演
示 （阅读）观察阴极射线在磁场中的偏转
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2、当电子射线管的周围存在磁场时
实验现象：
将磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发 生了弯曲。 实验结论：磁场对运动电荷有力的作用。
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洛仑兹力
.. .
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱF.洛
的方向如何确定？
...
I
. . .v .v .v . . ＋＋＋
. . . . . F洛 F洛 F洛
F安
我们曾经用左手定则判定安培力的方向，大量定
向移动电荷（可以看成电流）所受洛伦兹力宏观表 现为安培力。
因此，猜想可以用左手定则判定洛伦兹力的方向。
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3.5运动电荷在磁场 受中到的力
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人教版高二物理选修3-1第三章3.5运动电荷在磁场中受到的力(共30张PPT)
(3)洛伦兹力最重要的一个特点就是恒不做功．
2020/6/11
20
课堂练习
2.带电量为＋q的粒子，在匀强磁场中运 动，下面说法正确的是（ B ）
A、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就 相同
B、如果把＋q改为－q，且速度反向大小不 变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变
C、只要带电粒子在磁场中运动，就一定受 洛伦兹力作用
25
电视显像管的工作原理
1、要是电子打在A点，偏转磁场
应该沿什么方向？ 垂直纸面向外
2、要是电子打在B点，偏转磁场
应该沿什么方向？
垂直纸面向里
2020/6/11
v∥
v与B成θ时，F洛=qvBsinθ
2、洛伦兹力的方向：
F洛⊥B F洛⊥v F洛⊥vB平面
3、洛伦兹力的效果：只改变运动电荷速度的方向，
不改变运动电荷速度的大小。
重要结论：洛伦兹力永不做功！
2020/6/11
19
特别提醒：(1)安培力是导体中自由电荷定向移动所受洛 伦兹力的宏观表现．
(2)v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB，在v∥B时，F＝0，在v＝0 时，F＝0.
2020/6/11
17
洛伦兹力的大小
安培力为 F安=BIL 电流的微观表达
式为 I=nesv
设导线中共有N个自由电子 N=nsL
每个电子受的磁场力为 F洛 = F安/N
故可得 F洛=evB
(条件是v⊥B)
2020/6/11
18
洛仑兹力的特点
1、洛伦兹力的大小：
v⊥
v∥B，F洛=0；v⊥B，F洛=qvB
v
F洛
结论：当电荷的运动方向和磁场方向同时反向
时，洛伦兹力方向不变。
2020/6/11
20
课堂练习
2.带电量为＋q的粒子，在匀强磁场中运 动，下面说法正确的是（ B ）
A、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就 相同
B、如果把＋q改为－q，且速度反向大小不 变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变
C、只要带电粒子在磁场中运动，就一定受 洛伦兹力作用
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电视显像管的工作原理
1、要是电子打在A点，偏转磁场
应该沿什么方向？ 垂直纸面向外
2、要是电子打在B点，偏转磁场
应该沿什么方向？
垂直纸面向里
2020/6/11
v∥
v与B成θ时，F洛=qvBsinθ
2、洛伦兹力的方向：
F洛⊥B F洛⊥v F洛⊥vB平面
3、洛伦兹力的效果：只改变运动电荷速度的方向，
不改变运动电荷速度的大小。
重要结论：洛伦兹力永不做功！
2020/6/11
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特别提醒：(1)安培力是导体中自由电荷定向移动所受洛 伦兹力的宏观表现．
(2)v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB，在v∥B时，F＝0，在v＝0 时，F＝0.
2020/6/11
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洛伦兹力的大小
安培力为 F安=BIL 电流的微观表达
式为 I=nesv
设导线中共有N个自由电子 N=nsL
每个电子受的磁场力为 F洛 = F安/N
故可得 F洛=evB
(条件是v⊥B)
2020/6/11
18
洛仑兹力的特点
1、洛伦兹力的大小：
v⊥
v∥B，F洛=0；v⊥B，F洛=qvB
v
F洛
结论：当电荷的运动方向和磁场方向同时反向
时，洛伦兹力方向不变。
人教版高中物理课件-3.5运动电荷在磁场中受到的力 高中物理新课标版人教版选修3-1(共29张PPT)
实验现象：在暗室中可以清楚地看到，在没有磁场作用 时，电子的径迹是直线；在管外加上匀强磁场，电子的 径迹变弯曲成圆形。
结论：
带电粒子垂直进入磁场中，粒子在垂直磁场方 向的平面内做匀速圆周运动，此洛伦兹力不做 功。 问题：
一带电量为q，质量为m，速度为v的带电粒子垂 直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径r 和周期T为多大？
带电粒子在磁场中运动的多解问题
临界状态不唯一形成多解 带电粒子在洛仑兹力作用下飞越有界磁场时， 由于粒子的运动轨迹是圆弧状，因此它可能 穿过去了，也可能转过180°从有界磁场的这 边反向飞出，形成多解
带电粒子在磁场中运动的多解问题
运动的重复性形成多解 带电粒子在磁场中运动时，由于某些因素的变 化，例如磁场的方向反向或者速度方向突然 反向，往往运动具有反复性，因而形成多解。
等距螺旋
例题
氘都核垂(直12 H磁场)、方氚向核入( 射13 H同)一、匀氦强核磁( 24场He，) 求以下几种情况下，它们轨道半径之 比及周期之比各是多少？（1）以相同 速率射入磁场；（2）以相同动能射入 磁场．
带电粒子做圆周运动的分析方法－ 圆心的确定
（１）已知入射方向和出射方向,可以通过入射点和出射点分 别作垂直与入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就 是圆弧轨道的圆心
注意圆周运动中的有关对称规律
如从同一边界射入的粒子,从同一边界射出时, 速度与边界的夹角相等,在圆形磁场区域内,沿 径向射入的粒子,必沿径向射出.
带电粒子在磁场中运动的多解问题
带电粒子的电性不确定形成多解 受洛仑兹力作用的带电粒子,可能带正电荷,也 可能带负电荷,在相同的初速度下,正、负粒子 在磁场中的轨迹不同，导致形成双解。
受力方向 轨迹形状
人教版高中物理选修3-1第三章第5节运动电荷在磁场中受到的力课件
B v
F
甲
F垂直于
纸面向外
F
B
B
B
v
v
v
乙
丙
丁
F垂直于
纸面向外
1.以相同速度进入同一磁场的正、负电荷 受到的洛伦兹力方向相反
1.以相同速度进入同一磁场的正、负电荷 受到的洛伦兹力方向相反
2.洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面
1.以相同速度进入同一磁场的正、负电荷 受到的洛伦兹力方向相反
2.洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面
练习：1.绕有绝缘的通电导线的铁环,电 流方向如图所示.
若有一电子束以垂直于纸面向里的速度从O 点射入.则电子的运动轨迹?
向右 偏转
向左 偏转
向下 偏转
向上 偏转
四、电视显像管的工作原理
主要构造:
电子枪（阴极） 、偏转线圈、 荧光屏等
【思考与讨论】
【思考与讨论】
1.若要使电 子束在水平方向 偏离中心, 打在荧 光屏上的A点, 偏 转磁场应该沿什 么方向?
练习：1.绕有绝缘的通电导线的铁环,电 流方向如图所示.
练习：1.绕有绝缘的通电导线的铁环,电 流方向如图所示.
若有一电子束以垂直于纸面向里的速度从O 点射入.则电子的运动轨迹?
练习：1.绕有绝缘的通电导线的铁环,电 流方向如图所示.
若有一电子束以垂直于纸面向里的速度从O 点射入.则电子的运动轨迹?
洛伦兹力的特点 ：
洛伦兹力的特点 ：
1.洛伦兹力的方向既垂直于磁场, 又垂 直于速度, 即垂直于v和B所组成的平面
洛伦兹力的特点 ：
1.洛伦兹力的方向既垂直于磁场, 又垂 直于速度, 即垂直于v和B所组成的平面
2.洛伦兹力只改变速度的方向, 不改变 速度的大小
高二物理运动电荷在磁场中受到的力人教选修3-1课稿课件
高二物理运动电荷在磁场中受到的力人教选修3-1课稿
14
3．洛伦兹力与电场力的比较
公式 受力条件
洛伦兹力 F＝qvB(v⊥B)
(1)B≠0 (2)v≠0，即运动电荷
(3)v与B不平行
方向
与B、v方向垂直
影响大小 的因素
做功情况
q、v、B及 v与B的夹角
高二物理运动电荷在磁场中受到的力人教选修3-1课稿
3
(2)洛伦兹力方向的判断 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__方__向______，这时拇指所指的方向就是 运 动 的 正 电 荷 在 磁 场洛中伦所兹受力_________ 的 方 向 ． 负 电 荷 受 力 的 方 向 与 正 电 荷相受反力 的 方 向
洛伦兹力．
高二物理运动电荷在磁场中受到的力人教选修3-1课稿
13
2．洛伦兹力和安培力的区别与联系 (1)洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力， 而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到 的洛伦兹力的宏观表现； (2)尽管安培力是自由电荷定向移动时受到的洛伦 兹力的宏观表现，但也不能认为安培力就简单地 等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和，一般 只有当导体静止时才能这样认为； (3)洛伦兹力恒不做功，但安培力却可以做功． 可见安培力与洛伦兹力既有紧密相关、不可分割 的必然联系，也有显著的区别．
高二物理运动电荷在磁场中受到的力人教选修3-1课稿
6
二、电视机显像管的工作原理
1．构造：如图3－5－1所示，实际上是一个阴
极射线管和偏转线圈的组合．阴极射线管内有
高二物理专题课件第3章第5节《运动电荷在磁场中受到的力》课件(新人教版选修3-1)
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 1 行磁场的分量，v⊥＝vsin30° ，F＝qvBsin30° ＝ qvB，方向 2 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垂直指向左上方．
【答案】 1 (2) qvB 2
• 电子束在荧光屏上扫描一行后，迅速返 回(如图中虚线所示)，再做下一行扫描， 直到荧光屏的下端． • 3．电视显像管的工作原理 • 电视显像管发射电子，在加速电场中被 加速后进入偏转磁场．在偏转磁场作用 下，电子束在荧光屏上扫描．
• 电子束从最上一行到扫描到最后一行叫 做一场，电视机中每秒要进行50场扫描， 因为人眼的“视觉暂留”，所以我们会 感觉整个荧光屏都在发光.
解题方法指导
对应学生用书P95
•
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，带电荷量均为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．
• 【分析】 应用左手定则判断洛伦兹力 方向，根据公式F＝qv⊥B求洛伦兹力大 小． 【解析】 (1)因v⊥B，所以F＝qvB，方向与v垂直指
• 5．洛伦兹力与电场力的比较
洛伦兹力 作用 条件 大小 方向 运动电荷的速度方向与 B不平行时，运动电荷 才受到洛伦兹力 电场力 带电粒子只要处在 电场中，就一定受 到电场力
F＝qvBsinθ，方向与B F＝qE，F的方向与 垂直，与v垂直，用左手 E同向或反向 定则判断 洛伦兹力永不做功
电场力可做正功、 负功或不做功
•第5节 运动电荷在磁场中受到的力
教材要点解读
对应学生用书P94
• 1．洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的 力称为洛伦兹力． • 2．洛伦兹力的方向
【答案】 1 (2) qvB 2
• 电子束在荧光屏上扫描一行后，迅速返 回(如图中虚线所示)，再做下一行扫描， 直到荧光屏的下端． • 3．电视显像管的工作原理 • 电视显像管发射电子，在加速电场中被 加速后进入偏转磁场．在偏转磁场作用 下，电子束在荧光屏上扫描．
• 电子束从最上一行到扫描到最后一行叫 做一场，电视机中每秒要进行50场扫描， 因为人眼的“视觉暂留”，所以我们会 感觉整个荧光屏都在发光.
解题方法指导
对应学生用书P95
•
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，带电荷量均为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．
• 【分析】 应用左手定则判断洛伦兹力 方向，根据公式F＝qv⊥B求洛伦兹力大 小． 【解析】 (1)因v⊥B，所以F＝qvB，方向与v垂直指
• 5．洛伦兹力与电场力的比较
洛伦兹力 作用 条件 大小 方向 运动电荷的速度方向与 B不平行时，运动电荷 才受到洛伦兹力 电场力 带电粒子只要处在 电场中，就一定受 到电场力
F＝qvBsinθ，方向与B F＝qE，F的方向与 垂直，与v垂直，用左手 E同向或反向 定则判断 洛伦兹力永不做功
电场力可做正功、 负功或不做功
•第5节 运动电荷在磁场中受到的力
教材要点解读
对应学生用书P94
• 1．洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的 力称为洛伦兹力． • 2．洛伦兹力的方向
人教版物理选修3-1：运动电荷在磁场中受到的力ppt课件
电场力可做正(或负)功
第三章 第五节
人教版 ·物理 ·选修3-1
[特别提醒]电荷在电场中不受电场力的位置，电场强度一 定为零；运动电荷不受洛伦兹力的位置，磁感应强度不一定 为零。
三、速度选择器 1．平行板中电场强度 E 和磁感应强度 B 互相垂直，这 种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选 择器。
第三章 第五节
人教版 ·物理 ·选修3-1
4．洛伦兹力的大小：当速度方向和磁感应强度方向分别 满足以下几种情况时，洛伦兹力的大小分别是
(1)当 v 与 B 成 θ 角时：F＝_q_v_B__si_n_θ__ (2)当 v⊥B 时：F＝_q_v_B___ (3)当 v∥B 时，F＝_0__
第三章 第五节
通过实验，观察阴极射线在磁场中的 ※
偏转，认识洛伦兹力。
※ 会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦
※
兹力的大小。
了解电子束的磁偏转原理以及在科 ※
学技术中的应用。
第三章 第五节
人教版 ·物理 ·选修3-1
课堂情景切入
第三章 第五节
人教版 ·物理 ·选修3-1
电视机显像管中的电子只是细细的一束，为什么能使整个 屏幕发光？从宇宙深处射来的带电粒子，为什么不能直射地 球？为什么只在地球两极形成绚丽多彩的极光？……解开这 些问题的钥匙就是本节学习的磁场对运动电荷的作用规律。
第三章 第五节
人教版 ·物理 ·选修3-1
3．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)洛伦兹力方向特点：F⊥B，F⊥v，即 F 垂直于_B_和___v_ 所决定的平面。
高中物理 运动电荷在磁场中受到的力课件 新人教版选修31
1.左手 (zuǒshǒu)定则
2.注意: （1）四指指向电流的方向(fāngxiàng)，即正电荷运动的方向 (fāngxiàng)或负电荷运动的反方向(fāngxiàng).
（2）F既与B垂直又与v垂直，即垂直于B和v所决定 的平面，但B与v不一定垂直.
第十三页，共46页。
二、洛伦兹力的大小 (dàx试iǎo判) 断下图中的带电粒子刚进入(jìnrù)磁场时所受的洛伦兹
中,则( BD)
A.磁场对电子的作用力始终不变 B.磁场对电子的作用力始终不做功 C.电子的速度始终不变 D.电子的动能始终不变
第四十页，共46页。
4.电荷量为＋q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法(shuōfǎ)正确 的是( B ) A．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同 B．如果把＋q改为-q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹 力的大小方向不变 C．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一 定与电荷运动方向垂直 D．粒子的速度一定变化
第十七页，共46页。
【想一想】若此电子不垂直射入(shèrù)磁场，电子受到 的洛伦兹力又如何呢 ？
V
B1
B
B2
F Bqv sin (为B与v的夹角）
第十八页，共46页。
V2
θ
V1
θ
第十九页，共46页。
三、探究(tànjiū)洛伦兹力的表达式
设有一段长为L，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电 荷(zì yóu diàn hé)数为n，每个自由电荷(zì yóu diàn hé)的 电荷量为q，自由电荷(zì yóu diàn hé)定向移动的速率为v.这 段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求 （1）电流强度I. （2）通电导线所受的安培力. （3）这段导线内的自由电荷(zì yóu diàn hé)数. （4）每个电荷所受的洛伦兹力.
2.注意: （1）四指指向电流的方向(fāngxiàng)，即正电荷运动的方向 (fāngxiàng)或负电荷运动的反方向(fāngxiàng).
（2）F既与B垂直又与v垂直，即垂直于B和v所决定 的平面，但B与v不一定垂直.
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二、洛伦兹力的大小 (dàx试iǎo判) 断下图中的带电粒子刚进入(jìnrù)磁场时所受的洛伦兹
中,则( BD)
A.磁场对电子的作用力始终不变 B.磁场对电子的作用力始终不做功 C.电子的速度始终不变 D.电子的动能始终不变
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4.电荷量为＋q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法(shuōfǎ)正确 的是( B ) A．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同 B．如果把＋q改为-q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹 力的大小方向不变 C．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一 定与电荷运动方向垂直 D．粒子的速度一定变化
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【想一想】若此电子不垂直射入(shèrù)磁场，电子受到 的洛伦兹力又如何呢 ？
V
B1
B
B2
F Bqv sin (为B与v的夹角）
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V2
θ
V1
θ
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三、探究(tànjiū)洛伦兹力的表达式
设有一段长为L，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电 荷(zì yóu diàn hé)数为n，每个自由电荷(zì yóu diàn hé)的 电荷量为q，自由电荷(zì yóu diàn hé)定向移动的速率为v.这 段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求 （1）电流强度I. （2）通电导线所受的安培力. （3）这段导线内的自由电荷(zì yóu diàn hé)数. （4）每个电荷所受的洛伦兹力.
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2.洛伦兹力的方向 用左手定则来判断: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。 3.洛伦兹力的大小 (1)公式:F=qvBsinθ。 式中 θ 为 v 与 B 的夹角。 (2)特殊情况 ①当 θ=90° v⊥B 时,F=qvB。 即 ②当 θ=0,即 v∥B 时,F=0 即 v 与 B 平行时,运动电荷不受洛伦兹力。
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迁移与应用 1 每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来, 地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运 动方向,使它们不能到达地面,这对地球上的 生命有十分重要的意义。假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于 地面向赤道射来,在地磁场的作用下,它将( A.向东偏转 C.向西偏转 答案:A 解析:赤道上地磁场的方向水平向北,当带正电的宇宙射线粒子竖 直向下运动时,由左手定则判断其所受的洛伦兹力方向向东,选项 A 正 确。
F 洛只改变 v 的方向不改变 v 的大 小
F 电既可改变 v 的方向又可改变 v 的 大小
一定不做功
可做正功,可做负功也可以不做功
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当堂检测
1.关于电荷在磁场中的受力,下列说法中正确的是( 用 B.洛伦兹力的方向有可能与磁场方向平行 C.洛伦兹力的方向一定与带电粒子的运动方向垂直 D.带电粒子运动方向与磁场方向平行时,一定不受洛伦兹力的作用 答案:CD 解析:由 F=qvBsinθ。当 B∥v 时,F=0;当 v=0 时,F=0,故 A 错、D 对。由 左手定则知,F 一定垂直于 B 且垂直于 v,故 B 错、C 对。故选 C、D。 ) A.静止的电荷一定不受洛伦兹力的作用,运动电荷一定受洛伦兹力的作
预习导引
1.洛伦兹力 (1)定义:磁场对运动电荷的作用力。 (2)与安培力的关系:安培力是大量运动电荷受到洛伦兹力的宏观 表现。
预习交流 1
太阳发射出的带电粒子以 300 km/s~1000 km/s 的速度扫过太阳系,形成“太阳风”(如图所 示).这种巨大的辐射经过地球时,为什么不能 直射地球? 答案:因为地球周围存在着磁场,宇宙空间的带电粒子在经过地球 磁场时,由于受到洛伦兹力的作用而发生偏转,故不能直射向地球。
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2.关于安培力和洛伦兹力,下面说法中正确的是( A.洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力
)
B.安培力和洛伦兹力,其本质都是磁场对运动电荷的作用力 C.安培力和洛伦兹力,二者是等价的 D.安培力对通电导体能做功,但洛伦兹力对运动电荷不能做功 答案:BD 解析:安培力和洛伦兹力实际上都是磁场对运动电荷的作用力,但二者 不是等价的,安培力实际上是洛伦兹力的宏观表现,它可以对通电导体 做功,但洛伦兹力不能对运动电荷做功,所以 A、C 错,B、D 对。
5
运动电荷在磁场中受到的力
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课前预习导学
目标导航
学习目标 1.能说出洛伦兹力的概念,以及 与安培力的关系。 2.会用左手定则判定洛伦兹力的方 向。 3.会计算洛伦兹力的大小,了解电视 机的工作原理。 重点:洛伦兹力的大小计算 和方向判定。 难点:左手定则判定洛伦兹力的 方向。 重点难点
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4.洛伦兹力不做功 洛伦兹力的方向既垂直于磁场,又垂直于电荷运动的速度,根据做 功的条件可以推断:洛伦兹力对运动电荷不做功。 5.电视显像管的工作原理 电视显像管应用了电子束磁偏转的道理。 显像管中有一个阴极,工作时它能发射电子,荧光屏被电子束撞击 就能发光。在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场,其方向、强 弱都在不断地变化。
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)
B.向南偏转 D.向北偏转
1.洛伦 兹力的方向垂直于 B、v 确定的平面。 2.用左手定则判断洛伦兹力的方向和安培力方向的判断方法相同, 即有两种方法: (1)对正电荷,四指指向速度方向,对负电荷,四指指向速度的反方向; (2)不论是正电荷,还是负电荷,四指永远指向粒子运动形成的电流 的方向。 3.由于洛伦兹力的方向总是跟运动电荷的速度方向垂直,所以洛伦 兹力对运动电荷不做功,洛伦兹力只能改变电荷速度的方向,不能改变 速度的大小。
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2.电荷放在电场中会受到静电力作用,那么电荷放入磁场中是否一 定会受到洛伦兹力的作用? 答案:当电荷在磁场中静止或沿着磁场方向运动时,电荷不会受到 洛伦兹力作用。只有当电荷运动且运动方向不与磁场平行时,才受洛伦 兹力作用。 3.在利用左手定则判断带电粒子在磁场中所受到的洛伦兹力的方 向时,四指所指的方向是否一定为电荷运动的方向? 答案:根据左手定则,四指所指的方向为正电荷运动的方向或负电 荷运动的反方向。 4.洛伦兹力的方向与电荷运动方向、磁场方向有何关系?F、B、v 三者的方向关系一定互相垂直吗? 答案:(1)洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向和磁场方向垂直,即 洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动方向和磁场方向所决定的平面。 (2)F、B、v 三者的方向关系是:F⊥B,F⊥v,但 B 与 v 不一定垂直。
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3.如图所示,直导线长为 L,电流为 I,导线中运 动电荷数为 n,截面积为 S,电荷的电荷量为 q,运动 速度为 v,请推导洛伦兹力的大小。 答案:推导如下: 安培力 F=ILB=nF 洛 所以洛伦兹力 F 洛= =
F n ILB n
因为 I=NqSv(N 为单位体积的电荷数) 所以 F 洛=
洛伦兹力 性质 产生 条件 磁场对运动电荷的作用力 在磁场中 v≠0 且 v 与 B 不平行 电场力 电场对电荷的作用力 在电场中,与 v 无关
1 2
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大 小 方 向 作 用 效 果 做 功 情 况
F 洛=qvBsinθ (θ 为 B 与 v 的夹角) F 洛⊥B,F 洛⊥v,遵循左手定则
F 电=qE F 电总与 E 同向或反向,与 v 方向无关
NqSv·LB n
=
NSL · qvB,式中 n
n=NSL,故 F 洛=qvB。
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迁移与应用 2 如图所示,匀强磁场的磁感应强度均为 B,带电粒子的速率均为 v, 带电荷量均为 q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小,并标出洛 伦兹力的方向。
答案:见解析
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解析:图甲中因 v⊥B,所以 F=qvB,方向与 v 垂直斜向上。 图乙中 v 与 B 的夹角为 30° ,F=qvBsin 30° qvB,方向垂直纸面向里。 = 图丙中由于 v 与 B 平行,所以带电粒子不受洛伦兹力。 图丁中因 v 与 B 垂直,所以 F=qvB,方向与 v 垂直斜向上。 洛伦兹 力与电场力的比较
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课堂合作探究
问题导学
一、洛伦兹力的方向
活动与探究 1 1.美丽的极光产生的原因。 答案:在地球南北极附近或高纬地区,晚上会看到一种神奇的彩色 光带——极光。极光的形成与地磁场有关。由于地球本身是一个大磁 体,来自宇宙的射线特别是太阳辐射的带电粒子遇到地磁场发生偏转, 最终落到地球两极上空的大气层中,使大气层中的分子电离发光。由于 在可见光波段不同元素的分子电离后发出光的颜色不同,所以极光里 呈现出美丽的彩色光带。
mg 。 μqB目录 Nhomakorabea退出目录
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二、洛伦兹力的大小
活动与探究 2 1.既然安培力是作用在导线中各自由电子所受洛伦兹力的宏观表 现,当在磁场中的导线没有通电时,自由电子也在不停地运动,为什么没 有安培力呢? 答案:导线不通电时,电荷只有无规则的热运动,而无定向运动,由于 向各方向运动的电荷几率相等,磁场对每个运动电荷的洛伦兹力叠加 的宏观效果为零。 2.电荷在某一区域不受洛伦兹力,是否能说明该处没有磁场? 答案:不能。 因为静止的电荷在磁场中不受洛伦兹力;运动的电荷运 动方向与磁场方向平行时也不受洛伦兹力。
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预习交流 2
目前,电视机已走进了家家户户,给人们的 生活带来了巨大的变化.足不出户便可欣赏到 千里之外奥运赛事的精彩直播!电视机正在播 放节目时,不能将磁铁靠近荧光屏!你知道这是 为什么吗? 答案:由于电视机的显像管是利用磁场对电子束偏转原理工作的, 如果在电视机正在播放节目时,将磁铁靠近荧光屏,会影响电子束的偏 转方向,进而使得图像变形或变色。
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5. 如图所示,质量为 m 的带正电小球从静止开始沿竖直 的绝缘墙竖直下滑。磁感应强度为 B 的匀强磁场方 向水平垂直纸面向外,并与小球运动方向垂直。若小 球电荷量为 q,球与墙间的动摩擦因数为 μ,则小球下 滑的最大速度和最大加速度各多大? 答案:
mg μqB
g
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解析:带电小球由静止在重力作用下向下做加速直 线运动,运动过程中受力分析如图所示。 由牛顿第二定律可得:mg-Ff =ma FN=F,F=qvB,又 Ff =μFN 随着 v 增大,F 增大,FN 增大,Ff 也增大,小球的加 速度变小,故 v=0 时,小球加速度 a 最大,a m =g,a=0 时,小球的速度最大, 由 mg=μ·qv m B 得:v m =
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3.下列各图中,运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方 向之间的关系正确的是( )
答案:B 解析:由左手定则可判,选项 A 错误,B 正确。因选项 C、 D 中电荷运动方向平行于磁场,均不受洛伦兹力。因此,C 、D 均错误。
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4. 一个长直螺线管中通有大小和方向都随时间变化 的交变电流,把一个带电粒子沿如图所示的方向沿 管轴线射入管中,则粒子将在管中( A.做匀速圆周运动 B.沿轴线来回振动 C.做匀加速直线运动 D.做匀速直线运动 答案:D 解析:通有交变电流的螺线管内部磁场方向始终与轴线平行,带电粒子 沿着平行于磁场方向运动时不受洛伦兹力,所以应做匀速直线运动。 )
2.洛伦兹力的方向 用左手定则来判断: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。 3.洛伦兹力的大小 (1)公式:F=qvBsinθ。 式中 θ 为 v 与 B 的夹角。 (2)特殊情况 ①当 θ=90° v⊥B 时,F=qvB。 即 ②当 θ=0,即 v∥B 时,F=0 即 v 与 B 平行时,运动电荷不受洛伦兹力。
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迁移与应用 1 每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来, 地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运 动方向,使它们不能到达地面,这对地球上的 生命有十分重要的意义。假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于 地面向赤道射来,在地磁场的作用下,它将( A.向东偏转 C.向西偏转 答案:A 解析:赤道上地磁场的方向水平向北,当带正电的宇宙射线粒子竖 直向下运动时,由左手定则判断其所受的洛伦兹力方向向东,选项 A 正 确。
F 洛只改变 v 的方向不改变 v 的大 小
F 电既可改变 v 的方向又可改变 v 的 大小
一定不做功
可做正功,可做负功也可以不做功
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当堂检测
1.关于电荷在磁场中的受力,下列说法中正确的是( 用 B.洛伦兹力的方向有可能与磁场方向平行 C.洛伦兹力的方向一定与带电粒子的运动方向垂直 D.带电粒子运动方向与磁场方向平行时,一定不受洛伦兹力的作用 答案:CD 解析:由 F=qvBsinθ。当 B∥v 时,F=0;当 v=0 时,F=0,故 A 错、D 对。由 左手定则知,F 一定垂直于 B 且垂直于 v,故 B 错、C 对。故选 C、D。 ) A.静止的电荷一定不受洛伦兹力的作用,运动电荷一定受洛伦兹力的作
预习导引
1.洛伦兹力 (1)定义:磁场对运动电荷的作用力。 (2)与安培力的关系:安培力是大量运动电荷受到洛伦兹力的宏观 表现。
预习交流 1
太阳发射出的带电粒子以 300 km/s~1000 km/s 的速度扫过太阳系,形成“太阳风”(如图所 示).这种巨大的辐射经过地球时,为什么不能 直射地球? 答案:因为地球周围存在着磁场,宇宙空间的带电粒子在经过地球 磁场时,由于受到洛伦兹力的作用而发生偏转,故不能直射向地球。
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2.关于安培力和洛伦兹力,下面说法中正确的是( A.洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力
)
B.安培力和洛伦兹力,其本质都是磁场对运动电荷的作用力 C.安培力和洛伦兹力,二者是等价的 D.安培力对通电导体能做功,但洛伦兹力对运动电荷不能做功 答案:BD 解析:安培力和洛伦兹力实际上都是磁场对运动电荷的作用力,但二者 不是等价的,安培力实际上是洛伦兹力的宏观表现,它可以对通电导体 做功,但洛伦兹力不能对运动电荷做功,所以 A、C 错,B、D 对。
5
运动电荷在磁场中受到的力
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课前预习导学
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学习目标 1.能说出洛伦兹力的概念,以及 与安培力的关系。 2.会用左手定则判定洛伦兹力的方 向。 3.会计算洛伦兹力的大小,了解电视 机的工作原理。 重点:洛伦兹力的大小计算 和方向判定。 难点:左手定则判定洛伦兹力的 方向。 重点难点
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4.洛伦兹力不做功 洛伦兹力的方向既垂直于磁场,又垂直于电荷运动的速度,根据做 功的条件可以推断:洛伦兹力对运动电荷不做功。 5.电视显像管的工作原理 电视显像管应用了电子束磁偏转的道理。 显像管中有一个阴极,工作时它能发射电子,荧光屏被电子束撞击 就能发光。在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场,其方向、强 弱都在不断地变化。
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)
B.向南偏转 D.向北偏转
1.洛伦 兹力的方向垂直于 B、v 确定的平面。 2.用左手定则判断洛伦兹力的方向和安培力方向的判断方法相同, 即有两种方法: (1)对正电荷,四指指向速度方向,对负电荷,四指指向速度的反方向; (2)不论是正电荷,还是负电荷,四指永远指向粒子运动形成的电流 的方向。 3.由于洛伦兹力的方向总是跟运动电荷的速度方向垂直,所以洛伦 兹力对运动电荷不做功,洛伦兹力只能改变电荷速度的方向,不能改变 速度的大小。
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2.电荷放在电场中会受到静电力作用,那么电荷放入磁场中是否一 定会受到洛伦兹力的作用? 答案:当电荷在磁场中静止或沿着磁场方向运动时,电荷不会受到 洛伦兹力作用。只有当电荷运动且运动方向不与磁场平行时,才受洛伦 兹力作用。 3.在利用左手定则判断带电粒子在磁场中所受到的洛伦兹力的方 向时,四指所指的方向是否一定为电荷运动的方向? 答案:根据左手定则,四指所指的方向为正电荷运动的方向或负电 荷运动的反方向。 4.洛伦兹力的方向与电荷运动方向、磁场方向有何关系?F、B、v 三者的方向关系一定互相垂直吗? 答案:(1)洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向和磁场方向垂直,即 洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动方向和磁场方向所决定的平面。 (2)F、B、v 三者的方向关系是:F⊥B,F⊥v,但 B 与 v 不一定垂直。
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3.如图所示,直导线长为 L,电流为 I,导线中运 动电荷数为 n,截面积为 S,电荷的电荷量为 q,运动 速度为 v,请推导洛伦兹力的大小。 答案:推导如下: 安培力 F=ILB=nF 洛 所以洛伦兹力 F 洛= =
F n ILB n
因为 I=NqSv(N 为单位体积的电荷数) 所以 F 洛=
洛伦兹力 性质 产生 条件 磁场对运动电荷的作用力 在磁场中 v≠0 且 v 与 B 不平行 电场力 电场对电荷的作用力 在电场中,与 v 无关
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大 小 方 向 作 用 效 果 做 功 情 况
F 洛=qvBsinθ (θ 为 B 与 v 的夹角) F 洛⊥B,F 洛⊥v,遵循左手定则
F 电=qE F 电总与 E 同向或反向,与 v 方向无关
NqSv·LB n
=
NSL · qvB,式中 n
n=NSL,故 F 洛=qvB。
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迁移与应用 2 如图所示,匀强磁场的磁感应强度均为 B,带电粒子的速率均为 v, 带电荷量均为 q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小,并标出洛 伦兹力的方向。
答案:见解析
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解析:图甲中因 v⊥B,所以 F=qvB,方向与 v 垂直斜向上。 图乙中 v 与 B 的夹角为 30° ,F=qvBsin 30° qvB,方向垂直纸面向里。 = 图丙中由于 v 与 B 平行,所以带电粒子不受洛伦兹力。 图丁中因 v 与 B 垂直,所以 F=qvB,方向与 v 垂直斜向上。 洛伦兹 力与电场力的比较
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问题导学
一、洛伦兹力的方向
活动与探究 1 1.美丽的极光产生的原因。 答案:在地球南北极附近或高纬地区,晚上会看到一种神奇的彩色 光带——极光。极光的形成与地磁场有关。由于地球本身是一个大磁 体,来自宇宙的射线特别是太阳辐射的带电粒子遇到地磁场发生偏转, 最终落到地球两极上空的大气层中,使大气层中的分子电离发光。由于 在可见光波段不同元素的分子电离后发出光的颜色不同,所以极光里 呈现出美丽的彩色光带。
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二、洛伦兹力的大小
活动与探究 2 1.既然安培力是作用在导线中各自由电子所受洛伦兹力的宏观表 现,当在磁场中的导线没有通电时,自由电子也在不停地运动,为什么没 有安培力呢? 答案:导线不通电时,电荷只有无规则的热运动,而无定向运动,由于 向各方向运动的电荷几率相等,磁场对每个运动电荷的洛伦兹力叠加 的宏观效果为零。 2.电荷在某一区域不受洛伦兹力,是否能说明该处没有磁场? 答案:不能。 因为静止的电荷在磁场中不受洛伦兹力;运动的电荷运 动方向与磁场方向平行时也不受洛伦兹力。
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预习交流 2
目前,电视机已走进了家家户户,给人们的 生活带来了巨大的变化.足不出户便可欣赏到 千里之外奥运赛事的精彩直播!电视机正在播 放节目时,不能将磁铁靠近荧光屏!你知道这是 为什么吗? 答案:由于电视机的显像管是利用磁场对电子束偏转原理工作的, 如果在电视机正在播放节目时,将磁铁靠近荧光屏,会影响电子束的偏 转方向,进而使得图像变形或变色。
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5. 如图所示,质量为 m 的带正电小球从静止开始沿竖直 的绝缘墙竖直下滑。磁感应强度为 B 的匀强磁场方 向水平垂直纸面向外,并与小球运动方向垂直。若小 球电荷量为 q,球与墙间的动摩擦因数为 μ,则小球下 滑的最大速度和最大加速度各多大? 答案:
mg μqB
g
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解析:带电小球由静止在重力作用下向下做加速直 线运动,运动过程中受力分析如图所示。 由牛顿第二定律可得:mg-Ff =ma FN=F,F=qvB,又 Ff =μFN 随着 v 增大,F 增大,FN 增大,Ff 也增大,小球的加 速度变小,故 v=0 时,小球加速度 a 最大,a m =g,a=0 时,小球的速度最大, 由 mg=μ·qv m B 得:v m =
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3.下列各图中,运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方 向之间的关系正确的是( )
答案:B 解析:由左手定则可判,选项 A 错误,B 正确。因选项 C、 D 中电荷运动方向平行于磁场,均不受洛伦兹力。因此,C 、D 均错误。
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4. 一个长直螺线管中通有大小和方向都随时间变化 的交变电流,把一个带电粒子沿如图所示的方向沿 管轴线射入管中,则粒子将在管中( A.做匀速圆周运动 B.沿轴线来回振动 C.做匀加速直线运动 D.做匀速直线运动 答案:D 解析:通有交变电流的螺线管内部磁场方向始终与轴线平行,带电粒子 沿着平行于磁场方向运动时不受洛伦兹力,所以应做匀速直线运动。 )