高中物理 3.4 磁场对运动电荷的作用洛伦兹力课件 教科版选修31.ppt

第四节磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力 第三章磁场 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 会用公式求洛伦兹力 重点 2 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 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 并能应用匀速圆周运动的半径公式和周期公式 重点和难点 第三章磁场 一 洛伦兹力1 阴极射线 从 射线管的 射出的电子束 2 实验现象 无磁场时电子束是 有磁场时 3 实验结论 说明磁场对运动的电子有 的作用 4 洛伦兹力 在磁场中受到的磁场力 阴极 阴极 一条直线 发生弯曲 磁场力 运动电荷 5 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 的总和 6 洛伦兹力的大小 1 当v b时 f洛 2 当v b时 f洛 洛伦兹力 qvb 0 7 洛伦兹力的方向 1 判断依据左手定则 伸开 拇指与其余四指垂直 且处于同一平面内 让磁感线 穿过手心 四指指向 运动的方向 那么 所指的方向就是 所受洛伦兹力的方向 2 注意问题对于在磁场中运动的负电荷 所受洛伦兹力的方向与正电荷受力方向 左手 垂直 正电荷 拇指 正电荷 相反 二 带电粒子在磁场中的运动1 洛伦兹力特点 方向总跟粒子运动的速度方向 对运动电荷不做功 不改变带电粒子 只改变粒子 2 运动特点 当一个带电粒子在匀强磁场中以垂直于磁场的方向运动时 粒子将做 运动 其 由洛伦兹力提供 3 轨道半径 r 垂直 速度的大小 运动的方向 匀速圆周 向心力 想一想 有同学说 电荷在电场中一定受电场力 所以电荷在磁场中也一定受磁场力 这种说法对吗 为什么 提示 不对 如果电荷相对于磁场静止 v 0 或电荷的运动方向与磁场方向平行 v b 电荷在磁场中都不会受洛伦兹力的作用 对洛伦兹力的理解 学案导引1 洛伦兹力的方向由哪些因素决定 2 电场力对电荷能做功 洛伦兹力对电荷也能做功 对吗 1 2 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 2 洛伦兹力与安培力的区别和联系 1 区别 洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力 而安培力是指通电直导线所受到的磁场力 洛伦兹力恒不做功 而安培力可以做功 2 联系 安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力是安培力的微观解释 大小关系 f安 nf洛 n是导体中定向运动的电荷数 方向关系 洛伦兹力与安培力的方向均可用左手定则进行判断 3 洛伦兹力与电场力的比较 仅在运动电荷的速度方向与b不平行时 运动电荷才受到洛伦兹力 带电粒子只要处在电场中 一定受到电场力 f洛 qvbsin 方向与b垂直 与v垂直 用左手定则判断 f qe 方向与e同向或反向 洛伦兹力永不做功 电场力可做正功 负功或不做功 反映了电场和磁场都具有力的性质 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 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 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 关键提醒 1 用左手定则判断f洛的方向 但要注意四指的指向 2 根据f洛 qvbsin 求f洛的大小 1 2013 高考安徽卷 图中a b c d为四根与纸面垂直的长直导线 其横截面位于正方形的四个顶点上 导线中通有大小相同的电流 方向如图所示 一带正电的粒子从正方形中心o点沿垂直于纸面的方向向外运动 它所受洛伦兹力的方向是 a 向上b 向下c 向左d 向右 解析 选b 综合应用磁场的叠加原理 左手定则和安培定则解题 由安培定则分别判断出四根通电导线在o点产生的磁感应强度的方向 再由磁场的叠加原理得出o点的合磁场方向向左 最后由左手定则可判断带电粒子所受的洛伦兹力方向向下 故选项b正确 带电粒子在匀强磁场中的圆周运动 学案导引1 带电粒子做圆周运动 如何确定其圆心和半径 2 带电粒子通过的圆弧越长 用的时间也越长吗 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线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 方向如图所示 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 如图所示 一束电子的电荷量为e 以速度v垂直射入磁感应强度为b 宽度为d的有界匀强磁场中 穿出磁场时的速度方向与原来电子入射方向的夹角是 30 则电子的质量是多少 电子穿过磁场的时间又是多少 关键提醒 解答该题注意以下关键点 1 电子垂直边界 垂直磁场射入 2 利用几何关系找出圆心位置 求出圆心角大小 2 空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场 图中的正方形为其边界 一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从o点入射 这两种粒子带同种电荷 它们的电荷量 质量均不同 但其比荷相同 且都包含不同速率的粒子 不计重力 下列说法正确的是 a 入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同b 入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同c 在磁场中运动时间相同的粒子 其运动轨迹一定相同d 在磁场中运动时间越长的粒子 其轨迹所对的圆心角一定越大 审题指导 解答此题需要注意的条件有 1 带负电的滑环套在水平粗糙的绝缘杆上 2 给滑环一个向右的不知大小的初速度 讨论滑环可能的运动情况 解析 带电滑环向右运动所受洛伦兹力方向向上 其大小与滑环初速度大小有关 由于滑环初速度的大小未具体给出 因而洛伦兹力与滑环重力可出现三种不同的关系 1 当洛伦兹力开始等于重力时 则滑环做匀速运动 a对 2 当洛伦兹力开始小于重力时 滑环将做减速运动 最后停在杆上 b对 3 当洛伦兹力开始大于重力时 滑环所受的洛伦兹力随速度减小而减小 滑环与杆之间挤压力将逐渐减小 因而滑环所受的摩擦力减小 当挤压力为零时 摩擦力为零 滑环做匀速