高中物理 第3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

第三章磁场 同步导学方案 课后强化演练 第5节运动电荷在磁场中受到的力 1 洛伦兹力 运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力 2 洛伦兹力的方向 1 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 让磁感线从掌心进入 并使四指指向正电荷运动的方向 或负电荷运动的反方向 这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向 2 洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直 又与电荷的运动方向垂直 即洛伦兹力的方向总是垂直于b和v两者所决定的平面 3 对洛伦兹力方向的理解 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 当电性一定时 其他两个因素决定洛伦兹力的方向 如果只让一个因素相反 则洛伦兹力方向必定相反 如果同时让两个因素相反 则洛伦兹力方向将不变 f b v三者方向间关系 电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系 两者关系是不确定的 电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向 f b f v 即f垂直于b和v所决定的平面 3 洛伦兹力的大小 1 洛伦兹力大小的推导过程 如图所示 设有一段长度为l的通电导线 垂直放入磁感应强度为b的匀强磁场中 若导线中的电流为i 则该导线所受的安培力大小为f安 ilb 2 洛伦兹力的表达式在一般情况下 当电荷运动的方向与磁场方向的夹角为 时 电荷所受洛伦兹力的大小为f qvbsin 其中 为电荷速度方向与磁感应强度方向的夹角 当电荷的运动方向与磁场方向垂直时 洛伦兹力最大 f qvb 当电荷的运动方向与磁场方向平行时 f洛 0 当电荷的运动方向与磁场方向成夹角时 洛伦兹力的大小在零到qvb之间 3 洛伦兹力的特点 运动的电荷才有可能受到洛伦兹力 静止的电荷在磁场中不受洛伦兹力 洛伦兹力的大小和方向都与带电粒子的运动状态有关 4 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 而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 2 尽管安培力是自由电荷定向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现 但不能简单地认为安培力就等于所有定向移动的电荷所受洛伦兹力的合力 只有当导体静止时才能这样认为 3 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联系 也有区别 5 洛伦兹力与电场力的比较 洛伦兹力的方向时刻与速度方向垂直时 一定不做功 1 结构如图所示为电视显像管的原理示意图 俯视图 没有磁场时 电子束打在荧光屏正中的o点 为使电子束偏转 由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场 2 扫描在电视显像管的偏转区有两对线圈 叫做偏转线圈 偏转线圈中通入大小方向按一定规律变化的电流 分别在竖直方向和水平方向产生偏转磁场 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像如图所示那样不断移动 这种电子技术叫做扫描 电子束在荧光屏上扫描一行后 迅速返回 如图中虚线所示 再做下一行扫描 直到荧光屏的下端 3 电视显像管的工作原理电视显像管发射电子 在加速电场中被加速后进入偏转磁场 在偏转磁场作用下 电子束在荧光屏上扫描 电子束从最上一行到扫描到最后一行叫做一场 电视机中每秒要进行50场扫描 因为人眼的 视觉暂留 所以我们会感觉整个荧光屏都在发光 在如图所示的各图中 匀强磁场的磁感应强度均为b 带电粒子的速率均为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 并指出洛伦兹力的方向 分析 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 方法总结 1 明确磁场方向与运动电荷的电性 应用左手定则判断洛伦兹力的方向 应用左手定则时 若运动电荷是正电荷 四指应指向正电荷的运动方向 若是负电荷 四指指向负电荷运动的反方向 2 若运动电荷的速度v的方向与磁感应强度b的方向垂直 则洛伦兹力的大小为f qvb 若运动电荷的速度v的方向与磁感应强度b的方向不垂直时 设夹角为 则电荷所受的洛伦兹力大小为f qvbsin 若运动电荷的速度v的方向与磁感应强度b的方向平行 则洛伦兹力的大小为f 0 有一质量为m 电荷量为q的带正电的小球停在绝缘平面上 并处在磁感应强度为b 方向垂直纸面向里的匀强磁场中 如图所示 为了使小球飘离平面 匀强磁场在纸面内移动的最小速度应为多少 方向如何 一个带正电的小球以速度v0沿光滑的水平绝缘桌面向右运动 飞离桌子边缘后 通过匀强磁场区域 落在地板上 磁场方向垂直纸面向里 如图所示 其水平射程为s1 落地速度为v1 撤去磁场后 其他条件不变 水平射程为s2 落地速度为v2 则 a s1 s2b s1 s2c v1 v2d v1 v2 答案 bc 方法总结 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永不做功 洛伦兹力只改变电荷速度的方向 不能改变电荷速度的大小 在涉及功的计算时 不考虑洛伦兹力 但应注意 洛伦兹力自己不做功 但可以影响其他力的做功情况 如图所示 一个用细线悬吊着的带电小球 在垂直于匀强磁场方向的竖直面内摆动 图中b为小球运动的最低位置 则 a 小球向右和向左运动通过b点时 小球的加速度相同b 小球向右和向左运动通过b点时 悬线对小球的拉力相同c 小球向右和向左运动通过b点时 具有的动能相同d 小球向右和向左运动通过b点时 具有的速度相同 答案 ac 1 如图所示的是磁感应强度b 正电荷速度v和磁场对电荷的作用力f三者方向的相互关系图 其中b垂直于f与v决定的平面 b f v两两垂直 其中正确的是 解析 由左手定则可知d图正确 假设已知负电荷的运动方向 四指指示的方向应与速度方向相反 答案 d 2 两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场 两粒子质量之比为1 4 电量之比为1 2 则两带电粒子受洛伦兹力之比为 a 2 1b 1 1c 1 2d 1 4解析 带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时 洛伦兹力f qvb 与电荷量成正比 与质量无关 c项正确 答案 c 3 2013 杭州高二检测 有关电荷受电场力和洛伦兹力的说法中 正确的是 a 电荷在磁场中一定受磁场力的作用b 电荷在电场中一定受电场力的作用c 电荷受电场力的方向与该处电场方向垂直d 电荷若受磁场力 则受力方向与该处磁场方向垂直 解析 电荷在电场中一定受电场力作用 但在磁场中 只有电荷运动并且运动方向与磁场方向不平行时才受磁场力作用 a错 b对 电荷受电场力的方向与电场方向相同或相反 电荷若受