2019高中物理 第二章 磁场 2.4-2.5 磁场对运动电荷的作用 磁性材料课件 新人教版选修1 -1.ppt

四、磁场对运动电荷的作用五、磁性材料,读一读,辨一辨,一、洛伦兹力阅读教材第37页“洛伦兹力”部分,了解磁场对运动电荷的作用,知道什么是洛伦兹力。1.通过观察演示实验,当电子束在磁场中运动时,电子束的轨迹有何变化?答案:无磁场时,电子束沿直线运动;有磁场时,电子束会发生偏转。2.什么叫洛伦兹力?答案:磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力。3.安培力和洛伦兹力有什么样的关系?答案:安培力是洛伦兹力的宏观表现。,读一读,辨一辨,二、洛伦兹力的方向阅读教材第37页“洛伦兹力的方向”部分,根据安培力方向判断的方法,总结洛伦兹力方向的判断方法。1.如何判断洛伦兹力的方向?答案:根据左手定则来判定。2.电荷分为正电荷和负电荷,利用左手定则判定洛伦兹力的方向时,四指的指向有什么要求?答案:四指的指向与正电荷运动的方向相同,与负电荷运动的方向相反。,读一读,辨一辨,三、电子束的磁偏转阅读教材第3839页“电子束的偏转”和“显像管的工作原理”两部分,了解显像管的工作原理,知道电子束在磁场中做圆周运动。1.概念:由于洛伦兹力的作用,电子束能在磁场中发生偏转,叫作磁偏转。2.装置及现象:洛伦兹力演示仪是由一个球形电子射线管和一组线圈组成的。在演示仪中可以观察到,没有磁场时,电子束是直进的;外加磁场后,电子束的径迹变成圆形。影响其半径的因素有磁场的强弱和电子的速度。3.应用:电视显像管应用了电子束磁偏转的原理。,读一读,辨一辨,四、磁性材料阅读教材第4144页“磁性材料”部分,了解磁性材料的性质及其应用。1.磁化与退磁某些物体与磁铁接触后就会显示出磁性,这种现象叫作磁化。如缝衣针、螺丝刀等钢铁物体。原来有磁性的物体,经过高温、剧烈震动或者逐渐减弱的交变磁场的作用,就会失去磁性,这种现象叫作退磁。,读一读,辨一辨,2.磁性材料(1)铁磁性物质:铁、钴、镍以及它们的合金、氧化物,磁化后的磁性比其他物质强得多。(2)磁畴:组成铁磁性物质的很多已经磁化的小区域。利用磁畴的磁化方向的排列,可以对磁化过程作微观解释。(3)硬磁性材料和软磁性材料:有些铁磁性材料,在外磁场撤去以后,各磁畴的方向仍能很好地保持一致,物体具有很强的剩磁,这样的材料叫作硬磁性材料。3.磁性材料的重要应用磁记录磁带、硬盘、磁卡等。,读一读,辨一辨,1.思考辨析。(1)安培力和洛伦兹力的方向均可用左手定则判断。()解析:安培力和洛伦兹力的方向均由左手定则来判定。答案:(2)安培力和洛伦兹力本质上都是磁场对运动电荷的作用,安培力可以对通电导线做功;洛伦兹力对运动电荷也可以做功。()解析:安培力的方向垂直于通电导线,当通电导线在沿安培力的方向上发生运动时,安培力对通电导线做功;而洛伦兹力与电荷运动的速度方向垂直,所以洛伦兹力对运动电荷不做功。答案:,读一读,辨一辨,(3)所有物质都能在一定程度上被磁化,但只有一部分物质能明显被磁化,磁化后的磁性比其他物质强得多。()解析:所有物质都可能被磁化,但铁磁性物质磁化后的磁性比其他物质强得多。答案:2.探究讨论。录音机是怎样记录信号的?答案:是根据磁化的原理录音的。在录音机内先将声音信号转化为音频电流,用音频电流通过磁化线圈对磁带进行磁化。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,探究一对洛伦兹力的认识及其方向的判定如图所示,在用阴极射线管研究磁场对运动电荷作用的实验中,当阴极射线管不加磁场时,观察到电子束沿直线运动(如图甲),加上磁场后观察到电子束发生了偏转(如图乙),并且改变磁场方向,偏转方向也改变,这说明了什么?,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,要点提示加上磁场后电子束发生了偏转,说明磁场对运动电荷有作用力(洛伦兹力);磁场方向不同,偏转方向也不同,说明洛伦兹力的方向与磁场方向有关。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,1.对洛伦兹力的认识洛伦兹力是通电导线在磁场中所受安培力的微观本质。其方向可用左手定则来判断。洛伦兹力与电荷运动状态有关,当v=0时,F洛=0。由于F洛始终与v垂直,所以洛伦兹力永不做功,这一点与安培力不同,安培力可以对通电导线做功。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,2.洛伦兹力方向的判定(1)运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向可用左手定则判断,注意四指所指的是正电荷运动的方向(或负电荷运动的反方向),拇指所指的是电荷所受洛伦兹力的方向。(2)洛伦兹力的方向既垂直于电荷运动速度v的方向,又垂直于磁感应强度B的方向,故洛伦兹力的方向总是垂直于B、v方向所确定的平面。(3)由于洛伦兹力F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,洛伦兹力只能改变运动电荷速度的方向,不能改变速度的大小。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,3.洛伦兹力与电场力的比较这两种力都是带电粒子在不同的场中受到的力,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。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,【例题1】导学号66824035关于电荷在磁场中运动速度、磁场和电荷受到洛伦兹力三者之间的方向关系如图所示,其中正确的是(),解析:根据左手定则,A中电荷所受洛伦兹力方向向下,A正确;B中电荷所受洛伦兹力方向向下,B错误;C中电荷运动方向与磁场方向平行,不受洛伦兹力,C错误;D中电荷所受洛伦兹力方向垂直纸面向外,D错误。答案:A,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,归纳总结洛伦兹力方向的判断方法(1)注意电荷的正负,尤其是判断负电荷所受洛伦兹力方向时,四指应指向电荷运动的反方向。(2)注意洛伦兹力的方向一定垂直于B和v所决定的平面。(3)当v与B的方向平行时,电荷受到的洛伦兹力为零。,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,变式训练1关于安培力、电场力和洛伦兹力,下列说法正确的是()A.电荷在电场中一定受电场力作用,电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用B.电荷所受电场力一定与该处电场方向一致,电荷所受的洛伦兹力不一定与磁场方向垂直C.安培力和洛伦兹力的方向均可用左手定则判断D.安培力和洛伦兹力本质上都是磁场对运动电荷的作用,安培力可以对通电导线做功,洛伦兹力对运动电荷也做功解析:当电荷沿磁感线运动时,不受洛伦兹力作用,选项A错误;负电荷受到的电场力与电场方向相反,洛伦兹力的方向一定垂直于磁场方向和运动方向,洛伦兹力不做功,选项B、D错误。答案:C,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究二电子束的磁偏转及其应用显像管原理示意图如图所示,试思考讨论下列问题:显像管原理示意图(俯视图)(1)要使电子打在A点,偏转磁场应该沿什么方向?(2)要使电子打在B点,偏转磁场应该沿什么方向?(3)要使电子从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该怎样变化?,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,要点提示(1)由左手定则判定知,要使电子打在A点,偏转磁场应该垂直纸面向外。(2)要使电子打在B点,偏转磁场应该垂直纸面向里。(3)要使电子从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该先垂直纸面向外并逐渐减小,然后垂直纸面向里并逐渐增大。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,电子束的磁偏转(1)实验演示:如图所示,一种特殊的电子射线管,由电子枪发射出的电子射线可以使管内的气体发出辉光,显示出电子的轨迹。在不加磁场时,电子的轨迹是一条直线,在管外加上与电子束运动方向垂直的匀强磁场时,电子的轨迹就弯成了圆,这说明磁场对运动电子的作用力洛伦兹力,使电子做圆周运动,且由F洛=qvB知,该运动为匀速圆周运动,即洛伦兹力提供向心力。,(2)理论分析:由,即电子的速度和磁场的强弱是影响带电粒子做圆周运动半径的因素。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题2】运动的电子束在垂直于运动方向的磁场中会受到的作用。显像管通过控制电子束打在荧光屏上的位置来构成画面。为了让显示器有清晰的图像,显像管的设计、生产及使用都应注意防止对成像的干扰。解析:电子枪产生高能电子束,通电线圈提供磁场。电子束穿过磁场时,受到洛伦兹力作用,径迹发生偏转,显像管通过通电线圈产生的磁场控制电子束打在荧光屏上的位置来构成画面。由于电视机显像管应用了电子束的偏转原理,所以将磁铁靠近正在播放节目的电视机时磁铁的磁场会影响电子的运动使图像变形。答案:洛伦兹力外加磁场题后反思电视机显像管在工作时既利用了磁场,又害怕外来磁场的干扰。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练2导学号66824036如图所示,电子枪射出的电子束进入示波管,在示波管正下方有竖直放置的通电环形导线,则示波管中的电子束将()A.向上偏转B.向下偏转C.向纸外偏转D.向纸里偏转解析:环形导线在示波管处产生的磁场方向垂直于纸面向外,由左手定则可判断,电子受到的洛伦兹力向上,故A正确。答案:A,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究三磁性材料与磁记录磁性材料为什么能记录信息?录音、录像磁带上的磁性材料应该用硬磁性材料还是软磁性材料?,要点提示磁性材料在外界磁场作用下能够被磁化,这就使我们可以利用磁性材料记录外界磁场的信息。磁记录时,通过把声音、图像或其他信息转变为变化的磁场,使磁带、磁卡磁条上的磁粉层磁化,这样就能在磁带或磁卡上记录下与声音、图像或其他信息相应的磁信号;录音、录像磁带上的磁性材料是用来作磁记录的,需要磁化后长久保持磁性,所以用硬磁性材料。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.磁性材料的分类及应用(1)硬磁性材料指磁化后能长久保持磁性的材料。常见的有高碳钢、铝镍钴合金、钛钴合金、钡铁氧体等,适合制作永久磁铁,应用在磁电式仪表、扬声器、话筒等电器设备中,还应用于磁记录,如录音磁带、录像磁带、电脑磁盘等。(2)软磁性材料指磁化后不能保持长久磁性的材料,软磁性材料易于磁化,也易于退磁。常见的如软铁、硅钢、铁镍合金等,适用于需要反复磁化的场合,可以用来制造录音机的磁头,还广泛用于电工设备和电子设备中,例如用来制造变压器、电磁铁等。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,2.磁记录(1)磁卡背面的黑条,录音机、录像机上用的磁带,电子计算机上用的磁盘都含有磁记录用的磁性材料。依靠磁记录,我们可以保存大量的信息,并在需要的时候读出这些信息。(2)地磁场留下的记录:地磁场会对含有磁性材料的岩石起作用,据推测,地磁场的强度和方向随时间的推移在不断改变,大约每过100万年,地磁场南北极会完全颠倒一次。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题3】(多选)下列各项中属于磁性材料应用的是()A.冰箱门上的橡胶密封条B.录音机的录音带C.电话用的IC卡D.VCD机的光碟解析:冰箱门上的橡胶密封条是磁性橡胶制成的,是用永磁材料的微粒与橡胶混合在一起制成的复合材料,冰箱门关闭时,磁性橡胶和钢制的门框吸在了一起,可以将门密封得很好;录音机的录音带上有一层磁粉,用以储存信号;电话用的IC卡上也有一个磁条;只有光碟上无磁性材料,它利用激光技术将信号保存在碟片上。选项A、B、C正确。答案:ABC,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,归纳总结磁性材料的应用非常广泛,从指南针、天线磁棒、变压器、永磁电机一直到航天飞机都可以找到磁性材料的应用例子。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练3(多选)下列说法中正确的有()A.外磁场撤去以后物体没有明显的剩磁,这种材料叫作软磁性材料B.铁磁性物质称为弱磁性物质C.通常所说的磁性材料是指强磁性物质D.硬磁性材料的剩磁弱,而且容易去磁解析:硬磁性材料不容易去磁,通常所说的磁性材料是指强磁性物质。答案:AC,12345,1.(物理学史的考查)首先提出磁场对运动电荷有力的作用的科学家是()A.焦耳B.奥斯特C.安培D.洛伦兹答案:D,12345,2.(多选)(磁性材料)下列元件中,由硬磁性材料制造的是()A.录音机的磁头B.扬声器中的磁铁C.电磁铁中的铁芯D.储蓄用的信用卡解析:在外磁场撤去以后,各磁畴的方向仍很好地保持一致,物体具有很强的剩磁,这样的材料叫作硬磁性材料。录音机内的磁头、电磁铁中的铁芯等要求外界有电流时,内部有磁场,等电流撤去后,磁性也随之消失,所以不能是硬磁性材料,故A、C项错。而扬声器中的磁铁,在没有电流时仍然保持原有的磁性,所以是硬磁性材料。信用卡同样是硬磁性材料。答案:BD,12345,3.(洛伦兹力方向的判定)如图所示,带正电的粒子q(不计重力),水平向左进入匀强磁场,磁场方向垂直纸面向外,该粒子将()A.向下偏转B.向上偏转C.垂直纸面向里偏转D.垂直纸面向外偏转解析:由于粒子带正电,由左手定则可以确定该粒子将向上偏转。B选项正确。答案:B,12345,4.(多选)(左手定则的应用)如图是表示磁场磁感应强