高考物理 核心要点突破系列 第15章第四节《磁场对运动电荷的作用》课件 新人教版选修31.ppt

第四节磁场对运动电荷的作用 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第四节 课前自主学案 目标概览 目标概览 学习目标 1 知道什么是洛伦兹力 知道电荷运动方向与磁场方向平行时 电荷受到的洛伦兹力等于零 电荷运动方向与磁场方向垂直时 电荷受到的洛伦兹力最大 f qvb 2 会用左手定则熟练地判定洛伦兹力的方向 重点难点 1 洛伦兹力的大小和方向 2 用左手定则判断洛伦兹力的方向 课前自主学案 一 洛伦兹力1 演示实验 电子射线管发出的电子束 图15 4 1甲中的径迹是 把电子射线管放在蹄形磁铁的磁场中 图乙中电子束的径迹向 发生了偏转 若调换磁铁南北极的位置 则电子束的径迹会向 偏转 图15 4 1 一条直线 下 上 2 磁场对运动电荷有力的作用 人们称这种力为 二 洛伦兹力的方向和大小1 洛伦兹力的方向 也可以用左手定则判定 伸开左手 使大拇指与其余四个手指垂直 并且都与手掌在同一个平面内 让磁感线垂直从 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 负电荷受力的方向与正电荷受力的方向 洛伦兹力 掌心 正电荷 拇指 相反 2 洛伦兹力的大小若带电粒子运动方向与磁感应强度方向垂直 则f 若粒子速度方向与磁感应强度方向的夹角为 则f 3 洛伦兹力的方向始终与带电粒子的运动方向垂直 故洛伦兹力不改变带电粒子运动速度的 只改变粒子运动的方向 洛伦兹力对带电粒子不做功 qvb qvbsin 大小 核心要点突破 一 如何判断洛伦兹力的方向1 由左手定则判定 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 当电荷一定即电性一定时 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 特别提醒 1 判断负电荷在磁场中运动受洛伦兹力的方向 四个手指要伸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和速度的方向v 二 对洛伦兹力的理解1 公式推导设导体内单位长度上自由电荷数为n 自由电荷的电荷量为q 定向移动的速度为v 设长度为l的导线中的自由电荷在t秒内全部通过截面a 如图15 4 2所示 图15 4 2 2 洛伦兹力和安培力的区别与联系 1 洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力 而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现 2 尽管安培力是自由电荷定向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现 但也不能认为安培力就简单地等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和 一般只有当导体静止时才能这样认为 3 洛伦兹力恒不做功 但安培力却可以做功 可见安培力与洛伦兹力既有紧密相关 不可分割的必然联系 也有显著的区别 3 洛伦兹力与电场力的比较 特别提醒 1 安培力是导体中自由电荷定向移动所受洛伦兹力的宏观表现 2 v b时 洛伦兹力f qvb 在v b时 f 0 在v 0时 f 0 3 洛伦兹力最重要的一个特点就是恒不做功 三 带电粒子在复合场中的直线运动1 复合场一般包括重力场 电场和磁场三种场的任意两种场复合或三种场复合 2 带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路 1 正确进行受力分析 除重力 弹力 摩擦力外要特别注意电场力和洛沦兹力的分析 2 确定带电粒子的运动状态 注意运动情况和受力情况的结合 3 灵活选择不同的运动规律 当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时 粒子受力必然平衡 由平衡条件列方程求解 对于临界问题 解决时要认真分析物体所经历的物理过程 找出临界状态相对应的临界条件 抓住题目中叙述的一些 恰好 刚好 最大 最高 至少 等关键词为突破口 挖掘隐含条件 探究临界位置或状态 特别提醒 1 电子 质子 粒子等一般不计重力 带电小球 尘埃 液滴等带电颗粒一般要考虑重力的作用 2 注意重力 电场力做功与路径无关 洛伦兹力始终和运动方向垂直 永不做功的特点 课堂互动讲练 长方体金属块放在匀强磁场中 有电流通过金属块 如图15 4 3所示 则下面正确的是 a 金属块上表面电势高于下表面电势b 金属块上表面电势低于下表面电势c 金属块上表面电势等于下表面电势d 无法比较上 下表面的电势高低 图15 4 3 解析 金属导电是由于金属中自由电子定向移动引起的 当金属块中有电流时 自由电子运动方向和电流方向相反 由左手定则可判断自由电子所受洛伦兹力方向向下 即自由电子向下偏转 所以上表面电势较下表面高 答案 a 点评 判断洛伦兹力的方向时 首先应明确磁场方向和带电粒子的电性及其运动方向 然后根据左手定则判定 变式训练1图15 4 4阴极射线管中粒子流向由左向右 其上方放置一根通有如图15 4 4所示电流的直导线 导线与阴极射线管平行 则阴极射线将 a 向上偏转b 向下偏转c 向纸里偏转d 向纸外偏转 解析 选b 由安培定则 电流在其下方所产生的磁场方向垂直纸面向里 由左手定则 电子流所受洛伦兹力向下 故向下偏转 则选b 不计重力的负粒子能够在如图15 4 5所示的正交匀强电场和匀强磁场中匀速直线穿过 设产生匀强电场的两极板间电压为u 距离为d 匀强磁场的磁感应强度为b 粒子电荷量为q 进入速度为v 以下说法正确的是 图15 4 5a 若同时增大u和b 其他条件不变 则粒子一定能够直线穿过b 若同时减小d和增大v 其他条件不变 则粒子可能直线穿过c 若粒子向下偏能够飞出极板间 则粒子动能一定减小d 若粒子向下偏能够飞出极板间 则粒子的动能有可能不变 答案 bc 点评 带电粒子在电磁场中的运动 一定要综合分析所受的电场力和洛伦兹力的情况 才能作出正确的解答 变式训练2一个质子以速度v穿过相互垂直的电场和磁场区域而没有偏转 如图15 4 6所示 图15 4 6a 若电子以速度v射入该区域 电子将会偏转b 无论何种带电粒子 只要以相同的速率v射入该区域都不会发生偏转c 若质子的入射速度v v 它将向上偏转 其轨迹是一条抛物线d 若质子的入射速度v v 它将向下偏转 其轨迹是一条抛物线 如图15 4 7所示 竖直绝缘杆处于方向彼此垂直 大小为e b的匀强电 磁场中 一个质量为m 带电量为 q的小球 从静止开始沿杆下滑 且与杆的动摩擦因数为 试求 1 小球速度为多大时 加速度最大 是多少 2 小球下滑的最大速度是多少 图15 4 7 图15 4 8 点评 洛伦兹力不但与磁场与电荷有关 还与电荷的运动状态有关 在解决此类问题时要用动态的眼光 从受力分析入手 查找临界状态 从而得出正确结果 变式训练3图15 4 9如图15 4 9所示 一个带负电的滑环套在水平且足够长的粗糙的绝缘杆上 整个装置处于方向如图所示的匀强磁场b中 现给滑环施以一个水平向右的瞬时冲量 使其由静止开始运动 则滑环在杆上的运动情况可能是 a 始终做匀速运动b 开始做减速运动 最后静止于杆上c 先做加速运动 最后做匀速运动d 先做减速运动 最后做匀速运动 解析 选abd 带负电滑环向右运动时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定 因而洛伦兹力与滑环重