高中物理 第3章 磁场对运动电荷的作用力课件 新人教版选修31.ppt

5运动电荷在磁场中受到的力 1 电场对静止的电荷 力的作用 电场对运动的电荷 力的作用 填 有 或 无 带正电和带负电的离子定向移动都能形成电流 但带正电离子的移动方向与电流方向 带负电离子的移动方向与电流方向 填 相同 或 相反 精彩回眸 有 有 相同 相反 2 双选 如图3 5 1所示 为某电场中的一条电场线 在a点静止地放一个带正电粒子 所受重力不能忽略 到达b点时速度恰好为零 则 a 该粒子从a b做变加速运动b 电场线的方向一定竖直向上c a点场强有可能比b点大d 该电场可能是负的点电荷的电场 答案 ab 一 洛伦兹力的方向和大小1 洛伦兹力 1 在磁场中所受的力叫做洛伦兹力 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 而洛伦兹力是安培力的微观本质 新知梳理 运动电荷 宏观表现 2 洛伦兹力的方向 1 左手定则 伸开左手 使大拇指与其余四个手指垂直 并且都与手掌在同一平面内 让 从掌心进入 并使四指指向 这时大拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受 的方向 负电荷受力的方向与正电荷受力的方向 2 特点 洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁场方向都 洛伦兹力只改变带电粒子的运动方向 不改变速度大小 对电荷不做功 磁感线 正电荷运动的方向 洛伦兹力 相反 垂直 3 洛伦兹力的大小 1 当 时 f qvb 2 当 时 f 0 二 电视显像管的工作原理1 电视显像管应用了电子束 的原理 2 电子束打在荧光屏上的位置在偏转磁场的控制下一行一行地不断移动 这在电视技术中叫做 v b v b 磁偏转 扫描 一条直线 发生弯曲 向相反的方向弯曲 1 对洛伦兹力的理解 1 大小 只有运动电荷受洛伦兹力 静止电荷不受洛伦兹力 电荷垂直磁场运动时 洛伦兹力最大 平行磁场运动时不受洛伦兹力 如何正确理解洛伦兹力与安培力 2 方向 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 f b v三者的方向关系是 f b f v 但b与v不一定垂直 洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化 但无论怎么变化 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 不改变电荷速度大小 2 洛伦兹力与安培力的区别和联系 1 区别 洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力 而安培力是指通电直导线所受到的磁场力 洛伦兹力恒不做功 而安培力可以做功 2 联系 安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力是安培力的微观解释 大小关系 f安 nf洛 n是导体中定向运动的电荷数 方向关系 洛伦兹力与安培力的方向一致 均可用左手定则进行判断 1 双选 关于安培力和洛伦兹力 下列说法正确的是 a 安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力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 这两种力都是效果力 其实并不存在 原因是不遵守牛顿第三定律d 安培力对通电导体能做功 洛伦兹力对运动电荷不能做功 答案 bd 解释 电流是电荷的定向移动 安培力是磁场对导体内定向移动电荷所施加的洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力始终与电荷运动方向垂直 所以不能对运动电荷做功 而安培力作用在导体上 可以让导体产生位移 因此能对导体做功 这两种力是同一性质的力 同样遵守牛顿第三定律 反作用力作用在形成磁场的物体上 选项b d正确 1 这两种力均是带电粒子在不同场中受到的力 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 洛伦兹力与电场力有何区别 2 关于电场力与洛伦兹力 以下说法正确的是 a 电荷只要处在电场中 就会受到电场力 而电荷静止在磁场中 才有可能受到洛伦兹力b 电场力对在其电场中的电荷一定会做功 而洛伦兹力对在磁场中的电荷却不会做功c 电场力与洛伦兹力一样 受力方向都在电场线和磁感线上d 只有运动的电荷在磁场中才会受到洛伦兹力的作用 答案 d 解释 本题考查带电粒子受洛伦兹力和电场力的条件 洛伦兹力方向的判定及大小的计算 思路点拨 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 反思领悟 1 确定洛伦兹力的大小时需明确 v 与 b 的方向夹角 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 如图3 5 4所示 阴极射线管 a为其阴极 放在蹄形磁铁的n s两极间 射线管的a b两极分别接在直流高压电源的 极和 极 此时 荧光屏上的电子束运动轨迹 偏转 填 向上 向下 或 不 答案 负正向下 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3 5 5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 tbb ta tbc ta tbd 条件不足 无法比较 对洛伦兹力作用效果的理解 解析 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 如图所示为小球在磁场中某一位置时的受力图 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 答案 c反思领悟 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 如图3 5 6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 答案 c 例3 如图3 5 7所示 一个带负电的滑环套在水平且足够长的粗糙的绝缘杆上 整个装置处于方向如图3 5 7所示的匀强磁场b中 现给滑环施以一个水平向右的瞬时速度 使其由静止开始运动 则滑环在杆上的运动情况不可能是 带电体在洛伦兹力作用下的运动 a 始终做匀速运动b 开始做减速运动 最后静止于杆上c 先做加速运动 最后做匀速运动d 先做减速运动 最后做匀速运动 解析 带电滑环向右运动时所受洛伦兹力方向向上 其大小与滑环初速度大小有关 由于滑环初速度的大小未具体给定 因而洛伦兹力与滑环重力可出现三种不同的关系 1 当洛伦兹力等于重力 则滑环做匀速运动 2 当洛伦兹力开始时小于重力 滑环将做减速运动 最后停在杆上 3 当洛伦兹力开始时大于重力 滑环所受的洛伦兹力随速度减小而减小 滑环与杆之间挤压力将逐渐减小 因而滑环所受的摩擦力减小 当挤压为零时 摩擦力为零 滑环做匀速运动 故c不可能 答案 c 反思领悟 解决在洛伦兹力作用下带电体运动问题基本思路 1 正确的受力分析 除重力 弹力 摩擦力外 要特别注意洛伦兹力的分析 2 正确分析物体的运动状态 找出物体的速度 位置及其变化特点 分析运动过程 3 恰当地灵活运用力学中的定理 定律 学会把 电学 问题 力学 化 如图3 5 8所示 在水平天花板下用a b两绝缘细线悬挂着一个小球处于静止状态 开始a线竖直 b线伸直 a线长la 20cm b线长lb 40cm 小球的质量m 0 04g 带有q 1 0 10 4c的电荷 整个装置处于范围足够大的 方向水平且垂直纸面向里的匀强磁场中 匀强磁场的磁感应强度b 2 0t 不计空气阻力 取当地的重力加速度g 10m s2 试求 1 图示位置a b线中的张力fa fb分别为多少 2 现将a线烧断 当小球第一次摆到b线与水平天花板的夹角为 sin 0 625 时 b线中的张力f为多少 3 如果小球第一次摆到最低点时b线恰好断裂 求此后2s内小球的位移x是多少 答案 1 4 10 4n0 2 1 5 10 4n 3 4m 创新拓展 2 特点 1 速度选择器只选择速度 大小 方向 而不选择粒子的质量和电荷量 如图3 5 12中若从右侧入射则不能穿出场区 2 速度选择器b e v三个物理量的大小 方向互相约束 以保证粒子受到的电场力和洛伦兹力等大 反向 如图中只改变磁场b的方向 粒子将向下偏转 例4 如图3 5 10所示 m n为一对水平放置的平行金属板 一带电粒子以平行于金属板方向的速度v穿过平行金属板 若在两板间存在互相垂直的匀强电场和匀强磁场 可使带电粒子的运动不发生偏转 若不计粒子所受的重力 则以下叙述正确的是 a 若改变带电粒子的电性 即使它以同样速度v射入该区域 其运动方向也一定会发生偏转b 带电粒子无论带上何种电荷 只要以同样的速度v入射 都不会发生偏转c 若带电粒子的入射速度