高中物理 第二章 第四节 磁场对运动电荷的作用精品课件 新人教版选修11.ppt

第四节磁场对运动电荷的作用 目标导航1 知道什么是洛伦兹力 知道影响洛伦兹力的大小和方向的因素 重点 2 会用左手定则解答有关带电粒子在磁场中运动方向的问题 重点 难点 3 了解电子束的磁偏转原理及其在技术中的应用 一 洛伦兹力1 定义 磁场对 的力叫洛伦兹力 2 洛伦兹力与安培力的关系 通电导线受到的安培力 是导线中定向运动的电荷受到洛伦兹力的 表现 运动电荷 宏观 想一想1 洛伦兹力和安培力是同一种性质的力吗 提示 是同种性质的力 安培力是磁场对通电导线的作用力 其实质是磁场对电流的作用力 而电流又是由电荷的定向移动形成的 所以磁场对运动电荷的作用力和磁场对电流的作用力是同种性质的力 安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力是安培力的微观形式 二 洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向遵循 定则 即伸开 使拇指与其余四指 并且都与手掌在同一个 内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向 运动的方向 这时 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 左手 左手 垂直 平面 正电荷 拇指 想一想2 用左手定则判断正电荷和负电荷所受洛伦兹力时四指所指方向是否相同 提示 不同 四指所指的方向为正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向 也就是电流的方向 三 电子束的磁偏转洛伦兹力演示仪是由一个球形电子 和一组 组成 在演示仪中可以观察到 没有磁场时 电子束是 的 外加磁场后 电子束的径迹变成 影响其半径的因素有磁场的强弱和电子的 射线管 线圈 直进 圆形 速度 四 显像管的工作原理1 电视机显像管中电子束的偏转利用的就是 在磁场中受到 的原理来工作的 2 显像管中有一个阴极 工作时它能发射 荧光屏被电子束撞击就能发光 运动电荷 洛伦兹力 电子 学案导引1 是否运动电荷的速度越大 洛伦兹力也越大 2 用左手定则判断洛伦兹力时 四指一定指向电荷的运动方向吗 1 对洛伦兹力的理解 1 洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力 对静止的电荷无洛伦兹力作用 2 当磁场方向与电荷运动方向一致时 洛伦兹力为零 当磁场方向与电荷运动方向垂直时 洛伦兹力最大 2 判断洛伦兹力方向的方法判断洛伦兹力方向的方法 左手定则 伸开左手 使拇指跟其余四指垂直 并且都跟手掌在同一个平面内 让磁感线穿入手心 并使四指指向正电荷的运动方向 或负电荷运动方向的反方向 那么 拇指所指的方向就是运动电荷所受洛伦兹力的方向 特别提醒 由于洛伦兹力的方向一定与电荷的运动方向垂直 所以洛伦兹力一定不做功 带电荷量为 q的粒子 在匀强磁场中运动 下面的说法中正确的是 a 只要速度大小相同 所受洛伦兹力就相同b 如果把 q改为 q 速度反向且大小不变 则洛伦兹力的大小 方向均不变c 只要带电粒子在磁场中运动 它一定受到洛伦兹力作用 d 带电粒子受到洛伦兹力越小 则该磁场的磁感应强度越小 关键提醒 带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力与粒子的电性 运动速度及与磁场的方向都有关 精讲精析 影响洛伦兹力大小的因素有电荷量 速度大小 磁感应强度的大小及速度与磁感应强度的方向关系 a错 b中由左手定则可知 洛伦兹力方向不变 由f qvb知大小也不变 b正确 当磁场方向与运动方向平行时 f 0 c错 磁感应强度由磁场本身的性质决定 与洛伦兹力的大小无关 d错 答案 b 变式训练1 2012 成都七中高二检测 如图2 4 1所示 表示磁场b 电荷运动方向v和磁场对电荷的作用力f的相互关系图中正确的是 图2 4 1答案 d 学案导引1 电子束垂直进入匀强磁场时 带电粒子做什么运动 2 显像管扫描时 为什么我们感觉不到荧光屏的光闪 1 电子束的磁偏转电子束在磁场中运动时 若速度的方向和磁场的方向垂直 根据左手定则 运动电荷所受洛伦兹力的方向始终与其速度方向垂直 因此洛伦兹力不能改变运动电荷的速率 只能改变电荷的运动方向 使其发生偏转 所以垂直入射到匀强磁场中的带电粒子做匀速圆周运动 2 显像管的工作原理 1 构造 如图2 4 2所示图2 4 2 2 加速 显像管中有一个阴极 用低压电源加热时放出电子 经高电压加速后电子束打在荧光屏上 荧光屏就能发光 但一细束电子打在荧光屏上只能使一个点发光 而实际上整个荧光屏发光 这是由磁场作用于电子束的结果 3 偏转 使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的 叫做偏转线圈 在偏转区的水平方向和竖直方向都加有偏转磁场 其方向 强弱都在不断变化 因此电子束打在荧光屏上的光点就不断来回移动 扫描 电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫做一场 电视机中每秒要进行50场扫描 所以我们感到整个荧光屏都在发光 特别提醒 1 磁场和电场都能使带电粒子偏转 但磁偏转的角度更大且不会改变粒子的速度 2 电性相反的两个带电粒子沿同一方向垂直进入同一磁场 偏转方向相反 初速度为v0的电子 沿平行于通电长直导线的方向射出 直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图2 4 3所示 则 a 电子将向右偏转 速率不变b 电子将向左偏转 速率改变c 电子将向左偏转 速率不变d 电子将向右偏转 速率改变 图2 4 3 思路点拨 本题主要考查对洛伦兹力的方向判定及性质理解 精讲精析 电子在通电长直导线产生的磁场中运动 由安培定则判定直导线右侧区域内的磁场方向是垂直纸面向里的 再由左手定则判定电子所受洛伦兹力方向向右 所以电子向右偏转 但洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直 洛伦兹力始终对电子不做功 电子的动能保持不变 速率不变 故选a 答案 a 名师点评 1 用左手定则判断洛伦兹力的方向时 应注意四指所指的方向与电荷运动方向的关系 2 洛伦兹力不改变速度大小 只改变速度方向 洛伦兹力永不做功 变式训练2 如图2 4 4所示 没有磁场时电子束打在荧光屏正中的o点 为使电子束偏转 由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场 图2 4 4 1 如果要使电子束在水平方向偏离中心 打在荧光屏上的a点 偏转磁场应该沿什么方向 2 如果要使电子束打在b点 磁场应该沿什么方向 解析 由左手定则 1 中偏转磁场应该垂直于纸面向外 2 中偏转磁场应该垂直于纸面向里 答案 见解析 洛伦兹力与电场力的比较 经典案例 6分 2012 陕西学业水平模拟 两个完全相同的带等量的正电荷的小球a和b 从同一高度自由落下 分别穿过高度相同的水平方向的匀强电场和匀强磁场 如图2 4 5所示 然后再落到地面上 设两球运动所用的总时间分别为ta和tb哪个大 图2 4 5 思路点拨 解答本题的关键是弄清电场力和洛伦兹力两个力各自的特点及区别 解题样板 a球进入匀强电场后 始终受到匀强电场水平向右的电场力f电 qe作用 这个力不会改变a在竖直方向运动的速度 故它下落的总时间ta与没有电场时自由下落的时间t0相同 2分 b球以某一速度进入匀强磁场瞬间它就受到水平向右的洛伦兹力作用 这个力只改变速度方向 会使速度方向向右发生偏转 又因为洛伦兹力始终与速度方向垂直 当速度方向变化时 洛伦兹力的方向也发生变化 不再沿水平方向 如图2 4 6所示为小球在磁场中某一位置时的受力图 从图中可以看出洛伦兹力f洛的竖直分量f1会影响小球竖直方向的运动 使竖直下落的加速度减小 小于g 故其下落的时间tb大于没有磁场时小球自由下落的总时间t0 综上所述 ta tb 4分 图2 4 6 答案