高二物理人教选修31配套课件第三章第6讲运动电荷在磁场中受到的力

1、第6讲运动电荷在磁场中受到的力,目标定位 1.知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向. 2.掌握洛伦兹力公式的推导过程，会计算洛伦兹力的大小. 3.知道电视显像管的基本构造及工作的基本原理.,预习导学 梳理识记点拨,一、洛伦兹力 1.洛伦兹力 (1)定义： 在磁场中受到的力. (2)与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的 ，而洛伦兹力是安培力的微观本质.,运动电荷,宏观表现,2.洛伦兹力的方向 (1)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，并使四指指向_ ，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受_ 的方向.

2、负电荷受力的方向与正电荷受力的方向 . (2)特点：FB，Fv，即F垂直于 决定的平面.,磁感线,正电荷运动的方,向,洛伦,兹力,相反,B和v,3.洛伦兹力的大小 (1)当vB时：F . (2)当vB时：F0. (3)当v与B成角时：F_.,qvBsin ,qvB,想一想当入射粒子为负电荷时，如何使用左手定则判断洛伦兹力的方向？ 答案当入射粒子为负电荷时，我们使四指指向负电荷运动的反方向，此时拇指的指向就是负电荷所受洛伦兹力的方向.,二、电视显像管的工作原理 1.构造：如图1所示，电视显像管由电子枪、 和荧光屏组成. 2.原理：电视显像管应用了电子束 的 原理.,偏转线圈,图1,磁偏转,想一想

3、显像管工作时，电子束是依次扫描荧光屏上各点，但是我们为什么觉察不到荧光屏的闪烁？ 答案电视机中的电子束每秒要进行50场扫描，由于视觉暂留的效果，所以我们感觉到整个荧光屏都在发光而不是闪烁.,课堂讲义 理解深化探究,一、洛伦兹力的方向 1.FB，Fv，F垂直于B、v共同确定的平面，但B与v不一定垂直. 2.洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化.但无论怎么变化，洛伦兹力都与运动方向垂直，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小.,例1如下图所示的磁感应强度B、电荷的运动速度v和磁场对电荷的作用力F的相互关系图中，画得正确的是(其中B、F、v两两垂直)(),解析由于B、F

4、、v两两垂直，根据左手定则得：A、B、D选项中电荷所受的洛伦兹力都与图示F的方向相反，故A、B、D错误，C正确. 答案C,借题发挥 确定洛伦兹力的方向还需明确运动电荷的电性，特别注意负电荷的运动方向与左手四指的指向应相反.,二、洛伦兹力的大小 1.洛伦兹力的大小：FqvBsin ，为电荷的运动方向与磁感应强度方向的夹角. (1)当电荷运动方向与磁场方向垂直时：FqvB； (2)当电荷运动方向与磁场方向平行时：F0； (3)当电荷在磁场中静止时：F0.,2.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

5、电荷不做功，但安培力却可以对导体做功.,例2在图2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.,图2,解析(1)因vB，所以F qvB，方向与v垂直指向左上方. (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，vvsin 30，FqvBsin 30 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，FqvB，方向与v垂直指向左上方.,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

6、 借题发挥确定洛伦兹力的大小时需明确v与B的夹角.,例3在下列各图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动的是(),BC,三、洛伦兹力作用下的带电体的运动 分析带电体在磁场中的受力运动问题，与力学方法相似：首先要受力分析，然后根据运动状态，选择恰当的物理规律.,例4一个质量m0.1 g的小滑块，带有q5 104 C的电荷量，放置在倾角30的光滑 斜面上(绝缘)，斜面固定且置于B0.5 T的匀 强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图3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10 m/s2).求： (1)小滑块带何种电荷？

7、(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度为多大？ (3)该斜面长度至少为多长？(计算结果保留两位有效数字),图3,解析(1)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)小滑块沿斜面下滑的过程中，垂直于斜面的加速度为零时，由平衡条件得FFNmgcos ，当支持力FN0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FqvmaxB，,答案(1)负电荷(2)3.5 m/s(3)1.2 m,借题发挥 (1)物体在磁场或电场中运动的分析方法和分析力学的

8、方法一样，只是比力学多了洛伦兹力或静电力. (2)对粒子受力分析求合力，若合力为零，粒子做匀速直线运动；若合力不为零，粒子做变速直线运动，再根据牛顿第二定律分析粒子速度变化情况.,对点练习 巩固应用反馈,洛伦兹力的方向 1.在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上方放置一根通有如图4所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则电子将() A.向上偏转 B.向下偏转 C.向纸里偏转 D.向纸外偏转,图4,解析由题图可知，直导线电流的方向由左向右，根据安培定则，可判定直导线下方的磁场方向为垂直于纸面向里，而电子运动方向由左向右，由左手定则知(电子带负电荷，四指要指向电子运动方向的反方向)，电子将向下偏

9、转，故B选项正确. 答案B,洛伦兹力的大小 2.如图5所示，带负电荷的摆球在一匀强磁场中 摆动.匀强磁场的方向垂直纸面向里.摆球在A、 B间摆动过程中，由A摆到最低点C时，摆线拉 力大小为F1，摆球加速度大小为a1；由B摆到最 低点C时，摆线拉力大小为F2，摆球加速度大小为a2，则() A.F1F2，a1a2 B.F1F2，a1a2 C.F1F2，a1a2 D.F1F2，a1a2,图5,解析由于洛伦兹力不做功，所以摆球从B到达C 点的速度和从A到达C点的速度大小相等. 由a 可得a1a2. 当由A运动到C时，以摆球为研究对象，对摆球进行受力 分析如图甲所示，F1qvBmgma1. 当由B运动到

10、C时，对摆球受力分析如图乙所示， F2qvBmgma2. 由以上两式可得：F2F1，故B正确.,洛伦兹力的综合应用 3.在两平行金属板间，有如图6所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场.粒子(带正电)以速度v0从两极板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，恰好能沿直线匀速通过.供下列各小题选择的答案有： A.不偏转B.向上偏转 C.向下偏转D.向纸内或纸外偏转,图6,(1)若质子(带正电)以速度v0从两极板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将_. (2)若电子以速度v0从两极板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，电子将_. (3)若质子以大于v0的速度，沿垂直于电场方向和磁场方向从两极板正中央射入，质子将_. (4)若增大匀强磁场的磁感应强度,其他条件不变,电子以速度v0沿垂直于电场和磁场的方向,从两极板正中央射入时,电子将_.,解析设带电粒子的质量为m，带电荷量为q，匀强电场的电场强度为E、匀强磁场的磁感应强度为B. 带电粒子以速度v0垂直射入互相正交的匀强电场和匀强磁场中时，若粒子带正电荷，则所受电场力方向向下，大小为qE；所受洛伦兹力方向向上，大小为qv0B. 沿直线匀速通过时，显然有qv0BqE，v0 ，即沿直线匀速通过时，带电粒子的速度与其质量、电荷量无关.,如果粒子带负电荷，电场力方向向上，洛伦兹力方向向下，上述结论仍然成立.所以，(1)(2)两小题应选