高中物理 第3章 第5节 运动电荷在磁场中受到的力课件 新人教版选修31.ppt

第三章磁场 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 要点一洛伦兹力的方向和大小1 洛伦兹力 运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力 2 洛伦兹力的方向 1 方向的判断 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 或负电荷运动的反方向 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 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 3 洛伦兹力的大小 1 洛伦兹力大小的推导过程 如图所示 设有一段长度为l的通电导线 垂直放入磁感应强度为b的匀强磁场中 若导线中的电流为i 则该导线所受的安培力大小为f安 ilb 2 洛伦兹力的表达式在一般情况下 当电荷运动的方向与磁场方向的夹角为 时 电荷所受洛伦兹力的大小为f qvbsin 其中 为电荷速度方向与磁感应强度方向的夹角 当电荷的运动方向与磁场方向垂直时 洛伦兹力最大 f qvb 当电荷的运动方向与磁场方向平行时 f洛 0 当电荷的运动方向与磁场方向成夹角时 洛伦兹力的大小在零到qvb之间 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 洛伦兹力的方向时刻与速度方向垂直时 一定不做功 要点二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 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 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 分析 应用左手定则判断洛伦兹力方向 根据公式f qv b求洛伦兹力大小 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 2014 甘肃模拟 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 1 2014 扬州模拟 如图 电荷的速度方向 磁场方向和电荷的受力方向之间关系正确的是 解析 根据左手定则可知 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 让磁感线进入手心 四指指向正电荷运动方向或者负电荷运动的反方向 这时拇指所指的方向就是运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向 a图中电荷的洛伦兹力方向应该向下 b图中电荷的洛伦兹力的方向应该向上 c d图中电荷运动方向与磁场方向在一条线上 不受洛伦兹力 故a选项正确 答案 a 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 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 答案 c 3 2014 漳州二模 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 答案 b 4 2015 湖北孝感高中期中 地面附近空间存在着水平方向的匀强电场和匀强磁场 已知磁场方向垂直纸面向里 一个带电油滴沿着一条与竖直方向成 角的直线mn运动 如图所示 由此可以判断 a 油滴一定做匀速运动b 油滴一定做匀变速运动c 如果油滴带正电 电场线的方向水平向右d 如果油滴带负电