人教版高中物理选修3-1《3.5节运动电荷在磁场中受到的力》精品课件(共20张PPT) (2).ppt

人教版高中物理人教版高中物理选修修3-13.5节运运动电荷在磁荷在磁场中受到的力精品中受到的力精品课件件(共共20张PPT)选修3-1第三章 磁场 N N S S显示电场线闭合开关1 1、安培力的定义：、安培力的定义：磁场对通电导线的作用力磁场对通电导线的作用力 方向的判断：方向的判断：左手定则左手定则 大小的计算：大小的计算：F FILBsinILBsin回顾复习：回顾复习：磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流是电磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流是电磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流是电磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流是电荷的定向运动形成的，由此你想到了什么？荷的定向运动形成的，由此你想到了什么？荷的定向运动形成的，由此你想到了什么？荷的定向运动形成的，由此你想到了什么？【猜想猜想】磁场可能对运动电荷有力的作用。磁场可能对运动电荷有力的作用。导体中的电流是由电荷的导体中的电流是由电荷的定向移动定向移动产生的产生的2、电流是如何形成的？电流是如何形成的？思考与讨论：在这个实验当中观察到了什么现象？思考与讨论：在这个实验当中观察到了什么现象？根据这个现象能得出什么结论？根据这个现象能得出什么结论？演演示示：阴阴极极射射线线在在磁磁场场中中的的偏偏转转探究一探究一:磁场是否对运动电荷也有作用力呢磁场是否对运动电荷也有作用力呢?实验现象：实验现象：实验结论：实验结论：阴极射线管中的电子束在磁场中发生偏阴极射线管中的电子束在磁场中发生偏转，磁场对运动电荷确实存在作用力转，磁场对运动电荷确实存在作用力 实验现象实验现象实验现象实验现象：没有加磁场时，电子束直线前进；：没有加磁场时，电子束直线前进；：没有加磁场时，电子束直线前进；：没有加磁场时，电子束直线前进；加了磁场后，电子束的运动径迹发生弯曲。加了磁场后，电子束的运动径迹发生弯曲。加了磁场后，电子束的运动径迹发生弯曲。加了磁场后，电子束的运动径迹发生弯曲。洛伦兹力洛伦兹力安培力是洛伦兹力的宏观表现，安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观表现洛伦兹力是安培力的微观表现.洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力(Lorentz forceLorentz forceLorentz forceLorentz force)1 1 1 1、定义定义定义定义：运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷在磁场中受到的作用力在磁场中受到的作用力在磁场中受到的作用力在磁场中受到的作用力2.2.2.2.洛伦兹力与洛伦兹力与洛伦兹力与洛伦兹力与安培力的关系安培力的关系安培力的关系安培力的关系探究二探究二:我们用左手定则判定安培力的方向，我们用左手定则判定安培力的方向，能不能用类似的方法判定运动电荷（电子束）能不能用类似的方法判定运动电荷（电子束）的受力方向呢？的受力方向呢？洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向伸开伸开伸开伸开左手左手左手左手：磁感线磁感线磁感线磁感线垂直穿入手心垂直穿入手心垂直穿入手心垂直穿入手心四指四指四指四指大拇指大拇指大拇指大拇指 所受洛伦兹力的方向所受洛伦兹力的方向所受洛伦兹力的方向所受洛伦兹力的方向指向指向指向指向正电荷正电荷正电荷正电荷的运动方向的运动方向的运动方向的运动方向指向指向指向指向负电荷负电荷负电荷负电荷运动的反向运动的反向运动的反向运动的反向 实验结论实验结论实验结论实验结论：洛伦兹力的方向既：洛伦兹力的方向既：洛伦兹力的方向既：洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直跟磁场方向垂直跟磁场方向垂直跟磁场方向垂直F F F FB B B B，又跟电方荷，又跟电方荷，又跟电方荷，又跟电方荷的运动方向垂直的运动方向垂直的运动方向垂直的运动方向垂直F F F Fv v，故洛伦兹力，故洛伦兹力，故洛伦兹力，故洛伦兹力的方向总是垂直于磁感线和运动电的方向总是垂直于磁感线和运动电的方向总是垂直于磁感线和运动电的方向总是垂直于磁感线和运动电荷所在的平面，即：荷所在的平面，即：荷所在的平面，即：荷所在的平面，即：F F F F安安安安B B B Bv v平面平面平面平面vFvF左手定则左手定则洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向伸开伸开伸开伸开左手左手左手左手：磁感线磁感线磁感线磁感线垂直穿入手心垂直穿入手心垂直穿入手心垂直穿入手心四指四指四指四指大拇指大拇指大拇指大拇指 所受洛伦兹力的方向所受洛伦兹力的方向所受洛伦兹力的方向所受洛伦兹力的方向指向指向指向指向正电荷正电荷正电荷正电荷的运动方向的运动方向的运动方向的运动方向指向指向指向指向负电荷负电荷负电荷负电荷运动的反向运动的反向运动的反向运动的反向 实验结论实验结论实验结论实验结论：洛伦兹力的方向既：洛伦兹力的方向既：洛伦兹力的方向既：洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直跟磁场方向垂直跟磁场方向垂直跟磁场方向垂直F F F FB B B B，又跟电方荷，又跟电方荷，又跟电方荷，又跟电方荷的运动方向垂直的运动方向垂直的运动方向垂直的运动方向垂直F F F Fv v，故洛伦兹力，故洛伦兹力，故洛伦兹力，故洛伦兹力的方向总是垂直于磁感线和运动电的方向总是垂直于磁感线和运动电的方向总是垂直于磁感线和运动电的方向总是垂直于磁感线和运动电荷所在的平面，即：荷所在的平面，即：荷所在的平面，即：荷所在的平面，即：F F F F安安安安B B B Bv v平面平面平面平面vF左手定则左手定则vF1.1.试判断下列图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向试判断下列图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向.带电粒带电粒子的电性或带电粒子的运动方向子的电性或带电粒子的运动方向.vFFvvF粒子垂直于纸粒子垂直于纸面向里运动面向里运动所受洛伦兹力垂所受洛伦兹力垂直于纸面向外直于纸面向外v 如图所示，设有一段长度为如图所示，设有一段长度为L L，横截面，横截面积为积为S S的导线，导线单位体积内含有的自由的导线，导线单位体积内含有的自由电荷数为电荷数为n n，每个自由电荷的电荷量为，每个自由电荷的电荷量为q q，定，定向移动速率为向移动速率为v v，将这段通电导线垂直磁场，将这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为方向放入磁感应强度为B B的磁场中。的磁场中。探究三：洛伦兹力的大小探究三：洛伦兹力的大小安培力为安培力为F F安安=B=BI IL L电流的微观表达式为电流的微观表达式为设导线中共有设导线中共有N N个自由电子个自由电子N=nsLN=nsL 总电荷量总电荷量 Q=Nq=nqsLQ=Nq=nqsL每个电子受的磁场力为每个电子受的磁场力为F F洛洛 =F=F安安/N=BIL/N/N=BIL/N 故可得故可得F F洛洛=q=qvB B t=L/v I t=L/v I=Q/t=nqs=Q/t=nqsv(条件是条件是vBB)洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小洛仑兹力的特点洛仑兹力的特点洛仑兹力的特点洛仑兹力的特点1 1 1 1、洛伦兹力的大小：、洛伦兹力的大小：、洛伦兹力的大小：、洛伦兹力的大小：vBB，F F洛洛=0=0；vBB，F F洛洛=q=qvB B2 2 2 2、洛伦兹力的方向：左手定则、洛伦兹力的方向：左手定则、洛伦兹力的方向：左手定则、洛伦兹力的方向：左手定则F F洛洛B BF F洛洛vF F洛洛vB B平面平面3 3 3 3、洛伦兹力的效果：只改变运动电荷速度的方、洛伦兹力的效果：只改变运动电荷速度的方、洛伦兹力的效果：只改变运动电荷速度的方、洛伦兹力的效果：只改变运动电荷速度的方向，不改变运动电荷速度的大小。向，不改变运动电荷速度的大小。向，不改变运动电荷速度的大小。向，不改变运动电荷速度的大小。重要结论：洛伦兹力永远不做功！重要结论：洛伦兹力永远不做功！v与与B B成成时时，F F洛洛=q=qvBsinBsinv vv v四四四四.应用：电视显像管的工作原理应用：电视显像管的工作原理应用：电视显像管的工作原理应用：电视显像管的工作原理 电视显像管应用了电视显像管应用了电子束在磁场中的偏电子束在磁场中的偏转转原理。电子束射向荧光屏就能发光，一束原理。电子束射向荧光屏就能发光，一束电子束只能使荧光屏上的一个点发光，而通电子束只能使荧光屏上的一个点发光，而通过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整个荧光过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整个荧光屏发光。屏发光。思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论 如图所示，电视显像管中，要使电子束如图所示，电视显像管中，要使电子束从从B逐渐向逐渐向A点扫描，必须加一个怎样变化的点扫描，必须加一个怎样变化的偏转磁场？偏转磁场？荧光屏中点荧光屏中点荧光屏中点荧光屏中点O O O O的下的下的下的下方，应加一垂直向内方，应加一垂直向内方，应加一垂直向内方，应加一垂直向内的磁场，且越下方磁的磁场，且越下方磁的磁场，且越下方磁的磁场，且越下方磁场越强，而在场越强，而在场越强，而在场越强，而在O O O O点的上点的上点的上点的上方，应加一垂直向外方，应加一垂直向外方，应加一垂直向外方，应加一垂直向外的磁场，且越上方的的磁场，且越上方的的磁场，且越上方的的磁场，且越上方的磁场越强。磁场越强。磁场越强。磁场越强。电视显像管中的扫描电视显像管中的扫描电视显像管中的扫描电视显像管中的扫描 在电视显像管的偏转区在电视显像管的偏转区在电视显像管的偏转区在电视显像管的偏转区中存在水平方向和竖直方向中存在水平方向和竖直方向中存在水平方向和竖直方向中存在水平方向和竖直方向强弱和方向都在不断变化的强弱和方向都在不断变化的强弱和方向都在不断变化的强弱和方向都在不断变化的偏转磁场，于是，电子枪发偏转磁场，于是，电子枪发偏转磁场，于是，电子枪发偏转磁场，于是，电子枪发出的电子束在荧光屏上的发出的电子束在荧光屏上的发出的电子束在荧光屏上的发出的电子束在荧光屏上的发光点不断移动，对图像进行光点不断移动，对图像进行光点不断移动，对图像进行光点不断移动，对图像进行扫描，扫描的路线如图所示，扫描，扫描的路线如图所示，扫描，扫描的路线如图所示，扫描，扫描的路线如图所示，从从从从a a a a开始，逐行进行，直到开始，逐行进行，直到开始，逐行进行，直到开始，逐行进行，直到b b b b，且每秒要进行，且每秒要进行，且每秒要进行，且每秒要进行50505050场扫描，场扫描，场扫描，场扫描，结果，我们就感觉到荧光屏结果，我们就感觉到荧光屏结果，我们就感觉到荧光屏结果，我们就感觉到荧光屏上整个都发光了。上整个都发光了。上整个都发光了。上整个都发光了。应用应用:太阳磁暴太阳磁暴地磁场的磁层分布图地磁场的磁层分布图宇宙射线宇宙射线宇宙射线宇宙射线 从太阳或其他星体上，从太阳或其他星体上，从太阳或其他星体上，从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流时刻都有大量的高能粒子流时刻都有大量的高能粒子流时刻都有大量的高能粒子流放出，称为放出，称为放出，称为放出，称为宇宙射线宇宙射线宇宙射线宇宙射线。这些。这些。这些。这些高能粒子流若都到达地球，高能粒子流若都到达地球，高能粒子流若都到达地球，高能粒子流若都到达地球，将对地球上的生物带来危害。将对地球上的生物带来危害。将对地球上的生物带来危害。将对地球上的生物带来危害。但由于地球周围存在磁场，但由于地球周围存在磁场，但由于地球周围存在磁场，但由于地球周围存在磁场，在洛伦兹力的作用下，改变在洛伦兹力的作用下，改变在洛伦兹力的作用下，改变在洛伦兹力的作用下，改变了宇宙射线中带电粒子的运了宇宙射线中带电粒子的运了宇宙射线中带电粒子的运了宇宙射线中带电粒子的运动方向，从而对宇宙射线起动方向，从而对宇宙射线起动方向，从而对宇宙射线起动方向，从而对宇宙射线起了一定的阻挡作用。了一定的阻挡作用。了一定的阻挡作用。了一定的阻挡作用。f f、B B、v v方向关系示意图方向关系示意图粒子带正电粒子带正电 课堂小结课堂小结 1 1概念：磁场对概念：磁场对运动运动电荷的作用力，称做洛仑力。电荷的作用力，称做洛仑力。2.2.方向：由方向：由“左手定则左手定则”判断判断3.3.大小大小:当当 vB 时时 f=qvB当当 vB 时时 f=04.4.特点特点:fv Wf =0 当当v与与B之间有一定夹角之间有一定夹角时，时，f=q v B sin vsin+vB汇报结束谢谢大家!请各位批评指正