高中物理 第三章 第5节磁场对运动电荷的作用力课件 新人教版选修31.ppt

电视机显像管中的电子只是细细的一束 为什么能使整个屏幕发光 从宇宙深处射来的带电粒子 为什么不能直射地球 为什么只在地球两极形成绚丽多彩的极光 解开这些问题的钥匙就是本节学习的磁场对运动电荷的作用规律 1 演示实验 电子射线管发出的电子束 下图甲中的径迹是 把电子射线管放在蹄形磁铁的磁场中 如图所示 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 直线 下 上 2 运动电荷在磁场中所受的力称为 通电导线在磁场中所受的 实际是洛伦兹力的 由此我们可以推断运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向可以根据判定 3 在匀强磁场中 当运动电荷速度方向与磁场方向垂直时 运动电荷所受洛伦兹力f的大小取决于三个因素 和 4 电视显像管应用了电子束的道理 电子束打在荧光屏上的位置在偏转磁场的控制下不断移动 这在电视技术中叫做 洛伦兹力 安培力 宏观表现 左手定则 电荷量q 速度v 磁感应强度b 扫描 磁偏转 1 洛伦兹力 磁场对运动电荷的作用力 2 洛伦兹力和安培力的关系 通电导线在磁场中受到的安培力 实际上是在导线中定向运动的电荷所受到的洛伦兹力的宏观表现 3 洛伦兹力的大小 f qvbsin 为电荷运动方向与磁感应强度方向的夹角 当 0 或180 即电荷运动方向与磁场方向平行时 f洛 0 当 90 即电荷运动方向和磁场方向垂直时 f洛 bqv 为最大值 4 洛伦兹力的方向 用左手定则判 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个平面内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向正电荷运动的方向 这时拇指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相反 特别提醒 洛伦兹力的方向总是垂直于b和v决定的平面 因为洛伦兹力方向总是与速度方向垂直 所以洛伦兹力一个重要特点就是对带电粒子不做功 它只会改变速度的方向而不会改变速度的大小 洛伦兹力对电荷永不做功 而安培力对导体棒可以做功 这是否与安培力是洛伦兹力的宏观表现相矛盾 为什么 答案 不矛盾 因为洛伦兹力方向总是与速度方向垂直 故不做功 而安培力方向总是与电流方向垂直 但不一定与导体的运动方向垂直 故可以做功 是带电粒子在两种不同的场中受到的力 反映了磁场和电场的力的性质 但这两种力的区别也是十分明显的 特别提醒 电荷在电场中不受电场力的位置 电场强度一定为零 运动电荷不受洛伦兹力的位置 磁感应强度不一定为零 关于电场力与洛伦兹力 以下说法正确的是 a 电荷只要处在电场中 就会受到电场力 而电荷静止在磁场中 有可能受到洛伦兹力b 电场力对在其电场中的电荷会做功 而洛伦兹力对在磁场中的电荷却一定不做功c 电场力与洛伦兹力一样 受力方向都在电场线和磁感线上d 只有运动的电荷在磁场中才会受到洛伦兹力的作用解析 洛伦兹力方向总与磁场方向垂直 不会沿磁感线方向 答案 bd 电视显像管应用了电子束磁偏转的道理 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移动 这在电视技术中叫做扫描 电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫做一场使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的 叫做偏转线圈 2008 黄冈高三调研 在电视机的显像管中 电子束的扫描是用磁偏转技术实现的 其扫描原理如图甲所示 圆形区域内的偏转磁场方向垂直于圆面 而不加磁场时 电子束将通过o点而打在屏幕的中心m点 为了使屏幕上出现一条以m为中心的亮线pq 偏转磁场的磁感应强度b随时间变化的规律应是乙中的 解析 由题意知 要想得到以m为中点的亮线pq 磁场的感应强度b随时间t变化时 应有方向改变 故c d错误 对于a的变化图象 则只可能出现三个亮点 故正确答案为b 答案 b 1 平行板中电场强度e和磁感应强度b互相垂直 这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来 所以叫做速度选择器 2 带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器时的速度是v 见下图 特别提醒 只要带电粒子的速率满足v 即使电性不同 电荷不同 也可沿直线穿出右侧小孔 而其他速率的粒子要么上偏 要么下偏 无法穿出 因此利用这个装置可以用来选择某一速率的带电粒子 故称为速度选择器 1 磁流体发电是一项新兴技术 它可以把内能直接转化为电能 2 根据左手定则 如下图中的b板是发电机正极 3 磁流体发电机两极板间的距离为d 等粒子体速度为v 磁场磁感应强度为b 则两极板间能达到的最大电势差u bdv 误区1 认为通电导体在磁场中一定受到安培力 带电粒子在磁场中一定受到洛伦兹力 点拨 通过强化练习让学生明确 当通电导体与磁场平行时不受安培力作用 当带电粒子在磁场中静止或平行于磁场方向运动时均不受洛伦兹力作用 这点与电场力不同 可见探究点2 误区2 对洛伦兹力方向的判断不准确 点拨 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 误区3 对带电物体在复合场中运动是否考虑重力问题把握不准 点拨 电子 质子 粒子 离子等微观粒子无特殊说明一般不计重力 带电小球 尘埃 油滴 液滴等带电颗粒无特殊说明一般要考虑重力 如果有具体数据 可通过比较确定是否考虑重力 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 在下图所示的各图中 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 并标出洛伦兹力的方向 解析 1 因v b 所以f qvb 方向与v垂直斜向上 2 v与b夹角为30 取v与b垂直分量 故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 故f qvb 方向与v垂直斜向上 点评 在计算洛伦兹力的大小时 要注意v取与b垂直的分量 洛伦兹力的方向垂直于v与b所决定的平面 运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用 运动方向会发生偏转 这一点对地球上的生命来说有十分重要的意义 从太阳和其他星体发射出的高能粒子流 称为宇宙射线 在射向地球时 由于地磁场的存在 改变了带电粒子的运动方向 对地球起到了保护作用 如图为地磁场对宇宙射线作用的示意图 现有来自宇宙的一束质子流 以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点