高中物理 第三章 磁场 5 运动电荷在磁场中受到的力课件 新人教版选修

5 运动电荷在磁场中受到的力 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以及它工作的基本原理。 1.洛伦兹力的大小和方向 (1)洛伦兹力:运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。实际上 通电导线在磁场中受到的安培力就是洛伦兹力的宏观表现。 (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;让磁感线从手心进 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: 如果速度方向与磁感应强度的方向垂直,运动电荷所受的洛伦 兹力为F=qvB; 如果运动方向与磁场平行,运动电荷所受的洛伦兹力为F=0; 如果电荷运动的方向与磁场的夹角为,电荷所受的洛伦兹力 为F=qvBsin 。 (2)原理:显像管应用了电子束磁偏转的道理。没有磁场时电子束 打在荧光屏的正中点,要使电子束按图示的方向偏转,偏转磁场应 垂直纸面向外(选填“向里”或“向外”)。 (3)扫描:在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场,垂直纸 面水平方向上的磁场可使电子束上、下偏转,沿纸面竖直方向的磁 场使电子束左、右偏转。偏转磁场的强弱和方向都在不断变化,因 此电子束打在荧光屏上的光点便从上向下、从左向右不断地移动, 这种技术叫作扫描。 (4)偏转线圈:使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的叫作偏转 线圈。 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,当电子束扫描频率超过人 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。 1.对洛伦兹力的理解和认识 (1)对洛伦兹力方向的认识 决定洛伦兹力方向的因素有三个:电荷的电性(正、负)、速度 方向、磁感应强度的方向。当电荷电性一定时,其他两个因素中, 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。 在研究电荷的运动方向与磁场方向垂直的情况时,由左手定则 可知,洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直,又与电荷的运动方向垂 直,即洛伦兹力垂直于v和B两者所决定的平面。 特别提醒(1)只有相对于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)电荷垂直于磁场运动时所受的洛伦兹力最大;电荷平行于磁场 运动时,不受洛伦兹力。 2.洛伦兹力与现代科技 (1)磁流体发电机 磁流体发电机的发电原理如图所示: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,则可 求出两板间最大电压和可能达到的最大电流。 类型一类型二类型三 洛伦兹力的大小和方向问题 【例1】 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。 类型一类型二类型三 类型一类型二类型三 类型一类型二类型三 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,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vB时,洛伦兹力F=qvB;当vB时,F=0;当v与B成角 (090)时,应将v(或B)进行分解取它们垂直的分量计算。 类型一类型二类型三 类型一类型二类型三 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。 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 类型一类型二类型三 题后反思解答此题不仅要想到静电力和洛伦兹力相平衡的情况,也 要想到电子不受洛伦兹力只受静电力的匀加(减)速直线运动的情 况。 类型一类型二类型三 洛伦兹力作用下带电体的直线运动 【例3】 在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中,有一倾角为、 足够长的光滑绝缘斜面,磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,电场方 向竖直向上,有一质量为m、电荷量为+q的小球静止在斜面上,这时 小球对斜面的正压力恰好为零,如图所示。若迅速把电场方向反转 为竖直向下,小球能在斜面上连续滑行多远?所用时间是多少? 类型一类型二类型三 类型一类型二类型三 类型一类