运动电荷在磁场中受到的力.pptx

3 5运动电荷在磁场中受到的力 物理选修3 1第三章磁场 1 知道什么是洛伦兹力 利用左手定则判断洛伦兹力的方向 2 知道洛伦兹力公式的推理过程 3 掌握垂直进入磁场的带电粒子所受到洛伦兹力大小的计算 4 了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向的判断方法 理解洛伦兹力对电荷不做功 5 了解电视显像管的工作原理 1 判断安培力的方向 2 安培力大小的一般计算方法 复习 F安 BILsin 为B与L的夹角 推理与猜想 磁场对运动电荷会有作用力吗 播放视频 1 借助阴极射线管 我们看到的是 A 每个电子的运动轨迹B 所有电子整体的运动轨迹C 看到的是真实的电子D 看到的是错误的假象 解析 选B 电子很小 我们的肉眼不能直接看到 C错 阴极射线管同时发出大量的电子 也就是说 是一束电子 看到的是整束电子的偏转情况 也就是轨迹 A D错 B对 洛伦兹 1853 1928 洛伦兹是荷兰物理学家 数学家 1853年7月18日生于阿纳姆 洛伦兹创立了经典电子论 提出了洛伦兹变换公式 1902年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理学奖 为纪念洛伦兹的卓著功勋 荷兰政府决定从1945年起 把他的生日定为 洛伦兹节 2 洛伦兹力F与v B三者之间的方向关系 1 判断洛伦兹力的方向的方法 左手定则 总结 洛伦兹力的方向 1 左手定则 2 注意 1 四指指向电流的方向 即正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向 2 F既与B垂直又与v垂直 即垂直于B和v所决定的平面 但B与v不一定垂直 1 试判断下列图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向 带电粒子的电性或带电粒子的运动方向 v 粒子垂直于纸面向里运动 所受洛伦兹力垂直于纸面向外 6 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 相对于预定点稍向东偏转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 3 2010 宿迁高二检测 汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子 如图所示 把电子射线管 阴极射线管 放在蹄形磁铁的两极之间 可以观察到电子束偏转的方向是 A 向上B 向下C 向左D 向右 变式备选 如图所示 各带电粒子均以速度v射入匀强磁场 其中图C中v的方向垂直纸面向里 图D中v的方向垂直纸面向外 试分别指出各带电粒子所受洛伦兹力的方向 典例1 2011 吉林实验中学高二检测 关于电荷在磁场中运动速度 磁场和电荷受到洛伦兹力三者之间的方向关系如图所示 其中正确的是 变式训练 2011 汕头高二检测 如图所示 阴极射线管的阴极 左侧极板 不断有电子射出 若在管的正下方放一通电直导线ab 射线的径迹往下偏 则下列说法正确的是 A 径迹往下偏是由于电子的重力引起的B 径迹的偏向与ab中的电流方向无关C 电子所受洛伦兹力向上D 导线中的电流从b流向a 二 洛伦兹力的大小 2 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 三 探究洛伦兹力的表达式 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 电流强度I 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 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 单位 F N q C v m s B T I v v v v 适用条件 速度方向与磁场方向垂直 解析 由题意知v垂直B 由洛伦兹力公式得 F洛 qvB 1 60 10 19 3 106 0 10N 4 8 10 14N 7 电子的速率v 3 106m s 垂直射入B 0 10T的匀强磁场中 它受到的洛伦兹力是多大 2 两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场 两粒子质量之比为1 4 电量之比为1 2 则两带电粒子受洛伦兹力之比为 A 2 1B 1 1C 1 2D 1 4 解析 选C 带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时 洛伦兹力F qvB 与电荷量成正比 与质量无关 C项正确 5 有一匀强磁场 磁感应强度大小为1 2T 方向由南指向北 如有一质子沿竖直向下的方向进入磁场 磁场作用在质子上的力为9 6 10 14N 则质子射入时速度为多大 将在磁场中向哪个方向偏转 解析 质子运动方向与磁场方向垂直 所以F qvB根据左手定则 质子受力方向向东 所以质子将向东偏转 答案 5 105m s向东 1 安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力是安培力的微观表现 2 大小关系 F安 NF洛 N是导体中的运动电荷数 3 方向关系 F安与F洛方向相同 4 F安与F洛的本质都是磁场对运动电荷的作用力 四 洛伦兹力与安培力的关系 2 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 关于安培力和洛伦兹力 下列说法正确的是 A 安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力B 安培力可以对通电导线做功 洛伦兹力对运动电荷一定不做功C 运动电荷在某处不受洛伦兹力作用 则该处的磁感应强度一定为零D 洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能 也不能改变带电粒子的运动状态 安培力与洛伦兹力 五 洛伦兹力和电场力的区别 2 大小 F电 Eq F洛 Bqvsin 1 电荷在电场中一定受到电场力的作用 与其运动状态无关 而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用 只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用 3 电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向 而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向 又垂直于运动方向 4 电场力要对运动电荷做功 电荷在等势面上运动除外 而电荷在磁场中运动时 磁场力一定不会对电荷做功 4 2011 杭州高二检测 有关电荷受电场力和洛伦兹力的说法中 正确的是 A 电荷在磁场中一定受磁场力的作用B 电荷在电场中一定受电场力的作用C 电荷受电场力的方向与该处电场方向垂直D 电荷若受磁场力 则受力方向与该处磁场方向垂直 主要构造 电子枪 阴极 偏转线圈 荧光屏等 六 电视显像管的工作原理 2 要使电子打在A点 偏转磁场应该沿什么方向 垂直纸面向外 思考与讨论 1 要使电子打在O点 偏转磁场应该沿什么方向 不加偏转磁场 3 要使电子打在B点 偏转磁场应该沿什么方向 垂直纸面向里 4 要使电子从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 后垂直纸面向里并逐渐增大 应用了电子束磁偏转的原理 典例2 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 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 解题指导 求解此题应把握以下三点 变式训练 如图所示 甲是一个带正电的小物块 乙是一个不带电的绝缘物块 甲 乙叠放在一起静止于粗糙的水平地板上 地板上方空间有水平方向的匀强磁场 现用水平恒力F拉乙物块 使甲 乙无相对滑动地一起水平向左加速运动 在加速运动阶段 A 地面对乙物块的摩擦力逐渐减小B 甲 乙两物块的加速度逐渐增大C 乙对甲的摩擦力逐渐增大D 甲对乙的摩擦力逐渐减小 解析 选D 甲 乙无相对滑动地一起水平向左加速运动时 甲所受洛伦兹力逐渐增大 所以乙对地面的压力逐渐增大 由f N知 乙物块与地板之间的摩擦力不断增大 所以A错误 由F f m甲 m乙 a 可知a逐渐减小 又由f甲乙 f乙甲 m甲a可知f甲乙逐渐减小 B C错误 D正确 典例 如图所示 绝缘劈两斜面光滑且足够长 它们的倾角分别为 处在垂直纸面向里的匀强磁场中 将质量相等 带等量异种电荷的小球A和B同时从两斜面的顶端由静止释放 不考虑两电荷之间的库仑力 则 A 在斜面上两球做匀加速运动 且aA aBB 在斜面上两球都做变加速运动C 两球沿斜面运动的最大位移sA sBD 两球沿斜面运动的时间tA tB 解题指导 解答本题应明确以下两点 4 电荷量为 q的粒子在匀强磁场中运动 下列说法正确的是 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 且速度反向 大小不变 则洛伦兹力的大小方向不变C 洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直 磁场方向一定与电荷运动方向垂直D 粒子的速度一定变化 B BD 3 电子以初速度v垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场