高中物理运动电荷在磁场中受到的力课件新人教版选修3-1.ppt

5 运动电荷在磁场中受到的力 1.知道什么是洛伦兹力，利用左手定则判 断洛伦兹力的方向. 2.知道洛伦兹力公式的推理过程. 3.掌握垂直进入磁场的带电粒子所受到洛伦兹力大小的计 算. 4.了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向的判断方法、理 解洛伦兹力对电荷不做功. 5.了解电视显像管的工作原理. 1.判断安培力的方向： I I 2.安培力大小的一般计算方法： F F 复习 F安BILsin（ 为B与L的夹角） I 推理与猜想： 磁场对运动电荷会有作用力吗？ 洛伦兹力（阴极射线在磁场中的偏转） 磁场对运动电荷的作用 洛伦兹（18531928） 洛伦兹是荷兰物理学家、数 学家，1853年7月18日生于阿 纳姆.洛伦兹创立了经典电子 论，提出了洛伦兹变换公式， 1902年与其学生塞曼共同获得 诺贝尔物理学奖.为纪念洛伦 兹的卓著功勋，荷兰政府决定 从1945年起，把他的生日定为 “洛伦兹节”. 安培力是磁场对电流的作用力. 电流是电荷的定向移动形成的. 洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力. 磁场对电流的作用力的实质是磁场对运动电荷的 作用力. 洛伦兹力的方向可以用左手定则判定 实验验证： 理论推导: 猜想： 猜想正确. 一、探究洛伦兹力的方向： 1.判断洛伦兹力的方向的方法：左手定则 伸开左手，使大拇指和其余 四指垂直且处于同一平面内， 把手放入磁场中，让磁感线垂 直穿过手心，若四指指向正电 荷运动的方向，那么大拇指所 指的方向就是正电荷所受洛伦 兹力的方向. v F v F 若四指指向负电荷运动的反 方向，那么大拇指所指的方向 就是负电荷所受洛伦兹力的方 向. V V B B V V v1v2 V V B B B B F F + F F F F 2.洛伦兹力F与v、B三者之间的方向关系 + 总结：洛伦兹力的方向： 1.左手定则 2.注意: （1）四指指向电流的方向，即正电荷运动的方向或负 电荷运动的反方向. （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. 试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹 力的情况如何. v0 二、洛伦兹力的大小 类比 我们知道：当电 流方向跟磁场方向平行 时安培力等于0. B 1.当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力 最小F=0. 想一想：如果带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重力） ,初速度v0跟磁感强度B的方向平行,粒子将做什么运动？ 以初速度v0做匀速直线运动 2.当带电粒子的运动方向与磁场方向垂 直时，洛伦兹力F最大. v q B 实验表明：磁场越强（磁感应强度越大）， 电荷量越大，运动速度越快，电荷受到的洛 伦兹力越大. 可见:当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力的大小跟 三个因素相关：磁感应强度B 电荷量q 电荷运动速度为 v 总结：洛伦兹力：F=qvB (v垂直B） V 【想一想】若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦 兹力又如何呢 ？ B1 B2 B V1 V2 三、探究洛伦兹力的表达式 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 电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动 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数. （4）每个电荷所受的洛伦兹力. 洛伦兹力推导 F 解：(1)通电导线中的电流 (2)通电导线所受的安培力 (3)这段导线内的自由电荷数 (4)每个电荷所受的洛伦兹力 单位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T) I v v vv (适用条件：速度方 向与磁场方向垂直) 1.安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的 微观表现. 2.大小关系：F安NF洛（N是导体中的运动电荷数） 3.方向关系：F安与F洛方向相同 4.F安与F洛的本质都是磁场对运动电荷的作用力 四、洛伦兹力与安培力的关系 洛伦兹力与安培力 五、洛伦兹力和电场力的区别 2.大小：F电Eq,F洛=Bqvsin(为B与V的夹角). 1.电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其运动状态 无关；而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用，只有相 对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受 磁场力作用. 3.电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向；而 电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于 运动方向. 4.电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运动除外）， 而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功. 主要构造: 电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等 六 、电视显像管的工作原理 2.要使电子打在A点,偏转磁场应 该沿什么方向? 垂直纸面向外 【思考与讨论】 1.要使电子打在O点,偏转磁场应 该沿什么方向? 不加偏转磁场 3.要使电子打在B点,偏转磁场应该沿什么方向? 垂直纸面向里 4.要使电子从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该 怎样变化？ 先垂直纸面向外并逐渐减小,后垂直纸面向里并逐渐 增大. 应用了电子束磁偏转的原理 显像管工作示意图 磁流体发电机 磁流体发电机 磁流体发电机 粒子选择器 速度选择器 极光 1.试判断下列图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向.带电粒 子的电性或带电粒子的运动方向. v F F v v F 粒子垂直于纸 面向里运动 所受洛伦兹力垂 直于纸面向外 v 2.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（ ） A带电粒子速度大小改变 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 CD BD 3.电子以初速度v垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场 中,则( ) 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 4.电荷量为q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确 的是( ) 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 B 5. 如图所示，一个带正电q的带电体处于垂直纸面向里的 匀强磁场B中，带电体的质量为m.为了使带电体对水平的 绝缘面恰好没有正压力，则应该（ ） A.将磁感应强度B的值增大 B.将磁场以速率v=mgqB向上运动 C.将磁场以速率v=mgqB向右运动 D.将磁场以速率v=mgqB向左运动 C 6.来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向 赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空 间时，将( ) A竖直向下沿直线射向地面 B相对于预定点稍向东偏转 C相对于预定点稍向西偏转 D相对于预定点稍向北偏转 B v 【解析】由题意知v垂直B,由洛伦兹力公式得： F洛=qvB =1.6010-1931060.10N =4.810-14 N 7.电子的速率v=3106 m/s，垂直射入B=0.10 T的匀强 磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？ 1.定义： 磁场对运动电荷