高中物理 第三章 磁场 5 运动电荷在磁场中受到的力课件 新人教版选修31.ppt

5运动电荷在磁场中受到的力 1 经历实验探究洛伦兹力方向的过程 知道洛伦兹力的方向与电荷的运动方向和磁感应强度的方向都垂直 会用左手定则判断洛伦兹力的方向 2 经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程 由此体会磁场中通电导线所受的安培力实际上是运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现 会计算洛伦兹力的大小 3 知道电视显像管的基本构造以及它工作的基本原理 1 洛伦兹力的大小和方向 1 洛伦兹力 运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力 实际上通电导线在磁场中受到的安培力就是洛伦兹力的宏观表现 2 洛伦兹力的方向 用左手定则来判断 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 让磁感线从手心进入 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 3 洛伦兹力的大小 如果速度方向与磁感应强度的方向垂直 运动电荷所受的洛伦兹力为f qvb 如果运动方向与磁场平行 运动电荷所受的洛伦兹力为f 0 如果电荷运动的方向与磁场的夹角为 电荷所受的洛伦兹力为f qvbsin 2 原理 显像管应用了电子束磁偏转的道理 没有磁场时电子束打在荧光屏的正中点 要使电子束按图示的方向偏转 偏转磁场应垂直纸面向外 选填 向里 或 向外 3 扫描 在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场 垂直纸面水平方向上的磁场可使电子束上 下偏转 沿纸面竖直方向的磁场使电子束左 右偏转 偏转磁场的强弱和方向都在不断变化 因此电子束打在荧光屏上的光点便从上向下 从左向右不断地移动 这种技术叫作扫描 4 偏转线圈 使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的叫作偏转线圈 显像管工作时 电子束是依次扫描荧光屏上各点 可为什么我们觉察不到荧光屏的闪烁 提示 这是由于眼睛的视觉暂留现象 当电子束扫描频率超过人眼的临界闪烁频率时 由于视觉暂留的原因 人眼就感觉不到荧光屏的闪烁 1 对洛伦兹力的理解和认识 1 对洛伦兹力方向的认识 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 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 特别提醒 1 只有相对于磁场运动的电荷才受洛伦兹力 相对磁场静止的电荷不受洛伦兹力 2 电荷垂直于磁场运动时所受的洛伦兹力最大 电荷平行于磁场运动时 不受洛伦兹力 2 洛伦兹力与现代科技 1 磁流体发电机磁流体发电机的发电原理如图所示 将一束等离子体 即高温下电离的气体 含有大量带正电和带负电的微粒 而从整体上来说呈电中性 喷射入磁场 磁场中有两块金属板a b 则高速射入的离子在洛伦兹力的作用下向a b两板聚集 使两板间产生电势差 若平行金属板间距为d 匀强磁场的磁感应强度为b 等离子体流速为v 气体从一侧面垂直磁场射入板间 不计气体电阻 外电路电阻为r 则可求出两板间最大电压和可能达到的最大电流 类型一 类型二 类型三 洛伦兹力的大小和方向问题 例1 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 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 类型一 类型二 类型三 类型一 类型二 类型三 类型一 类型二 类型三 题后反思 1 用左手定则判断洛伦兹力方向时 要特别注意运动电荷的正负 四指应指向正电荷运动的方向 指向负电荷运动的反方向 2 计算洛伦兹力的大小时 应注意弄清v与磁感应强度b的方向关系 当v b时 洛伦兹力f qvb 当v b时 f 0 当v与b成 角 0 90 时 应将v 或b 进行分解取它们垂直的分量计算 类型一 类型二 类型三 类型一 类型二 类型三 点拨 电子所受静电力与电场的方向相反 所受洛伦兹力的方向与电子的速度方向垂直 用左手定则判断 电子不偏转则静电力与洛伦兹力平衡 解析 如果e竖直向上 b垂直纸面向外 电子沿图中方向射入后 静电力向下 洛伦兹力向上 二力可能平衡 电子可能沿直线通过e b共存区域 故a对 同理b不对 如果e b沿水平方向且与电子运动方向相同 电子不受洛伦兹力作用 但电子受到与e反方向的静电力作用 电子做匀减速直线运动 也不偏转 故c对 如果e b沿水平方向 且与电子运动方向相反 电子仍不受洛伦兹力 静电力与e反向 即与速度同方向 故电子做匀加速直线运动 也不偏转 故d对 答案 acd 类型一 类型二 类型三 题后反思解答此题不仅要想到静电力和洛伦兹力相平衡的情况 也要想到电子不受洛伦兹力只受静电力的匀加 减 速直线运动的情况 类型一 类型二 类型三 洛伦兹力作用下带电体的直线运动 例3 在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中 有一倾角为 足够长的光滑绝缘斜面 磁感应强度为b 方向垂直纸面向外 电场方向竖直向上 有一质量为m 电荷量为 q的小球静止在斜面上 这时小球对斜面的正压力恰好为零 如图所示 若迅速把电场方向反转为竖直向下 小球能在斜面上连续滑行多远 所用时间是多少 类型一 类型二 类型三 类型一 类型二 类型三 类型一 类型二