高中物理 24 磁场对运动电荷的作用力课件 教科版选修11.ppt

4磁场对运动电荷的作用力 1 知道磁场对电流作用 安培力 实质是磁场对运动电荷作用 洛伦兹力 的宏观表现 2 能根据安培力的表达式f bil推导洛伦兹力的表达式f qvb 并能够应用公式进行简单计算 3 理解洛伦兹力的方向由左手定则判定 并会用左手定则熟练地判定 4 知道电视机显像管是利用了电子束磁偏转的原理 了解其工作过程 2 洛伦兹力 1 定义 磁场对运动电荷有力的作用 我们把这种力叫做洛伦兹力 2 实质 通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力是通电导线在磁场中所受安培力的微观本质 说明由于电荷有 正 负 之分 故四指应指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向 相当于指向电流的方向 3 偏转 1 使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的 叫做偏转线圈 2 在偏转区的水平方向和竖直方向都加有偏转磁场 其方向 强弱都在不断变化 因此电子束打在荧光屏上的光点就不断来回移动 扫描 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50场扫描 所以我们感到整个荧光屏都在发光 1 关于洛伦兹力的几个问题 1 根据牛顿第二定律 洛伦兹力对电荷的运动将产生什么样的作用 根据牛顿第二定律 洛伦兹力使电荷沿力的方向产生与速度方向垂直的加速度 这个加速度将使电荷运动方向发生改变 2 洛伦兹力会不会使电荷速度大小发生改变 为什么 不会 因为洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直 所以洛伦兹力对电荷不做功 电荷的动能不变 所以速度大小不变 3 电荷在以后的运动过程中所受的洛伦兹力有什么特点 在这样的力的作用下电荷会做什么样的运动 电荷在运动过程中洛伦兹力的大小恒定 方向时刻与电荷运动方向垂直 这个力与物体做匀速圆周运动的向心力所起的效果完全相同 因此带电粒子将在垂直磁场方向的某平面内做匀速圆周运动 如图2 4 3所示 2 电场和磁场对电荷的作用有何区别呢 1 电荷在电场中一定要受到电场力的作用 而电荷在磁场中不一定受磁场力作用 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 而相对于磁场静止的电荷或虽运动但运动方向与磁场方向平行的电荷则不受磁场力作用 2 电场对电荷作用力的大小仅决定于场强e和电量q 即f qe 而磁场对电荷的作用力大小不仅与磁感强度b和电荷量q有关 还与电荷运动速度的大小v及速度方向与磁场方向的夹角 有关 即f qvbsin 3 电荷所受电场力的方向总是沿着电场线的切线 与电场方向相同或相反 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 即垂直于磁场方向和运动方向所决定的平面 4 电荷在电场中运动 电场力要对运动电荷做功 电荷在等势面上运动除外 电荷的动能发生改变 而电荷在磁场中运动时 磁场力一定不会对运动电荷做功 电荷的动能不变 解析据左手定则可知 滑块受到垂直斜面向下的洛伦兹力 c对 随着滑块速度的变化 洛伦兹力大小变化 它对斜面的压力大小发生变化 故滑块受到的摩擦力大小变化 a错 b越大 滑块受到的洛伦兹力越大 受到的摩擦力也越大 摩擦力做功越多 据动能定理 滑块到达地面时的动能就越小 b错 由于开始滑块不受洛伦兹力时就能下滑 故b再大 滑块也不可能静止在斜面上 d错 答案c 借题发挥求解此题应把握以下三点 1 用左手定则判断出洛伦兹力的方向 2 滑块受到的摩擦力大小与它对斜面的正压力成正比 3 滑块到达地面的动能与克服摩擦力做的功有关 解析由安培定则可知直导线下面的磁场方向垂直纸面向里 由左手定则并考虑负电荷运动的方向 相当于正电荷运动的相反方向 所以阴极射线受到向下的洛伦兹力力而向下偏转 故b正确 答案b 解析由左手定则 1 中偏转磁场应该垂直无纸面向外 2 中偏转磁场应该垂直于纸面向里 答案见解析 变式2 如图2 4 7所示 是电视机中偏转线圈的示意图 圆心o处的黑点表示电子束 它由纸内向纸外而来 当线圈中通以图示方向的电流时 两线圈通过的电流相同 则电子束将 a 向左偏转b 向右偏转c 向下偏转d 向上偏转解析偏转线圈由两个 u 形螺线管组成 由安培定则知右端都是n极 左端都是s极 o处磁场水平向左 由左手定则可判断出电子所受的洛伦兹力向上 电子向上偏转 d正确 答案d 电荷量相同 质量有微小差别的粒子沿着不同的半径做圆周运动 打到照相底片的不同地方 在底片上形成若干谱线状的细条 叫做质谱线 每一条谱线对应于一定的质量 从谱线的位置可以知道圆周的半径r 求出带电粒子的比荷 如果已知带电粒子的电荷量q 就可以算出它的质量 这种仪器叫做质谱仪 典例3 如图2 4 10是质谱仪的工作原理示意图 带电粒子被加速电场加速后 进入速度选择器 速度选择器中相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为b和e 平板s上有可让粒子通过的狭缝p和记录粒子位置的胶片a1a2 平板s下方有磁感应强度为