高中物理 运动电荷在磁场中受到的力课件 新人教版选修3-1(精品).ppt

5 5 运动电荷在磁场中受到的力运动电荷在磁场中受到的力1.1.知道什么是洛伦兹力，利用左手定则判知道什么是洛伦兹力，利用左手定则判断洛伦兹力的方向断洛伦兹力的方向.2.2.知道洛伦兹力公式的推理过程知道洛伦兹力公式的推理过程.3.3.掌握垂直进入磁场的带电粒子所受到洛伦兹力大小的计掌握垂直进入磁场的带电粒子所受到洛伦兹力大小的计算算.4 4.了解了解v v和和B B垂直时的洛伦兹力大小及方向的判断方法、理垂直时的洛伦兹力大小及方向的判断方法、理解洛伦兹力对电荷不做功解洛伦兹力对电荷不做功.5 5.了解电视显像管的工作原理了解电视显像管的工作原理.1.1.判断安培力的方向：判断安培力的方向：II2.2.安培力大小的一般计算方法：安培力大小的一般计算方法：FF复习复习F F安安BILsinBILsin（为为B B与与L L的夹角）的夹角）I推理与猜想：推理与猜想：磁场对运动电荷会有作用力吗？磁场对运动电荷会有作用力吗？洛洛伦伦兹兹力力（阴阴极极射射线线在在磁磁场场中中的的偏偏转转）磁磁场场对对运运动动电电荷荷的的作作用用洛伦兹（洛伦兹（1853185319281928）洛伦兹是荷兰物理学家、数洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，学家，18531853年年7 7月月1818日生于阿日生于阿纳姆纳姆.洛伦兹创立了经典电子洛伦兹创立了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，论，提出了洛伦兹变换公式，19021902年与其学生塞曼共同获得年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖.为纪念洛伦为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定兹的卓著功勋，荷兰政府决定从从19451945年起，把他的生日定为年起，把他的生日定为“洛伦兹节洛伦兹节”.安培力是磁场对电流的作用力安培力是磁场对电流的作用力.电流是电荷的定向移动形成的电流是电荷的定向移动形成的.洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力.磁场对电流的作用力的实质是磁场对运动电荷的磁场对电流的作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力作用力.洛伦兹力的方向可以用左手定则判定洛伦兹力的方向可以用左手定则判定 实验验证：实验验证：理论推导理论推导:猜想：猜想：猜想正确猜想正确.一、探究洛伦兹力的方向：一、探究洛伦兹力的方向：1.1.判断洛伦兹力的方向的方法：左手定则判断洛伦兹力的方向的方法：左手定则伸开左手，使大拇指和其余伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，若四指指向正电直穿过手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么大拇指所荷运动的方向，那么大拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向兹力的方向.vFvF若四指指向负电荷运动的若四指指向负电荷运动的反反方向方向，那么大拇指所指的方向，那么大拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方就是负电荷所受洛伦兹力的方向向.V VB BV Vv1v2V VB BB BF F+F FF F2.2.洛伦兹力洛伦兹力F F与与v v、B B三者之间的方向关系三者之间的方向关系+总结：洛伦兹力的方向：总结：洛伦兹力的方向：1.1.左手定则左手定则2.2.注意注意:（1 1）四指）四指指向电流的方向，即正电荷运动的方向或负指向电流的方向，即正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向电荷运动的反方向.（2 2）F F既与既与B B垂直又与垂直又与v v垂直，即垂直于垂直，即垂直于B B和和v v所决定的所决定的平面，但平面，但B B与与v v不一定垂直不一定垂直.试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的情况如何力的情况如何.v0二、洛伦兹力的大小二、洛伦兹力的大小类比类比 我们知道：当电我们知道：当电流方向跟磁场方向平行流方向跟磁场方向平行时安培力等于时安培力等于0.0.B B1.1.当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力最小最小F=0.F=0.想一想：想一想：如果带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重力）如果带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重力）,初速度初速度v v0 0跟磁感强度跟磁感强度B B的方向平行的方向平行,粒子将做什么运动？粒子将做什么运动？以初速度以初速度v v0 0做匀速直线运动做匀速直线运动2.2.当带电粒子的运动方向与磁场方向垂当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力直时，洛伦兹力F F最大最大.vqB实验表明：磁场越强（磁感应强度越大），实验表明：磁场越强（磁感应强度越大），电荷量越大，运动速度越快，电荷受到的洛电荷量越大，运动速度越快，电荷受到的洛伦兹力越大伦兹力越大.可见可见:当电荷运动方向跟磁场方向当电荷运动方向跟磁场方向垂直垂直时洛伦兹力的大小跟时洛伦兹力的大小跟三个因素相关：三个因素相关：磁感应强度磁感应强度B B 电荷量电荷量q q 电荷运动速度为电荷运动速度为 v v总结：总结：洛伦兹力：洛伦兹力：F=F=qvBqvB (v(v垂直垂直B B）V【想一想想一想】若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢兹力又如何呢？B1B2B V1V2三、探究洛伦兹力的表达式三、探究洛伦兹力的表达式设有一段长为设有一段长为L L，横截面积为，横截面积为S S的直导线，单位体积内的自由的直导线，单位体积内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，自由电荷定向移动，自由电荷定向移动的速率为的速率为v.v.这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B B的匀强磁场中，求的匀强磁场中，求（1 1）电流强度）电流强度I.I.（2 2）通电导线所受的安培力）通电导线所受的安培力.（3 3）这段导线内的自由电荷数）这段导线内的自由电荷数.（4 4）每个电荷所受的洛伦兹力）每个电荷所受的洛伦兹力.洛洛伦伦兹兹力力推推导导 F解：解：(1)(1)通电导线中的电流通电导线中的电流(2)(2)通电导线所受的安培力通电导线所受的安培力(3)(3)这段导线内的自由电荷数这段导线内的自由电荷数(4)(4)每个电荷所受的洛伦兹力每个电荷所受的洛伦兹力单位：单位：F(N)F(N)，q(Cq(C)，v(m/sv(m/s),B(T),B(T)Ivvvv(适用条件：速度方适用条件：速度方向与磁场方向垂直向与磁场方向垂直)1.1.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，洛伦兹力是安培力的微观表现微观表现.2.2.大小关系：大小关系：F F安安NFNF洛洛（N N是导体中的运动电荷数）是导体中的运动电荷数）3.3.方向关系：方向关系：F F安安与与F F洛洛方向相同方向相同4.F4.F安安与与F F洛洛的本质都是磁场对运动电荷的作用力的本质都是磁场对运动电荷的作用力四、洛伦兹力与安培力的关系四、洛伦兹力与安培力的关系洛洛伦伦兹兹力力与与安安培培力力五、洛伦兹力和电场力的区别五、洛伦兹力和电场力的区别2.2.大小：大小：F F电电Eq,FEq,F洛洛=Bqvsin(Bqvsin(为为B B与与V V的夹角的夹角).).1.1.电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其运动状态电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其运动状态无关；而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用，只有相无关；而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用磁场力作用.3.3.电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向；而电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向；而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向运动方向.4.4.电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运动除外），电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运动除外），而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功.主要构造主要构造:电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等六六、电视显像管的工作原理、电视显像管的工作原理2.2.要使电子打在要使电子打在A A点点,偏转磁场应偏转磁场应该沿什么方向该沿什么方向?垂直纸面向外垂直纸面向外【思考与讨论思考与讨论】1.1.要使电子打在要使电子打在O O点点,偏转磁场应偏转磁场应该沿什么方向该沿什么方向?不加偏转磁场不加偏转磁场3.3.要使电子打在要使电子打在B B点点,偏转磁场应该沿什么方向偏转磁场应该沿什么方向?垂直纸面向里垂直纸面向里4.4.要使电子从要使电子从A A点向点向B B点逐渐移动点逐渐移动,偏转磁场应该偏转磁场应该怎样变化？怎样变化？先垂直纸面向外并逐渐减小先垂直纸面向外并逐渐减小,后垂直纸面向里并逐渐后垂直纸面向里并逐渐增大增大.应用了电子束磁偏转的原理应用了电子束磁偏转的原理显显像像管管工工作作示示意意图图磁磁流流体体发发电电机机磁磁流流体体发发电电机机磁磁流流体体发发电电机机粒粒子子选选择择器器速速度度选选择择器器极光极光1.1.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v2.2.当一带正电当一带正电q q的粒子以速度的粒子以速度v v沿螺线管中轴线进入该通电沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则（螺线管，若不计重力，则（）A A带电粒子速度大小改变带电粒子速度大小改变B B带电粒子速度方向改变带电粒子速度方向改变C C带电粒子速度大小不变带电粒子速度大小不变D D带电粒子速度方向不变带电粒子速度方向不变CDCDBDBD3.3.电子以初速度电子以初速度v v垂直进入垂直进入磁感应强度磁感应强度为为B B的匀强磁场的匀强磁场中中,则则()()A.A.磁场对电子的作用力始终不变磁场对电子的作用力始终不变B.B.磁场对电子的作用力始终不做功磁场对电子的作用力始终不做功C.C.电子的速度始终不变电子的速度始终不变D.D.电子的动能始终不变电子的动能始终不变4.4.电荷量为电荷量为q q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的是的是()()A A只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B B如果把如果把q q改为改为-q-q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小方向不变力的大小方向不变C C洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直定与电荷运动方向垂直D D粒子的速度一定变化粒子的速度一定变化B B5.5.如图所示，一个带正电如图所示，一个带正电q q的带电体处于垂直纸面向里的的带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场匀强磁场B B中，带电体的质量为中，带电体的质量为m.m.为了使带电体对水平的为了使带电体对水平的绝缘面恰好没有正压力，则应该（绝缘面恰好没有正压力，则应该（）A.A.将磁感应强度将磁感应强度B B的值增大的值增大B.B.将磁场以速率将磁场以速率v=mgv=mgqBqB向上运动向上运动C.C.将磁场以速率将磁场以速率v=mgv=mgqBqB向右运动向右运动D.D.将磁场以速率将磁场以速率v=mgv=mgqBqB向左运动向左运动C C6.6.来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将间时，将()()A A竖直向下沿直线射向地面竖直向下沿直线射向地面B B相对于预定点稍向东偏转相对于预定点稍向东偏转C C相对于预定点稍向西偏转相对于预定点稍向西偏转D D相对于预定点稍向北偏转相对于预定点稍向北偏转B Bv【解析解析】由题意知由题意知v v垂直垂直B,B,由洛伦兹力公式得：由洛伦兹力公式得：F F洛洛=qvBqvB =1.6010 =1.6010-19-193103106 60.10N0.10N =4.810 =4.810-14-14 N N7.7.电子的速率电子的速率v=3v=310106 6 m/sm/s，垂直射入，垂直射入B=0.10 TB=0.10 T的匀强的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？1.1.定义：定义：磁场对运动电荷的作用力，叫做洛伦兹力磁场对运动电荷的作用力，叫做洛伦兹力.2.2.方向：方向：由左手定则判断由左手定则判断（1 1）洛伦兹力）洛伦兹力F F一定和一定和B B、v v决定的平面垂直决定的平面垂直.（2 2）洛伦兹力只改变速度的方向而不改变其大小）洛伦兹力只改变速度的方向而不改变其大小.（3 3）洛伦兹力永远不做功）洛伦兹力永远不做功.3.3.洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小：（1 1）当）当v平行于平行于B B时：时：（2 2）当）当v垂直于垂直于B B时：时：F=F=q qvB BF F=0=04.4.电视机显像管的工作原理电视机显像管的工作原理为为B B与与v v之间夹角之间夹角