高中物理 第三章 磁场 磁场对运动电荷的作用力课件 新人教版选修31.ppt

高中物理 3 5磁场对运动电荷的作用力 极光 一 教学目标 一 知识与技能1 知道什么是洛伦兹力 利用左手定则判断洛伦兹力的方向2 知道洛伦兹力大小的推理过程3 掌握垂直进入磁场方向的带电粒子 受到洛伦兹力大小的计算4 了解v和b垂直时洛伦兹力大小及方向的判断 理解洛伦兹力对电荷不做功5 了解电视机显像管的工作原理二 过程与方法通过观察形成洛伦兹力的概念 同时明确洛伦兹力与安培力的关系 微观与宏观 洛伦兹力的方向也可以用右手定则判断 通过思考与讨论 推导出洛伦兹力的大小公式f qvb 最后了解洛伦兹力的一个应用 电视显像管中的磁偏转 三 情感态度与价值观引导学生进一步学会观察 分析 推理 培养学生的科学思维和研究方法 让学生认真体会科学研究最基本的思维方法 推理 假设 实验验证 二 复习引入新课 1 安培力 2 公式 3 方向 左手定则 磁场对电流 通电导线 的作用力 电流是如何形成的 思考 电流是电荷的定向运动形成的 而磁场对电流 通电导线 有力的作用 由此想到 磁场可能对运动电荷有力的作用 真空电子射线管 实验 用阴极射线管 crt 研究磁场对运动电荷的作用 实验结果 1 在没有外磁场时 电子沿直线前进 表明运动的电荷没有受到力的作用 2 当有外磁场时 电子束运动的轨迹发生弯曲 表明运动电荷受到磁场的作用力 3 当磁场方向发生变化时 电子束的偏转方向发生改变 实验结论 磁场对运动电荷有力的作用 洛伦兹力 一 洛伦兹力 1 定义 磁场对运动电荷的作用力 2 验证 三 新课讲授 通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的宏观表现 安培力 洛伦兹力 3 与安培力的关系 4 洛伦兹 荷兰物理学家 首先提出运动电荷产生磁场和磁场对运动电荷有作用力的观点 请同学们利用网络搜索一下洛伦兹的生平简介 洛伦兹生平简介 1853年7月18日生于荷兰的阿纳姆 少年时就对物理学感兴趣 同时还广泛地阅读历史和小说 并且熟练地掌握多门外语 1870年洛伦兹考入莱顿大学 学习数学 物理和天文 主要方向是数学和物理学 1873年 洛伦兹以优异的成绩通过了博士考试 1875年获博士学位 1877年 莱顿大学聘请他为理论物理学教授 这个职位最早是为j d 范瓦耳斯设的 其学术地位很高 而这时洛伦兹年仅23岁 在莱顿大学任教35年 他对物理学的贡献都是在这期间作出的 1895年他提出了著名的洛伦兹力公式 1896年 洛伦兹用电子论成功地解释了由莱顿大学的塞曼新近发现的原子光谱磁致分裂现象 洛伦兹断定该现象是由原子中负电子的振动引起的 他从理论上导出的负电子的荷质比 与汤姆逊翌年从阴极射线实验得到的结果相一致 由于塞曼效应的发现和解释 洛伦兹和塞曼分享了1902年度的诺贝尔奖 1 洛伦兹力的方向由左手定则来判定 二 洛伦兹力的方向 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 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 注意 1 洛伦兹力的方向垂直于v和b二者所决定的平面 f垂直于v和b 但是v和b不一定垂直 2 四指的指向 正电荷运动的方向 负电荷运动的反方向 3 特点 洛伦兹力总是跟运动的电荷的速度方向垂直 所以洛伦兹力只能改变运动电荷的速度方向 而不改变速度的大小 洛伦兹力对带电粒子始终不做功 例1 下列各图中带电粒子刚刚进入磁场 试判断这时粒子所受洛伦兹力的方向 v f v v 垂直纸面向外 垂直纸面向里 v v f f v f v f 0 f 0 v 例2 如图 磁场方向 正电荷的运动方向 电荷所受洛伦兹力的方向两两垂直 则正确的是 f v b v b f b f v b f v d a b c d 1 公式推导 三 洛伦兹力的大小 f qvb 通电导体的长度 l每个电荷的带电量 q横截面积 s单位体积的电荷数 n定向移动的速率 v 2 定义 当电荷在垂直于磁场的方向上运动时 磁场对运动电荷的洛伦兹力f等于电荷量q 速率v 磁感应强度b三者的乘积 f qvb 3 提醒 f qvb只适用于v b的情况若v与b间的夹角为 则f qvbsin 解 f bqv 0 2 1 6 10 19 3 106n 9 6 10 14n 例3 电子的速率v 3 106m s垂直射入b 0 2t的匀强磁场中 它所受的洛伦兹力为多大 e 1 6 10 19c 延伸思考 一长直螺线管通有交流电 一电子以速度v沿着螺线管的轴线射入管内 则电子在管内的运动情况是 a 匀加速运动b 匀减速运动c 匀速直线运动d 在螺线管内来回往复运动 c 四 洛伦兹力的作用 地球是一个大磁场 宇宙射线中含有大量高能粒子 地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向吗 如果这些粒子都射到地球上 会对地球上的生物造成什么影响 地磁场改变宇宙射线中带电粒子的运动方向 地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强 南北两极最弱 五 电视显像管的原理 请同学们利用网络搜索一下电视机显像管的工作原理 五 电视显像管的原理 显像管的基本构造 显像管由电子枪 偏转电极 荧光屏 玻璃外壳组成 电子枪由灯丝 阴极 栅极 加速极 聚焦极 高压阳极组成 灯丝的作用 加热阴极 阴极的作用 发射电子 偏转电极的作用 电子束发生偏转 打在荧光屏的不同位置 荧光屏 被电子撞击时发光 电子束受到洛伦兹力而偏转 如图所示 1 要是电子打在a点 偏转磁场应该沿什么方向 2 要是电子打在b点 偏转磁场应该沿什么方向 3 要是电子束打在荧光屏上的位置由中心o逐渐向a点移动 偏转磁场应该怎样变化 显像管的工作原理 1 电子以初速度v垂直进入磁感应强度为b的匀强磁场中 则 a 磁场对电子的作用力始终不变 b 磁场对电子的作用力始终不做功c 电子的动量始终不变 d 电子的动能始终不变2 下列说法正确的是 a 运动电荷在磁感应强度不为零的地方 一定受到洛仑兹力的作用b 运动电荷在某处不受洛仑兹力 则该处的磁感应强度一定为零c 电荷受到洛仑兹力 该电荷一定是运动的d 电荷受到洛仑兹力 该电荷相对磁场一定是运动的3 关于带电粒子所受洛伦兹力f和磁感应强度b及粒子速度v三者之间的关系 下列说法中正确的是 a f b v三者必定均保持垂直b f必定垂直于b v 但b不一定垂直于vc b必定垂直于f v 但f不一定垂直于vd v必定垂直于f b 但f不一定垂直于b b d 四 课堂练习 d b 4 来自宇宙的电子流 以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点 则这些电子在进入地球周围的空间时 将 a 竖直向下沿直线射向地球b 相对于预定地面向东偏转c 相对于预定点稍向西偏转d 相对于预定地点稍向北偏转 c 五 课堂小结 1 定义 磁场对运动电荷的作用力 叫做洛伦兹力 2 方向 由左手定则判断 3 洛伦兹力的大小 1 洛仑兹力f一定和b v决定的平面垂直 2 洛仑兹力只改变速度的方向而不改变其大小 3 洛伦兹力永远不做功 1 当v