高中物理 第三章 磁场《磁场对运动电荷的作用——洛伦兹力》参考课件 教科版选修31.ppt

第四节磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第四节磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力 课前自主学案 课标定位学习目标 1 知道什么是洛伦兹力 会用左手定则判断洛伦兹力的方向 2 掌握洛伦兹力公式的推导过程 会用公式求洛伦兹力 3 知道洛伦兹力不做功 它只改变带电粒子速度方向 不改变其速度大小 4 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 并能用学过的知识推导出匀速圆周运动的半径公式和周期公式 重点难点 洛伦兹力的公式推导和匀速圆周运动时半径 周期公式的应用 课前自主学案 一 洛伦兹力1 定义 在磁场中所受的磁场力 2 与安培力的关系 通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的 而洛伦兹力是安培力的微观本质 3 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 并且都与手掌在同一平面内 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 运动电荷 宏观表现 磁感线 正电荷运动方向 洛伦兹力 相反 4 洛伦兹力的大小 1 当 时 f洛 2 当 时 f洛 0 二 带电粒子在匀强磁场中的运动1 洛伦兹力不改变带电粒子速度的 或者说 洛伦兹力对带电粒子不 v b qvb v b 大小 做功 2 沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子 在匀强磁场中做 洛伦兹力方向总与速度方向垂直 正好起到了 的作用 公式 m 1 半径 r 2 周期 t 周期与运动速度 半径无关 匀速圆周运动 向心力 qvb 核心要点突破 一 对洛伦兹力的理解和认识1 对洛伦兹力方向的认识 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 当电荷电性一定时 其他两个因素中 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 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 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 即洛伦兹力垂直于v和b两者所决定的平面 3 由于洛伦兹力的方向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不做功 洛伦兹力只能改变电荷速度的方向 不能改变速度的大小 2 洛伦兹力大小的理解推导 如图3 4 1所示 直导线长为l 电流为i 导线中运动电荷数为n 截面积为s 电荷的电荷量为q 运动速度为v 则 图3 4 1 3 洛伦兹力与电场力的比较 特别提醒 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 电荷运动的方向v和b不一定垂直 但洛伦兹力一定垂直于磁感应强度b和速度方向v 3 运动电荷不受洛伦兹力作用的位置 磁感应强度不一定为零 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 带电粒子垂直匀强磁场方向运动时 会受到洛伦兹力的作用 下列表述正确的是 a 洛伦兹力对带电粒子做功b 洛伦兹力不改变带电粒子的动能c 洛伦兹力的大小与速度无关d 洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向解析 选b 带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力始终与其运动方向垂直 故洛伦兹力不会对带电粒子做功 即不改变带电粒子的动能 或不改变带电粒子的速度大小 只改变其速度方向 a d错 b对 据f qvb知 洛伦兹力大小与带电粒子的速度大小有关 c错 2 分析思路 1 圆心的确定带电粒子垂直进入磁场后 一定做圆周运动 其速度方向一定沿圆周的切线方向 因此圆心的位置必是两速度方向垂直的交点或某一速度方向的垂线与圆周上两点连线中垂线的交点 方向如图3 4 2所示 图3 4 2 2 运动半径大小的确定一般先作入射点 出射点对应的半径 并作出相应的辅助三角形 然后利用三角函数求解出半径的大小 3 运动时间的确定 4 圆心角的确定 带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向间的夹角 叫偏向角 偏向角等于圆心角即 如图3 4 3 某段圆弧所对应的圆心角是这段圆弧弦切角的二倍 即 2 图3 4 3 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 两个粒子 电荷量相同 在同一匀强磁场中受磁场力而做匀速圆周运动 a 若速率相等 则半径必相等b 若动能相等 则周期必相等c 若质量相等 则周期必相等d 若质量与速度的乘积大小相等 则半径必相等 课堂互动讲练 如图3 4 4所示 在真空中 水平导线中有恒定电流i通过 导线的正下方有一质子初速度方向与电流方向相同 则质子可能的运动情况是 a 沿路径a运动b 沿路径b运动c 沿路径c运动d 沿路径d运动 图3 4 4 思路点拨 解答本题时应注意以下三点 1 明确电流周围磁场的特点 2 由左手定则判定质子所受洛伦兹力的方向 3 确定质子的运动轨迹 精讲精析 由安培定则可知 电流在下方产生的磁场方向指向纸外 由左手定则可知 质子刚进入磁场时所受洛伦兹力方向向上 则质子的轨迹必定向上弯曲 因此c d必错 由于洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直 故其运动轨迹必定是曲线 则b正确 a错误 答案 b 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 方向垂直于纸面向里的匀强磁场中 如图3 4 5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 图3 4 5 规律总结 要注意正确理解带电粒子受洛伦兹力的条件 1 带电粒子必须是运动的 此运动是相对磁场而言的 相对于地面不一定运动 2 应用洛伦兹力分析问题时 一定不要忘记f qvb中有一个速度v v的变化会影响到洛伦兹力f的大小和方向的变化 变式训练1一初速度为零的质子 质量m 1 67 10 27kg 电荷量q 1 6 10 19c 经过电压为1880v的电场加速后 垂直进入磁感应强度为5 0 10 4t的匀强磁场中 质子所受的洛伦兹力为多大 答案 4 8 10 17n 已知氢核与氦核的质量之比m1 m2 1 4 电荷量之比q1 q2 1 2 当氢核与氦核以v1 v2 4 1的速度 垂直于磁场方向射入磁场后 分别做匀速圆周运动 则氢核与氦核半径之比r1 r2 周期之比t1 t2 思路点拨 粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 一般情况下 半径公式不要直接使用 特别是做计算题时 应先列出洛伦兹力充当向心力的方程 答案 2 11 2 规律总结 1 掌握粒子在匀强磁场中做圆周运动的轨道半径和周期公式是解决此题的关键 2 比例法是解物理问题的有效方法之一 使用的程序一般是 根据研究对象的运动过程确定相应的物理规律 根据题意确定运动过程中的恒量 分析剩余物理量之间的函数关系 建立比例式求解 变式训练2如图