2016年高中物理 3.5运动电荷在磁场中受到的力课件 新人.

A. 导线中的电流从 A 到 B B. 导线中的电流从 B 到 A C. 若要使电子束的径迹向上弯曲，可以改变 AB 中的电流 方向来实现 D. 电子束的径迹与 AB 中的电流方向无关
[完美答案]
C
磁铁影响电视图象的原因 电视显像管运用了电子束磁偏转的原理， 所以将磁铁或通电 导体靠近正在播放节目的电视机时， 这两种磁场会影响电子束的 运动，从而使图象变形。
(多选)如图所示，一阴极射线管，左侧不断有电子射出，若 在管的正下方放一通电直导线 AB 时， 发现射线的径迹向下弯曲， 则 ( )
安培力 F＝ ILB＝ nF 洛 F ILB 所以洛伦兹力 F 洛＝ ＝ n n 因为 I＝ NqSv(N 为单位体积的电荷数) NqSv· LB NSL 所以 F 洛＝ ＝ · qvB， n n 式中 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＝ qvBsinθ。
[完美答案]
C
洛伦兹力对物体运动的影响 虽然洛伦兹力不做功， 但是它可以改变带电小球运动的速度 方向，从而影响了带电小球的运动。一般在分析带电物体在洛伦 兹力作用下做曲线运动时， 往往把物体的运动在两个互相垂直的 方向上进行分解，分析洛伦兹力在不同方向上对物体的作用。也 可以根据动能定理分析解决。
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。
第三章
磁场
第 5节
运动电荷在磁场中受到的力
[课堂目标 ]
1. 经历实验探究洛伦兹力方向的过程， 知道洛
伦兹力的方向与电荷的运动方向和磁感应强度的方向都垂直， 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， 由此体会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及工作的基本原理。
想一想
显像管工作时， 电子束是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：这是由于眼睛的视觉暂留现象，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，人眼就感觉不 到荧光屏的闪烁。
02 课堂合作探究
考点一 探究导引
洛伦兹力与安培力的关系
1. 安培力的方向如何判断？ 思考：
如图所示，在竖直绝缘的水平台上，一个带正电的小球以水 平速度 v0 抛出，落在地面上的 A 点，若加一垂直纸面向里的匀 强磁场，小球仍能落到地面上，则小球的落点( )
A. 仍在 A 点 B. 在 A 点左侧 C. 在 A 点右侧 D. 无法确定
[解析 ] 小球在运动中任一位置的受力如图所示，小球此时 受到了斜向上的洛伦兹力的作用，小球在竖直方向的加速度 ay mg－ qvBcosθ ＝ ＜ g，故小球在空中做曲线运动的时间将增加， m 同时水平方向上加速，故落点应在 A 点的右侧，选项 C 正确。
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 成． 和荧光屏组
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．
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．
2. 电流与运动电荷有什么关系呢？ 思考：
一 |重点诠释 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，则洛伦兹力方向将不变。
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 一行到最下一行扫描一遍，叫做一场，电视机中每秒要进行 50 场扫描， 由于人的“视觉暂留”， 我们感到整个荧光屏都在发光。
二 |典题研析 例 1 在图所示的各图中，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。
1.判定洛伦兹力方向用 ________定则。 提示： 左手 2．若研究对象为负电荷，四指应指向 __________________。 提示： 运动方向的反方向
(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，但磁感线不一定要垂直穿 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。
4. 洛伦兹力的大小 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，电荷的电量为 q，运动速度为 v，则
[答案] B
考点二 探究导引
洛伦兹力与电场力的比较
安培力是洛伦兹力的宏观体现， 那么洛伦兹力与电场力进行 比对一下，看看二者有什么区别与联系？ 思考：
一 |重点诠释 洛伦兹力与电场力的比较
(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。
[答案] C
考点三 探究导引
电视显像管的工作原理
我们看电视可能会有灰屏的瞬间，这是为什么呢？ 思考：
一 |重点诠释 1. 结构 如图所示为电视显像管的原理示意图 (俯视图 )。没有磁场 时，电子束打在荧光屏正中的 O 点，为使电子束偏转，由安装 在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。
2. 扫描 在电视显像管的偏转区有两对线圈，叫做偏转线圈，偏转线 圈中通入大小方向按一定规律变化的电流， 分别在竖直方向和水 平方向产生偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束 打在荧光屏上的光点就像图示那样不断移动， 这种电子技术叫做 扫描。
二 |典题研析
例Hale Waihona Puke 如图所示为电视显像管偏转线圈的示意图， 当线圈通以图示 的直流电时，一束沿着管颈线射向纸内的电子将( A. 向上偏转 C. 向右偏转 B. 向下偏转 D. 向左偏转 )
[规范解答 ] 由导线中电流的方向以及螺线管的环绕方向， 可判断出两侧螺线管的上方均为 N 极，故中点圆心处的磁场方 向是竖直向下的，又由于电子束射向纸内，故电流方向垂直于纸 面向外，最后据左手定则可判断出电子束所受洛伦兹力方向向 右，正确答案为 C。
兹力始终与速度方向垂直。当速度方向变化时，洛伦兹力的方向 也发生变化，不再沿水平方向。上图所示为小球在磁场中某一位 置时的受力情况，从图中可以看出洛伦兹力 F 洛的竖直分量 F1 会影响小球竖直方向的运动， 使竖直下落的加速度减小 (小于 g)， 故其下落的时间 tb 大于没有磁场时小球自由下落的总时间 t0。 综 上所述，ta<tb。
01 课前自主学习
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：通电导线在磁场中所受的安培力是洛 伦兹力的 宏观表现
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)洛伦兹力方向的特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于 B和v 所决定的平面．
1.正电荷受电场力与电场线方向 ________，受洛伦兹力与磁 感线方向 ________。 提示： 相同 垂直
2．小球落地时间由 ________方向的力决定。 提示： 竖直
[规范解答 ] a 球进入匀强电场后，始终受到匀强电场水平向右的电场力 F 电 ＝ qE 作用，这个力不会改变 a 在竖直方向运动的速度，故它 下落的总时间 ta 与没有电场时自由下落的时间 t0 相同。b 球以某 一速度进入匀强磁场瞬间它就受到水平向右的洛伦兹力作用， 这 个力只改变速度方向，会使速度方向向右发生偏转，又因为洛伦
5. 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， 但不能简单地认为安培力就等于所有定向移动的电荷所 受洛伦兹力的合力，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 与洛伦兹力既有联系，也有区别。
二 |典题研析 例2 两个完全相同的带等量的正电荷的小球 a 和 b，从同
一高度自由落下， 分别穿过高度相同的水平方向的匀强电场和匀 强磁场，如图所示，然后再落到地面上，设两球运动所用的总时 间分别为 ta、 tb，则 ( )
A. ta＝tb B. ta＞ tb C. ta＜tb D. 条件不足，无法比较
向里 (3)不受洛伦兹力 (4)qvB 垂直 v 向左上方
判断洛伦兹力的易错点 (1)确定洛伦兹力的大小时需明确 “v”与 “B”的方向夹角 θ。 当 v∥ B 时，洛伦兹力为零。 (2)确定洛伦兹力的方向还需明确运动电荷的电性，特别注 意负电荷的运动方向与左手四指的指向应相反。