(完整版)2011高二物理：3.5运动电荷在磁场中受到的力_课件—人教版选修3-1

1、第五节运动电荷在磁场中受到的力第五节运动电荷在磁场中受到的力课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.掌握洛伦兹力的方向和大小及其计算掌握洛伦兹力的方向和大小及其计算公式的有关知识公式的有关知识2了解电视显像管的原理了解电视显像管的原理重点难点：洛伦兹力的大小方向判定重点难点：洛伦兹力的大小方向判定一、洛伦兹力的方向和大小一、洛伦兹力的方向和大小1洛伦兹力的定义洛伦兹力的定义_在磁场中所受的作用力在磁场中所受的作用力2洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向(1)实验观察实验观察阴极射线在磁场中的偏转阴极射线在磁场中的偏转没有磁场时电子束是一条直线没有磁场时电子束是一条直线将一蹄形磁铁跨放在阴极射线管外面，

2、电子流将一蹄形磁铁跨放在阴极射线管外面，电子流运动轨迹发生弯曲运动轨迹发生弯曲运动电荷运动电荷(2)洛伦兹力方向的判断洛伦兹力方向的判断左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指左手定则：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；让垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让_从掌心进入，并使四指指向从掌心进入，并使四指指向_，这时拇指所指的方向就是，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受运动的正电荷在磁场中所受_的方的方向负电荷受力的方向与正电荷受力的方向向负电荷受力的方向与正电荷受力的方向_(3)特点：洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁特点：洛伦兹力的方向与电荷运动方向和

3、磁场方向都场方向都_，洛伦兹力只改变带电粒子的，洛伦兹力只改变带电粒子的运动方向，不改变速度大小，对电荷不做功运动方向，不改变速度大小，对电荷不做功磁感线磁感线正电荷运动方向正电荷运动方向洛伦兹力洛伦兹力相反相反垂直垂直3洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小(1)电荷量为电荷量为q的粒子以速度的粒子以速度v运动时，如果速度运动时，如果速度方向与磁感应强度方向垂直，则方向与磁感应强度方向垂直，则fqvb.(2)当电荷运动方向与磁场的方向夹角为当电荷运动方向与磁场的方向夹角为时，时，fqvbsin.(3)当电荷沿磁场方向运动当电荷沿磁场方向运动(即即0或或vb)时，时，f0.思考感悟思考感悟一带电粒子以速

4、度一带电粒子以速度v0射入匀强磁场中，粒子能射入匀强磁场中，粒子能做匀速直线运动吗？有没有可能做匀变速运动？做匀速直线运动吗？有没有可能做匀变速运动？(不计粒子重力不计粒子重力)提示：提示：若粒子平行于磁场方向射入，粒子不受若粒子平行于磁场方向射入，粒子不受洛伦兹力作用，将做匀速直线运动若粒子受洛伦兹力作用，将做匀速直线运动若粒子受洛伦兹力作用，洛伦兹力因与速度方向垂直，洛伦兹力作用，洛伦兹力因与速度方向垂直，使速度的方向不断变化，因此洛伦兹力的方向使速度的方向不断变化，因此洛伦兹力的方向也在变化，即粒子受变力作用，故粒子不可能也在变化，即粒子受变力作用，故粒子不可能做匀变速运动做匀变速运动二

5、、电视机显像管的工作原理二、电视机显像管的工作原理1构造：如图构造：如图351所示，实际上是一个阴所示，实际上是一个阴极射线管和偏转线圈的组合阴极射线管内有极射线管和偏转线圈的组合阴极射线管内有_和和_2原理原理阴极发射阴极发射_，经过偏转，经过偏转线圈线圈(偏转线圈产生的磁场偏转线圈产生的磁场和电子运动方向垂直和电子运动方向垂直)电子受电子受_发生偏转，发生偏转，偏转后的电子打在荧光屏偏转后的电子打在荧光屏上，使荧光屏发光上，使荧光屏发光图图351电子枪电子枪荧光屏荧光屏电子电子洛伦兹力洛伦兹力3扫描扫描在电视机显像管的偏转区有两对线圈，叫做偏在电视机显像管的偏转区有两对线圈，叫做偏转线圈偏

6、转线圈中通入大小、方向按一定规转线圈偏转线圈中通入大小、方向按一定规律变化的电流，分别在竖直方向和水平方向产律变化的电流，分别在竖直方向和水平方向产生偏转磁场，其方向、强弱都在不断地变化，生偏转磁场，其方向、强弱都在不断地变化，因此电子束打在荧光屏上的光点就像图因此电子束打在荧光屏上的光点就像图352那样不断移动，这在电视技术中叫做扫描那样不断移动，这在电视技术中叫做扫描图图352一、对洛伦兹力方向的理解一、对洛伦兹力方向的理解1决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷的电性决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷的电性(正、负正、负)、速度方向、磁感应强度的方向当电荷、速度方向、磁感应强度的方向当电荷电

7、性一定时，其他两个因素中，如果只让一个因电性一定时，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两个因素相反，则洛伦兹力方向将不变2当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，由左手当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，由左手定则可知，洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，定则可知，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，即洛伦兹力垂直于又与电荷的运动方向垂直，即洛伦兹力垂直于v和和b两者所决定的平面两者所决定的平面3由于洛伦兹力的方向总是跟运动电荷的速度由于洛伦兹力的方向总是跟运动电荷的速度方

8、向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功，方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功，洛伦兹力只能改变电荷速度的方向，不能改变洛伦兹力只能改变电荷速度的方向，不能改变速度的大小速度的大小特别提醒：特别提醒：(1)判断负电荷在磁场中运动受洛伦判断负电荷在磁场中运动受洛伦兹力的方向，四指要指向负电荷运动的相反方兹力的方向，四指要指向负电荷运动的相反方向，也就是电流的方向向，也就是电流的方向(2)电荷运动的方向电荷运动的方向v和和b不一定垂直，但洛伦兹不一定垂直，但洛伦兹力一定垂直于磁感应强度力一定垂直于磁感应强度b和速度方向和速度方向v.即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1.如图如图

9、353所示，表示磁场所示，表示磁场b、电荷的速度、电荷的速度v和磁场对电荷作用力和磁场对电荷作用力f的方向之间的相互关系，的方向之间的相互关系，这四个图中画得正确的是这四个图中画得正确的是(其中其中b、f、v两两垂两两垂直直)()图图353解析：解析：选选bd.a中中f方向应竖直向下；方向应竖直向下；c中中f方向方向应水平向右应水平向右二、对洛伦兹力大小的理解二、对洛伦兹力大小的理解1公式推导公式推导图图3542洛伦兹力和安培力的区别与联系洛伦兹力和安培力的区别与联系(1)洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，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

10、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；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，但也不能认为安培力就简单地兹力的宏观表现，但也不能认为安培力就简单地等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和，一般等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和，一般只有当导体静止时才能这样认为；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紧密相关、不可分割可见安培力与洛伦兹力既有紧密相关、不可分割的必然联系，也有显著的区别的必然联系，

11、也有显著的区别3洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力洛伦兹力电场力电场力公式公式fqvb(vb)fqe受力条件受力条件(1)b0(2)v0，即运动电荷，即运动电荷(3)v与与b不平行不平行e0方向方向与与b、v方向垂直方向垂直与与e方向方向平行平行影响大小影响大小的因素的因素q、v、b及及v与与b的夹角的夹角q、e做功情况做功情况总不做功总不做功可以做功可以做功即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2.(2011年张家界高二检测年张家界高二检测)关于电场力与洛伦兹关于电场力与洛伦兹力，以下说法正确的是力，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

12、，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，也可能受到洛伦兹力而电荷静止在磁场中，也可能受到洛伦兹力b电场力对在电场中的电荷一定会做功，而电场力对在电场中的电荷一定会做功，而洛伦兹力对在磁场中的电荷却不会做功洛伦兹力对在磁场中的电荷却不会做功c电场力与洛伦兹力一样，受力方向都在电电场力与洛伦兹力一样，受力方向都在电场线和磁感线上场线和磁感线上d只有运动的电荷在磁场中才会受到洛伦兹只有运动的电荷在磁场中才会受到洛伦兹力的作用力的作用解析：解析：选选d.静止在磁场中的电荷不可能受到洛静止在磁场中的电荷不可能受到洛伦兹力，伦兹力，a错；尽管电场力对电荷可以做功，错；尽管电场力对电荷可以

13、做功，但如果电荷在电场中不动或沿等势面移动，电但如果电荷在电场中不动或沿等势面移动，电场力做功为零，场力做功为零，b错；洛伦兹力的方向与磁感错；洛伦兹力的方向与磁感线垂直，与运动方向垂直，线垂直，与运动方向垂直，c错只有错只有d是正确是正确的的三、带电粒子在复合场中的直线运动三、带电粒子在复合场中的直线运动1复合场一般包括重力场、电场和磁场三种场复合场一般包括重力场、电场和磁场三种场的任意两种场复合或三种场复合的任意两种场复合或三种场复合2带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路(1)正确进行受力分析，除重力、弹力、摩擦力正确进行受力分析，除重力、弹力、摩擦

14、力外要特别注意电场力和洛伦兹力的分析外要特别注意电场力和洛伦兹力的分析(2)确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合受力情况的结合(3)灵活选择不同的运动规律灵活选择不同的运动规律当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，粒子受力必然平衡，由平衡条件列方程求解粒子受力必然平衡，由平衡条件列方程求解对于临界问题，注意挖掘隐含条件对于临界问题，注意挖掘隐含条件特别提醒：特别提醒：(1)电子、质子、电子、质子、粒子等一般不计粒子等一般不计重力，带电小球、尘埃、液滴等带电颗粒一般重力，带电小球、尘埃、液滴等带电颗粒一般

15、要考虑重力的作用要考虑重力的作用(2)注意重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹注意重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力始终和运动方向垂直，永不做功的特点力始终和运动方向垂直，永不做功的特点即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3.在图在图355所示的匀强电场和匀强磁场共存所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内，电子可能沿水平方向向右做直线运的区域内，电子可能沿水平方向向右做直线运动的是动的是()图图355解析：解析：选选bc.电子必受与电场反向的电场力，当电子必受与电场反向的电场力，当其运动方向与磁场平行时不受洛伦兹力，当其其运动方向与磁场平行时不受洛伦兹力，当其运动方向与磁场垂

16、直时必受与磁场垂直的洛伦运动方向与磁场垂直时必受与磁场垂直的洛伦兹力电子做直线运动合力可能为零，若不为兹力电子做直线运动合力可能为零，若不为零则必与速度共线由此可判知，零则必与速度共线由此可判知，b、c正确正确课堂互动讲练课堂互动讲练洛伦兹力方向的判定及大小的计算洛伦兹力方向的判定及大小的计算在图在图356所示的各图中，匀强磁场的磁所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为感应强度均为b，带电粒子的速率均为，带电粒子的速率均为v，带电荷，带电荷量均为量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大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小，并指出洛伦兹力的方向图图356【思路点拨思路

17、点拨】应用左手定则判断洛伦兹力方应用左手定则判断洛伦兹力方向，根据公式向，根据公式fqvb求洛伦兹力的大小求洛伦兹力的大小【规律总结规律总结】(1)用左手定则判断洛伦兹力方用左手定则判断洛伦兹力方向时，要特别注意运动电荷的正负，四指应指向时，要特别注意运动电荷的正负，四指应指向正电荷运动的方向，或指向负电荷运动的反向正电荷运动的方向，或指向负电荷运动的反方向方向(2)计算洛伦兹力的大小时，应注意弄清计算洛伦兹力的大小时，应注意弄清v与磁与磁感应强度感应强度b的方向关系当的方向关系当vb时，洛伦兹力时，洛伦兹力fqvb；当；当vb时，时，f0；当；当v与与b成成角角(090)时，应将时，应将v(

18、或或b)进行分解取它们垂进行分解取它们垂直的分量计算直的分量计算变式训练变式训练1阴极射线管中粒子流向由左向右，阴极射线管中粒子流向由左向右，其上方放置一根通有如图其上方放置一根通有如图357所示电流的直所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则阴极射线将导线，导线与阴极射线管平行，则阴极射线将()a向上偏转向上偏转 b向下偏转向下偏转c向纸里偏转向纸里偏转 d向纸外偏转向纸外偏转图图357解析：解析：选选b.由安培定则，电流在其下方所产生由安培定则，电流在其下方所产生的磁场方向垂直纸面向里，由左手定则，电子的磁场方向垂直纸面向里，由左手定则，电子流所受洛伦兹力向下，故向下偏转，故选流所受洛伦

19、兹力向下，故向下偏转，故选b.磁场中带电粒子的平衡问题磁场中带电粒子的平衡问题质量为质量为m，带电量为，带电量为q的微粒，以速度的微粒，以速度v与水与水平方向成平方向成45角进入匀强电场和匀强磁场同时存角进入匀强电场和匀强磁场同时存在的空间，如图在的空间，如图358所示，微粒在电场、磁场、所示，微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动，求：重力场的共同作用下做匀速直线运动，求：(1)电场强度的大小，该带电粒子带何种电荷电场强度的大小，该带电粒子带何种电荷(2)磁感应强度的大小磁感应强度的大小图图358【思路点拨思路点拨】正确分析带电微粒的受力情况，正确分析带电微粒的受力情况，由平衡条

20、件列方程求解由平衡条件列方程求解【精讲精析精讲精析】(1)微粒做匀速直线运动，所受合微粒做匀速直线运动，所受合力必为零，微粒受重力力必为零，微粒受重力mg，电场力，电场力qe，洛伦兹，洛伦兹力力qvb，由此可知，微粒带正电，受力如图，由此可知，微粒带正电，受力如图359所示所示图图359【规律总结规律总结】(1)不论带电粒子在磁场外做什么运不论带电粒子在磁场外做什么运动，首先要确定其重力是否考虑一般情况下微观动，首先要确定其重力是否考虑一般情况下微观粒子如电子、质子、中子、粒子如电子、质子、中子、粒子等如无特殊说明均粒子等如无特殊说明均不计重力，宏观小带电体如无特殊说明需要考虑不计重力，宏观小

21、带电体如无特殊说明需要考虑(2)带电粒子在复合场带电粒子在复合场(电场、磁场、重力场中两个或电场、磁场、重力场中两个或三个共存三个共存)中的运动状态是否发生变化取决于其受的中的运动状态是否发生变化取决于其受的合力当带电粒子处于平衡状态时，所受外力满足合力当带电粒子处于平衡状态时，所受外力满足平衡条件，即所有力的合力为零此时可以利用共平衡条件，即所有力的合力为零此时可以利用共点力作用下物体的平衡条件列方程来解决当带电点力作用下物体的平衡条件列方程来解决当带电粒子运动状态粒子运动状态(速度速度)发生变化时，由于其所受洛伦兹发生变化时，由于其所受洛伦兹力也会随之变化，所以带电粒子的受力表现为动态力也

22、会随之变化，所以带电粒子的受力表现为动态变化变化变式训练变式训练2用绝缘细线悬挂一个质量为用绝缘细线悬挂一个质量为m、带、带电荷量为电荷量为q的小球，让它处于如图的小球，让它处于如图3510所所示的磁感应强度为示的磁感应强度为b的匀强磁场中由于磁场的匀强磁场中由于磁场的运动，小球静止在如图所示位置，这时悬线的运动，小球静止在如图所示位置，这时悬线与竖直方向的夹角为与竖直方向的夹角为，并被拉紧，则磁场运动，并被拉紧，则磁场运动的速度大小和方向是的速度大小和方向是()图图3510质量为质量为0.1 g的小物块，带有的小物块，带有5104 c的电的电荷量，放在倾角为荷量，放在倾角为30的绝缘光滑斜面

23、上，整个的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于斜面置于0.5 t的匀强磁场中，磁场方向如图的匀强磁场中，磁场方向如图3511所示，物块由静止开始下滑，滑到某一位置所示，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面时，物块开始离开斜面(设斜面足够长，设斜面足够长，g10 m/s2)，问：，问：带电体在匀强磁场中运动的动带电体在匀强磁场中运动的动态分析态分析图图3511(1)物块带电性质？物块带电性质？(2)物块离开斜面时的速度为多少？物块离开斜面时的速度为多少？(3)物块在斜面上滑行的最大距离是多少？物块在斜面上滑行的最大距离是多少？【思路点拨思路点拨】先判定洛伦兹力方向，再求离先判定洛伦兹力方

24、向，再求离开斜面的临界速度，最后由动能定理求物块位开斜面的临界速度，最后由动能定理求物块位移移【答案答案】(1)负电负电(2)3.46 m/s(3)1.2 m【规律总结规律总结】(1)洛伦兹力洛伦兹力fqvb与带电体的与带电体的速度速度v(大小、方向大小、方向)有关当带电体的速度发生有关当带电体的速度发生变化时，洛伦兹力也会发生改变因此带电体变化时，洛伦兹力也会发生改变因此带电体的受力情况往往是动态变化的的受力情况往往是动态变化的(2)正确地分析临界情景及对应的临界条件往往正确地分析临界情景及对应的临界条件往往是求解的关键是求解的关键变式训练变式训练3如图如图3513所示，质量为所示，质量为m的带正的带正电小球从静止开始沿竖直的绝缘墙竖直下滑磁电小球从静止开始沿竖直的绝缘墙竖直下滑磁感应强度为感应强度为b的匀强磁场方向水平垂直纸面向外，的匀强磁场方向水平垂直纸面向外，并与小球运动方向垂直若小球电荷量为并与小球运动方向垂直若小球电荷量为q，球与，球与墙间的动摩擦因数为墙间的动摩擦因数为，则小球下滑的最大速度和，则小球下滑的最大速度和最大加速度各多大？最大加速度各多大？图图3513如图如图3514是磁流体发电机的示意图，是磁流体发电机的示意图，两极板间的匀强磁场磁感应强度为两极板间的匀强磁场磁感应强度为b0.5 t，极板间距极