3.5磁场对运动电荷的作用力基本.ppt

第5节运动电荷在磁场中受到的力 1 通过实验探究 感受磁场对运动电荷有力的作用 2 知道什么是洛伦兹力 会用左手定则判断洛伦兹力的方向 3 掌握洛伦兹力公式的推导过程 会用公式求洛伦兹力 4 了解电视机显像管的基本构造和工作原理 复习 1 磁场对通电导线的作用力的大小和方向 2 电流是如何形成的 3 由上述的两个问题你可以想到什么 磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷的作用力的宏观表现 也就是说磁场可能对运动电荷有力的作用 电荷的定向移动形成的 大小 F BILsin 方向 左手定则 一 磁场对运动电荷的作用力 演示 阴极射线在磁场中的偏转 电子射线管的原理 从阴极发射出来电子 在阴阳两极间的高压作用下 使电子加速 形成电子束 轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光 可以显示电子束的运动轨迹 实验现象 在没有外磁场时 电子束沿直线运动 将蹄形磁铁靠近阴极射线管 发现电子束运动轨迹发生了弯曲 结论 磁场对运动电荷有作用 运动电荷在磁场中受到的作用力叫做洛伦兹力 安培力是洛伦兹力的宏观表现 二 洛伦兹力的方向 左手定则 四指指向与形成的电流方向一致 即与正电荷运动方向相同 与负电荷运动方向相反 2 洛伦兹力的方向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 即洛伦兹力的方向总是垂直于B和v两者所决定的平面 3 对洛伦兹力方向的理解 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 当电性一定时 其他两个因素决定洛伦兹力的方向 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 F B v三者方向间关系 电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系 两者关系是不确定的 电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向 F B F v 即F垂直于B和v所决定的平面 课堂训练 q 竖直向上 竖直向上 垂直纸面向内 垂直纸面向外 1 判断下列粒子进入磁场时所受的洛伦兹力的方向 三 洛伦兹力大小 设有一段长为L 横截面积为S的直导线 单位体积内的自由电荷数为n 每个自由电荷的电荷量为q 自由电荷定向移动的速率为v 这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中 求 1 通电导线中的电流 2 通电导线所受的安培力 3 这段导线内的自由电荷数 4 每个电荷所受的洛伦兹力 导线中的电流强度I 导线中的电荷的总个数为N 每个电荷受力为 nqSv nSL 导线受安培力为F安 BIL BnqSvL 三 洛伦兹力大小 F洛 qVB V B F洛 0 V B 当V与B成一角度 时 三 洛伦兹力大小 B v F V2 V1 F洛 qVBsin 思考与讨论 1 洛伦兹力方向与带电粒子的运动方向有什么关系 洛伦兹力方向与带电粒子运动方向垂直2 洛伦兹力带电粒子运动的速度有什么影响 只改变粒子速度的方向 不改变粒子速度的大小3 洛伦兹力对带电粒子做的功是多少 由于洛伦兹力方向始终与带电粒子运动方向垂直 所以洛伦兹力对运动电荷不做功 F vF B 课堂训练 1 试判断下列各图带电粒子所受洛仑兹力的方向 或磁场的方向 或粒子运动方向 q v B两两垂直 垂直纸面向外 课堂训练 2 电子以初速度V垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中 则 A 磁场对电子的作用力始终不变 B 磁场对电子的作用力始终不做功C 电子的速度始终不变 D 电子的动能始终不变 BD 课堂训练 3 当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管 若不计重力 则 A 带电粒子速度大小改变 B 带电粒子速度方向改变 C 带电粒子速度大小不变 D 带电粒子速度方向不变 CD 课堂训练 4 如图所示 匀强磁场方向水平向里 匀强电场方向竖直向下 有一正离子 不计重力 恰能沿直线从左向右水平飞越此区域 则 A 若电子从右向左飞入 电子也沿直线运动B 若电子从右向左飞入 电子将向上偏转C 若电子从右向左飞入 电子将向下偏转D 若电子从左向右飞入 电子也沿直线运动 BD 3 洛伦兹力的特点 运动的电荷才有可能受到洛伦兹力 静止的电荷在磁场中不受洛伦兹力 洛伦兹力的大小和方向都与带电粒子的运动状态有关 4 洛伦兹力与安培力的关系 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 但不能简单地认为安培力就等于所有定向移动的电荷所受洛伦兹力的合力 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联系 也有区别 5 洛伦兹力与电场力的比较 小结 1 洛伦兹力 磁场对运动电荷的作用力安培力是洛伦兹力的宏观表现2 洛伦兹力的方向 左手定则F vF B3 洛伦兹力大小 F洛 qVBsin V BF洛 qVBV BF洛 04 特点 洛伦兹力只改变力的方向 不改变力的大小 洛伦兹力对运动电荷不做功 四电视显像管的工作原理1 结构如图所示为电视显像管的原理示意图 俯视图 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 电视显像管的工作原理 1 要是电子打在A点 偏转磁场应该沿什么方向 垂直纸面向外 2 要是电子打在B点 偏转磁场应该沿什么方向 垂直纸面向里 3 要是电子打从A点向B点逐渐移动 偏转磁场应该怎样变化 先垂直纸面向外并逐渐减小 然后垂直纸面向里并逐渐增大 3 3 电视显像管的工作原理电视显像管发射电子 在加速电场中被加速后进入偏转磁场 在偏转磁场作用下 电子束在荧光屏上扫描 电子束从最上一行到扫描到最后一行叫做一场 电视机中每秒要进行50场扫描 因为人眼的 视觉暂留 所以我们会感觉整个荧光屏都在发光 电子束从最上一行到扫描到最后一行叫做一场 电视机中每秒要进行50场扫描 因为人眼的 视觉暂留 所以我们会感觉整个荧光屏都在发光 瑞典斯特哥尔摩的极光 美国阿拉斯加州的极光 北极极光 德国下萨可森州极光 冰岛的极光 人类首次拍到南北极光 同放光彩 奇景 在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中 有一种能量被称为 太阳风 这是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流 该太阳风在地球上空环绕地球流动 以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场 磁场使该颗粒流偏向地磁极下落 它们与氧和氮的原子碰撞 击走电子 使之成为激发态的离子 这些离子发射不同波长的辐射 产生出红 绿或蓝等色的极光特征色彩 形成极光 在南极地区形成的叫南极光 在北极地区同样可看到这一现象 称之为北极光 以正电荷为例 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 方法总结 1 明确磁场方向与运动电荷的电性 应用左手定则判断洛伦兹力的方向 应用左手定则时 若运动电荷是正电荷 四指应指向正电荷的运动方向 若是负电荷 四指指向负电荷运动的反方向 2 若运动电荷的速度v的方向与磁感应强度B的方向垂直 则洛伦兹力的大小为F qvB 若运动电荷的速度v的方向与磁感应强度B的方向不垂直时 设夹角为 则电荷所受的洛伦兹力大小为F qvBsin 若运动电荷的速度v的方向与磁感应强度B的方向平行 则洛伦兹力的大小为F 0 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 方向垂直纸面向里的匀强磁场中 如图所示 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 变式训练1 1 一个带正电的小球以速度v0沿光滑的水平绝缘桌面向右运动 飞离桌子边缘后 通过匀强磁场区域 落在地板上 磁场方向垂直纸面向里 如图所示 其水平射程为s1 落地速度为v1 撤去磁场后 其他条件不变 水平射程为s2 落地速度为v2 则 A s1 s2B s1 s2C v1 v2D v1 v2 答案 BC 方法总结 洛伦兹力F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永不做功 洛伦兹力只改变电荷速度的方向 不能改变电荷速度的大小 在涉及功的计算时 不考虑洛伦兹力 但应注意 洛伦兹力自己不做功 但可以影响其他力的做功情况 如图所示 匀强磁场的方向竖直向下 磁场中有光滑的水平桌面 在桌面上平放着内壁光滑 底部有带电小球的试管 在水平拉力F的作用下 试管向右匀速运动 带电小球能从试管口处飞出 则 变式训练2 1 A 小球带负电B 小球运动的轨迹是一条抛物线C 洛伦兹力对小球做正功D 维持试管匀速运动的拉力F应逐渐增大解析 小球沿水平方向向右运动 受到试管口方向的洛伦兹力作用 根据左手定则可知 小球带正电 A选项错误 小球沿水平方向做匀速直线运动 沿试管口方向做初速度为零的加速运动 故轨迹是一条抛物线 B选项正确 洛伦兹力永不做功 C选项错误 小球沿试管口方向的分运动产生水平向左的洛伦兹力 以小球和试管为研究对象 水平方向根据平衡条件得 F F洛 小球沿试管口方向的速度增大 洛伦兹力增大 维持试管匀速运动的拉力F应逐渐增大 D选项正确 答案 BD 如图所示 表面粗糙的斜面固定于地面上 并处于方向垂直纸面向外 强度为B的匀强磁场中 质量为m 带电量为 Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑 在滑块下滑的过程中 下列判断正确的是 变式训练2 2 A 滑块受到的摩擦力不变B 滑块到达地面时的动能与B的大小无关C 滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下D B很大时 滑块可能静止于斜面上 解答 选C 根据左手定则可知 滑块受到垂直斜面向下的洛伦兹力 C对 随着滑块速度的变化 洛伦兹力大小变化 它对斜面的压力大小发生变化 故滑块受到的摩擦力大小变化 A错 B越大 滑块受到的洛伦兹力越大 受到的摩擦力也越大 摩擦力做功越多 据动能定理 滑块到达地面时的动能就越小 B错 由于开始时滑块不受洛伦兹力就能下滑 故B再大 滑块也不可能静止在斜面上 D错 来自宇宙的质子流 以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点 则这些质子在进入地球周围的空间时 将 A 竖直向下沿直线射向地面B 相对于预定地面向东偏转C 相对于预定点稍向西偏转D 相对于预定点稍向北偏转 B 课堂练习 一个带电粒子 沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场 粒子的一段径迹如图所示 径迹上的每小段都可近似看成圆弧 由于带电粒子使沿途空气电离 粒子的能量逐渐减少 带电荷量不变 从图中情况可以确定 A 粒子从a运动到b 带正电B 粒子从b运动到a 带正电C 粒子从a运动到b 带负电D 粒子从b运动到a 带负电 例 摆长为L的匀强磁场中摆动 摆动平面与磁场方向垂直 如图所示 摆