高中物理 第三章 磁场 第5讲 磁场对运动电荷的作——洛伦兹力课件 教科版选修31.ppt

第5讲磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力 第三章磁场 1 知道洛伦兹力 会用左手定则判断方向 2 掌握洛伦兹力公式的推导过程 会计算大小 知道洛伦兹力做功的特点 3 掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律和分析方法 4 掌握洛伦兹力作用下的带电体的运动特点和处理方法 目标定位 二 洛伦兹力的大小 三 带电粒子在磁场中的运动 对点检测自查自纠 栏目索引 一 洛伦兹力 四 洛伦兹力作用下带电体的运动 1 洛伦兹力 1 定义 在磁场中受到的磁场力 2 与安培力的关系 静止的通电导线在磁场中受到的安培力 在数值上等于大量定向运动电荷受到的洛伦兹力的 答案 一 洛伦兹力 知识梳理 运动电荷 总和 2 洛伦兹力的方向 1 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 2 特点 f b f v 即f垂直于决定的平面 答案 磁感线 正电荷运动的方向 洛伦兹力 相反 b和v 1 电荷在电场中一定受电场力作用 电荷在磁场中也一定受洛伦兹力作用吗 答案 深度思考 答案不一定 只有电荷在磁场中运动且速度方向与磁场方向不平行时才受洛伦兹力作用 2 负电荷所受洛伦兹力的方向应怎样判断 答案根据左手定则判断 但四指指向负电荷速度的反方向 例1如图所示的磁感应强度b 电荷的运动速度v和磁场对电荷的作用力f的相互关系图中 画得正确的是 其中b f v两两垂直 典例精析 解析答案 返回 方法点拨 解析由于b f v两两垂直 根据左手定则得 a b d选项中电荷所受的洛伦兹力都与图示f的方向相反 故a b d错误 c正确 c 返回 方法点拨 确定洛伦兹力的方向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 1 公式推导 长为l的一段直导线 电流为i 处在磁场强度为b的磁场中 导线与磁场垂直 则安培力的大小为 f安 bil如图1所示 设此导线的截面积为s 其中每单位体积中有n个自由电荷 每个自由电荷的电荷量为q 定向运动的速率为v 则电流i的微观表达式i nqsv 知识梳理 二 洛伦兹力的大小 图1 这段导体中含有的电荷数为nls安培力可以看作是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力f的合力 这段导体中含有的自由电荷数为nls 所以 答案 2 洛伦兹力公式 1 当v b时 f 2 当v b时 f 3 当v与b成 角时 f qvb 0 qvbsin 例2在图2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 典例精析 解析答案 方法点拨 图2 返回 方法点拨 解析 1 因v b 所以f qvb 方向与v垂直指向左上方 2 v与b的夹角为30 将v分解成垂直磁场的分量和平行磁场的分量 v vsin30 f qvbsin30 qvb 方向垂直纸面向里 3 由于v与b平行 所以不受洛伦兹力 4 v与b垂直 f qvb 方向与v垂直指向左上方 答案 1 qvb垂直v指向左上方 2 qvb垂直纸面向里 3 不受洛伦兹力 4 qvb垂直v指向左上方 方法点拨 确定洛伦兹力的大小时需明确 v 与 b 的方向夹角 返回 1 洛伦兹力做功特点 洛伦兹力的方向总跟粒子运动的速度方向 所以洛伦兹力对运动电荷 填 做功 或 不做功 它不会改变带电粒子速度的 只改变粒子运动的 2 带电粒子 不计重力 以一定的速度v进入磁感应强度为b的匀强磁场中 1 当v b时 带电粒子将做 2 当v b时 带电粒子将做 答案 三 带电粒子在磁场中的运动 知识梳理 垂直 不做功 大小 方向 匀速直线运动 匀速圆周运动 洛伦兹力提供向心力 即qvb 得轨道半径r 运动周期t 答案 增加带电粒子的速度 其在匀强磁场中运动的周期如何变化 为什么 答案 深度思考 例3质子和 粒子由静止出发经过同一加速电场加速后 沿垂直磁感线方向进入同一匀强磁场 则它们在磁场中的各运动量间的关系正确的是 典例精析 解析答案 返回 a 速度之比为2 1b 周期之比为1 2c 半径之比为1 2d 角速度之比为1 1 b 四 洛伦兹力作用下带电体的运动 例4一个质量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 斜面固定且置于b 0 5t的匀强磁场中 磁场方向垂直纸面向里 如图3所示 小滑块由静止开始沿斜面滑下 斜面足够长 小滑块滑至某一位置时 要离开斜面 g取10m s2 求 计算结果保留两位有效数字 1 小滑块带何种电荷 典例精析 解析答案 图3 解析小滑块在沿斜面下滑的过程中 受重力mg 斜面支持力n和洛伦兹力f作用 如图所示 若要使小滑块离开斜面 则洛伦兹力f应垂直斜面向上 根据左手定则可知 小滑块应带负电荷 答案负电荷 2 小滑块离开斜面时的瞬时速度为多大 解析答案 图3 解析小滑块沿斜面下滑的过程中 垂直于斜面的加速度为零时 由平衡条件得f n mgcos 当支持力n 0时 小滑块脱离斜面 设此时小滑块速度为vmax 则此时小滑块所受洛伦兹力f qvmaxb 答案3 5m s 3 该斜面长度至少为多长 解析答案 总结提升 返回 图3 答案1 2m 总结提升 分析带电物体在磁场中的运动 分析方法与力学中完全一样 对物体进行受力分析 求合外力 用牛顿第二定律 运动学方程或动能定理列方程 返回 1 洛伦兹力 在阴极射线管中电子流方向由左向右 其上方放置一根通有如图4所示电流的直导线 导线与阴极射线管平行 则电子将 解析答案 对点检测 1 2 3 4 图4 a 向上偏转b 向下偏转c 向纸里偏转d 向纸外偏转 解析由题图可知 直导线电流的方向由左向右 根据安培定则 可判定直导线下方的磁场方向为垂直于纸面向里 而电子运动方向由左向右 由左手定则知 电子带负电荷 四指要指向电子运动方向的反方向 电子将向下偏转 故b选项正确 b 解析答案 1 2 3 4 2 洛伦兹力及带电体在磁场中的运动 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5所示 为了使小球飘离平面 应该 a 使磁感应强度b的数值增大 图5 1 2 3 4 答案d 3 带电粒子在磁场中的圆周运动 多选 如图6所示 两个匀强磁场的方向相同 磁感应强度分别为b1 b2 虚线mn为理想边界 现有一个质量为m 电荷量为e的电子以垂直于边界mn的速度v由p点沿垂直于磁场的方向射入磁感应强度为b1的匀强磁场中 其运动轨迹为图中虚线所示的心形图线 以下说法正确的是 解析答案 1 2 3 4 图6 a 电子的运动轨迹为p d m c n e pb 电子运动一周回到p点所用的时间t c b1 4b2d b1 2b2 解析由左手定则可知 电子在p点所受的洛伦兹力的方向向