人教版选修31 3.5　运动电荷在磁场中受到的力 课件（35张）.pptx

5运动电荷在磁场中受到的力 第三章磁场 课时要求 1 通过实验 观察阴极射线在磁场中的偏转 认识洛伦兹力 2 会判断洛伦兹力的方向 会计算洛伦兹力的大小 3 了解电子束磁偏转的原理以及在电视显像管中的应用 内容索引 自主预习预习新知夯实基础 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习 一 洛伦兹力的方向和大小1 洛伦兹力 1 定义 在磁场中所受的力 2 与安培力的关系 通电导线在磁场中所受的安培力是的宏观表现 2 洛伦兹力的方向 左手定则 伸开左手 使拇指与其余四个手指垂直 并且都与手掌在同一平面内 让从掌心进入 并使指向正电荷运动方向 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 运动电荷 洛伦兹力 四指 磁感线 大拇指 3 洛伦兹力的大小 1 当v与b成 角时 f 2 当v b时 f 3 当v b时 f 二 电视显像管的工作原理1 构造 如图1所示 由电子枪 和荧光屏组成 qvbsin qvb 0 偏转线圈 越大 图1 2 原理 1 电子枪 2 电子束在磁场中 3 荧光屏被电子束撞击发光 3 扫描 在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场 其方向 强弱都在 使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下 从左向右不断移动 4 偏转线圈 使电子束偏转的磁场是由产生的 发射电子 偏转 不断变化 两对线圈 即学即用 1 判断下列说法的正误 1 运动电荷在磁场中一定受洛伦兹力 2 同一电荷 以相同大小的速度进入磁场 速度方向不同时 洛伦兹力的大小可能相同 3 洛伦兹力同电场力一样 可对运动电荷做正功或负功 4 判断电荷所受洛伦兹力的方向时应同时考虑电荷的电性 5 显像管内偏转线圈中的电流恒定不变时 电子打在荧光屏上的光点是不动的 答案 2 如图2所示是电视机中偏转线圈的示意图 圆心o处的黑点表示电子束 由纸内向纸外而来 当线圈中通以图示方向的电流时 两线圈通过的电流都相同 则电子束将 偏转 向上 图2 答案 重点探究 导学探究 如图3所示 电子由阴极向阳极运动 向右运动 过程中发生了向下偏转 试问 1 什么力使电子向下偏转 该力的方向如何 一 洛伦兹力的方向 答案洛伦兹力向下 图3 2 电子运动轨迹附近的磁场方向如何 电子所受洛伦兹力与磁场方向 电子运动方向存在什么关系 答案磁场方向向里电子所受洛伦兹力与磁场方向垂直 与电子运动方向垂直 满足左手定则 答案 知识深化 1 决定洛伦兹力方向的三个因素 电荷的正负 速度方向 磁感应强度的方向 2 洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向和磁场方向垂直 即洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面 即f b v三个量的方向关系是 f b f v 但b与v不一定垂直 3 用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时 应注意将四指指向负电荷运动的反方向 例1如图所示 一带负电的粒子 不计重力 进入磁场中 图中的磁场方向 速度方向及带电粒子所受的洛伦兹力方向标示正确的是 答案 解析 解析a图中带负电的粒子向右运动 掌心向外 四指所指的方向向左 大拇指所指的方向是向下 选项a错误 b图中带负电粒子的运动方向与磁感线平行 此时不受洛伦兹力的作用 选项b错误 c图中带负电的粒子向右运动 掌心向外 四指所指的方向向左 大拇指所指的方向是向下 选项c正确 d图中带负电的粒子向上运动 掌心向里 四指应向下 大拇指的方向向左 选项d错误 1 洛伦兹力与安培力的关系 1 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 而洛伦兹力是安培力的微观本质 2 洛伦兹力对电荷不做功 但安培力却可以对导体做功 2 洛伦兹力的大小 f qvbsin 为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角 1 当 90 时 v b sin 1 f qvb 即运动方向与磁场垂直时 洛伦兹力最大 2 当v b时 0 sin 0 f 0 即运动方向与磁场平行时 不受洛伦兹力 二 洛伦兹力的大小 答案 例2如图4所示 各图中的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 答案 1 qvb垂直v指向左上方 2 qvb垂直纸面向里 3 不受洛伦兹力 4 qvb垂直v指向左上方 解析 图4 解析 1 因v b 所以f qvb 方向垂直v指向左上方 2 v与b的夹角为30 将v分解成垂直磁场的分量和平行磁场的分量 v vsin30 f qvbsin30 qvb 方向垂直纸面向里 3 由于v与b平行 所以不受洛伦兹力 4 v与b垂直 f qvb 方向垂直v指向左上方 三 带电粒子在磁场中的直线运动 1 带电粒子在匀强磁场中做直线运动的两种情景 1 速度方向与磁场方向平行 不受洛伦兹力作用 可做匀速直线运动 也可在其他力作用下做变速直线运动 2 速度方向与磁场方向不平行 且除洛伦兹力外的各力均为恒力 若轨迹为直线则必做匀速直线运动 带电粒子所受洛伦兹力也为恒力 2 速度选择器的工作原理 1 装置及要求如图5 两极板间存在匀强电场和匀强磁场 二者方向互相垂直 带电粒子从左侧射入 不计粒子重力 图5 3 速度选择器的特点 可知速度选择器只对选择的粒子速度有要求 而对粒子的质量 电荷量大小及带电正 负无要求 增大 能减小 答案 解析 例3在图6中虚线所示的区域存在匀强电场和匀强磁场 取坐标系如图所示 一带电粒子沿x轴正方向进入此区域 在穿过此区域的过程中运动方向始终不发生偏转 不计重力的影响 电场强度e和磁感应强度b的方向可能是a e和b都沿x轴方向b e沿y轴正方向 b沿z轴负方向c e沿z轴正方向 b沿y轴正方向d e b都沿z轴方向 图6 解析本题没有说明带电粒子的带电性质 为便于分析 假定粒子带正电 a选项中 磁场对粒子作用力为零 电场力与粒子运动方向在同一直线上 运动方向不会发生偏转 故a正确 b选项中 电场力方向向上 洛伦兹力方向也向上 粒子向上偏转 b错误 c选项中 电场力 洛伦兹力都沿z轴正方向 将做曲线运动 c错误 d选项中 电场力沿z轴方向 洛伦兹力沿y轴方向 两力不可能平衡 两力的合力与粒子运动方向不在同一直线上 粒子将做曲线运动 d错误 如果粒子带负电 仍有上述结果 针对训练 2017 浙江11月学考 8 如图7所示 在两水平金属板构成的器件中 存在着匀强电场与匀强磁场 电场强度e和磁感应强度b相互垂直 以某一水平速度进入的不计重力的带电粒子恰好能沿直线运动 下列说法正确的是a 粒子一定带负电 图7 解析 答案 c 若粒子速度大小改变 粒子将做曲线运动d 若粒子速度大小改变 电场对粒子的作用力会发生变化 解析粒子做直线运动 说明竖直方向受力平衡 即qvb qe 可得 选项b错误 当时 无论粒子带正电还是负电 在竖直方向均受力平衡 选项a错误 如果粒子速度大小改变 就会导致洛伦兹力变化 因此粒子将做曲线运动 选项c正确 不管粒子速度怎么变 在匀强电场中 粒子所受电场力不变 选项d错误 四 带电体在匀强磁场中的运动问题 例4一个质量为m 0 1g的小滑块 带有q 5 10 4c的电荷量 放置在倾角 30 的光滑绝缘斜面上 斜面固定且置于b 0 5t的匀强磁场中 磁场方向垂直纸面向里 如图8所示 小滑块由静止开始沿斜面滑下 斜面足够长 小滑块滑至某一位置时 要离开斜面 g取10m s2 求 1 小滑块带何种电荷 图8 答案负电荷 答案 解析 解析小滑块在沿斜面下滑的过程中 受重力mg 斜面支持力fn和洛伦兹力f作用 如图所示 若要使小滑块离开斜面 则洛伦兹力f应垂直斜面向上 根据左手定则可知 小滑块应带负电荷 2 小滑块离开斜面时的瞬时速度多大 解析 答案 解析小滑块沿斜面下滑的过程中 由平衡条件得f fn mgcos 当支持力fn 0时 小滑块脱离斜面 设此时小滑块速度为vmax 则此时小滑块所受洛伦兹力f qvmaxb 3 该斜面长度至少多长 解析 答案 解析设该斜面长度至少为l 则小滑块离开斜面的临界情况为小滑块刚滑到斜面底端时 因为下滑过程中只有重力做功 答案1 2m 分析带电体在匀强磁场中运动应注意的问题1 注意受力情况和运动情况的分析 带电体在匀强磁场中速度变化时洛伦兹力的大小随之变化 并进一步导致压力 摩擦力的变化 带电体在变力作用下将做变加速运动 2 注意规律的选用和临界状态分析 分析带电体的运动 注意利用牛顿运动定律和平衡条件分析各物理量的动态变化 该题中支持力为零是带电体将要离开接触面的临界状态 例5 多选 如图9所示 质量为m的带电绝缘小球 可视为质点 用长为l的绝缘细线悬挂于o点 在悬点o下方有匀强磁场 现把小球拉离平衡位置后从a点由静止释放 则下列说法中正确的是a 小球从a至c和从d至c到达c点时 速度大小相等b 小球从a至c和从d至c到达c点时 细线的拉力相等c 小球从a至c和从d至c到达c点时 加速度相同d 小球从a至c和从d至c过程中 运动快慢一样 解析 答案 图9 解析由题意可知 当进入磁场后 才受到洛伦兹力作用 且力的方向与速度垂直 所以只有重力做功 则小球从a至c和从d至c到达c点时 速度大小相等 加速度相同 从a至c和从d至c过程中 运动快慢也一样 a c d正确 由于进出磁场的方向不同 由左手定则可知 洛伦兹力方向不同 所以细线的拉力的大小不同 故b错误 达标检测 1 洛伦兹力的方向 带电粒子 重力不计 穿过饱和蒸汽时 在它走过的路径上饱和蒸汽便凝成小液滴 从而显示粒子的径迹 这是云室的原理 如图10所示是云室的拍摄照片 云室中加了垂直于照片向外的匀强磁场 图中oa ob oc od是从o点发出的四种粒子的径迹 下列说法中正确的是a 四种粒子都带正电b 四种粒子都带负电c 打到a b点的粒子带正电d 打到c d点的粒子带正电 答案 解析 解析由左手定则知打到a b点的粒子带负电 打到c d点的粒子带正电 d正确 图10 1 2 3 2 带电粒子在磁场中的运动 多选 2018 长兴 德清 安吉县上学期期中 如图11所示 在竖直面内虚线所围的区域里 存在电场强度为e的匀强电场和磁感应强度为b的匀强磁场 已知从左方沿水平方向射入的电子穿过该区域时未发生偏转 设其重力可以忽略不计 则在该区域中的e和b的方向可能是a e竖直向下 b竖直向上b e竖直向上 b垂直纸面向外c e和b都沿水平方向 并与电子运动的方向相同d e和b都沿水平方向 并与电子运动的方向相反 答案 1 2 3 图11 3 带电体在磁场中的运动 如图12所示 a为带正电的小物块 b是一不带电的绝缘物块 设a b间无电荷转移 a b叠放于粗糙的水平地面上 地面上方有垂直于纸面向里的匀强磁场 现用水平恒力f拉b物块 使a b一起无相对滑动地向左做加速运动 则在加速运动阶段a a对b的压力不变b a对b的压力变大c a b物块间的摩擦力变大d a b物块间的摩擦力不变 答案 图12 解析 1 2 3 解析a b整体受总重力 拉