高中物理 第三章 第5节 运动电荷在磁场中受到的力课件 新人教版选修31.ppt

名师课堂 一点通 第三章磁场 新知预习 巧设计 要点一 要点二 第5节运动电荷在磁场中受到的力 创新演练 大冲关 随堂检测归纳小结 课下作业综合提升 要点三 1 了解洛伦兹力的产生 能判断洛伦兹力方向 2 掌握洛伦兹力的公式 能计算洛伦兹力的大小 3 了解显像管的原理 读教材 填要点 1 洛伦兹力的方向和大小 1 洛伦兹力定义 在磁场中所受的力 运动电荷 2 洛伦兹力方向的判断 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 让从掌心进入 并使四指指向 这时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 磁感线 正电荷运动的方向 洛伦兹力 相反 3 洛伦兹力的特点 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 不改变 对电荷不做功 垂直 运动方向 速度大小 关键一点 公式f qvbsin 中的v应是带电粒子与磁场的相对运动速度 而左手定则中电荷的运动方向同样是指电荷相对磁场的运动方向 2 电视显像管的工作原理 1 电视显像管应用了电子束的道理 2 电子束打在荧光屏上的光点在磁场的控制下不断移动 这在电视技术中叫做 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场扫描 3 使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的 这样的线圈叫做 磁偏转 扫描 50 偏转线圈 试身手 夯基础 1 演示实验 电子射线管发出的电子束 图3 5 1甲中的径迹是 把电子射线管放在蹄形磁铁的磁场中 如图乙所示 电子束的径迹向 发生了偏转 若调换磁铁南北极的位置 则电子束的径迹会向 偏转 图3 5 1 答案 直线下上 2 运动电荷在磁场中所受的力称为 通电导线在磁场中所受的力称为 实际是洛伦兹力的 由此我们可以推断运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向可以根据 判定 答案 洛伦兹力安培力宏观表现左手定则 3 在匀强磁场中 当运动电荷速度方向与磁场方向垂直时 运动电荷所受洛伦兹力f的大小取决于三个因素 和 答案 电荷量q速度v磁感应强度b 4 试判定图3 5 2中带电粒子受洛伦兹力的方向 带电粒子的电性或带电粒子的运动方向 图3 5 2 解析 由左手定则可知 当v与b垂直时 v b和f两两垂直 且四指指向正电荷运动方向 所以甲中为负电荷 乙中带电粒子向左运动 丙中粒子所受洛伦兹力为垂直v向上 丁中负电荷向左运动 戊中正电荷所受洛伦兹力方向为垂直纸面向里 答案 甲 负电荷乙 向左运动丙 受力方向垂直v向上丁 向左运动戊 受力方向垂直纸面向里 1 洛伦兹力的方向 1 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 2 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f洛 b f洛 v 即f洛垂直于b和v两者决定的平面 即洛伦兹力方向一定垂直于磁感应强度b和速度v的方向 但速度v的方向和磁感应强度b不一定垂直 2 洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小与电荷的运动速度大小 电荷量以及磁场强弱有关 在电荷量 速度与磁感应强度一定的情况下 电荷垂直进入磁场时受到的洛伦兹力最大为f qvb 若电荷运动方向与磁场方向夹角为 则洛伦兹力为f qvbsin 3 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 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 而洛伦兹力是安培力的微观本质 2 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紧密相关 不可分割的必然联系 也有显著的区别 名师点睛 1 判断负电荷在磁场中运动受洛伦兹力的方向 四指要指向负电荷运动的相反方向 也就是电流的方向 2 由于洛伦兹力的方向一定垂直于电荷运动的方向 故洛伦兹力对电荷不做功 例1 如图3 5 3所示 匀强磁场的磁感应强度均为b 带电粒子的运动速度均为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 并标出洛伦兹力的方向 图3 5 3 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 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v与b成 角 0 90 时 应将v 或b 进行分解取它们垂直的分量计算 这两种力是带电粒子在两种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 名师点睛 洛伦兹力的方向与速度方向始终垂直 所以不改变速度的大小 当带电体的速度大小改变时 带电体所受洛伦兹力也随之改变 2 如图3 5 4所示是磁强计的工作原理图 电路中有一段金属导体 其横截面为边长为a的正方形 放在沿x轴正方向的匀强磁场中 导体中通有沿y轴正方向 强度为i的电流 已知导体单位体积中的自由电子数为n 电子电荷量为e 导体导电过程中 自由电子 图3 5 4 所做的定向移动可认为是匀速运动 测出导体上下两侧面间的电势差为u 求 1 导体上 下侧面哪个面电势较高 2 磁场的磁感应强度是多大 思路点拨 导体中通有沿y轴正方向的电流 实质上是自由电子沿y轴负方向运动 由于洛伦兹力的作用 自由电子会发生偏转 从而使上下两侧面间出现电势差 伴随着电势差的出现 电子运动过程中还受到电场力的作用 当洛伦兹力和电场力平衡后 电子不再发生偏转 上下两侧面间的电势差达到恒定值 解析 1 因为电流向右 所以电子向左运动 根据左手定则可知电子向下侧偏移 导体的下表面带负电荷 上表面带正电荷 所以上侧电势高 2 由于电子做匀速运动 所以洛伦兹力和电场力平衡 洛伦兹力f qvb 在磁场中 当带电体的速率v变化时 洛伦兹力的大小f随之改变 因此带电体在运动过程中的受力情况是动态变化的 洛伦兹力f的变化影响带电体所受的合力 合力变化又引起加速度变化 加速度变化又影响速度变化 带电体在洛伦兹力作用下运动分析方法 1 正确进行受力分析 除重力 弹力 摩擦力外要特别注意电场力和洛伦兹力的分析 2 确定带电体的运动状态 注意运动情况和受力情况的结合 3 灵活选择不同的运动规律 当带电体在复合场中做匀速直线运动时 粒子受力必然平衡 由平衡条件列方程求解 对于临界问题 注意挖掘隐含条件 3 一个质量为m 0 1g的小滑块 带有q 5 10 4c的电荷量 放置在倾角 30 的光滑斜面上 绝缘 斜面置于b 0 5t的匀强磁场中 磁场方向垂直纸面向里 如图3 5 5所示 小滑块由静止开始沿斜面下滑 其斜面足够长 小滑块滑至某一位置时要离开斜面 求 取g 10m s2 图3 5 5 1 小滑块带何种电荷 2 小滑块离开斜面时的瞬时速度多大 3 该斜面的长度至少多长 审题指导 1 由受力分析判定洛伦兹力方向 再结合左手定则判定小滑块带电电性 2 由分离的条件fn 0求得f的大小 进一步求v大小 解析 1 小滑块沿斜面下滑的过程中 受重力mg 斜面支持力fn和洛伦兹力f 若要小滑块离开斜面 洛伦兹力f方向应垂直于斜面向上 根据左手定则可知 小滑块应带有负电荷 答案 1 带负电 2 3 46m s 3 1 2m 解决此类问题应做到 1 对物体进行正确的受力分析和运动分析 2 理解两物体分离的临界条件 2 正确选择物理学规律求解 1 对应要点一 如图3 5 6所示 带正电的粒子在匀强磁场中运动 关于带电粒子所受洛伦兹力的方向 下列各图中判断正确的是 图3 5 6 解析 洛伦兹力的方向一定与v b所决定的平面垂直 故c d均错误 再根据左手定则判断可知 a错误 b正确 答案 b 2 对应要点二 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 也可能受到洛伦兹力b 电场力对在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 解析 静止在磁场中的电荷不可能受到洛伦兹力 a错 尽管电场力对电荷可以做功 但如果电荷在电场中不动或沿等势面移动 电场力做功为零 b错 洛伦兹力的方向与磁感线垂直 与运动方向垂直 c错 只有d是正确的 答案 d 3 对应要点三 如图3 5 7所示 一个带正电q的带电体处于垂直于纸面向里的匀强磁场b中 带