高中物理 第3章 磁场 3.5 磁场对运动电荷的作用力课件 新人教选修31.ppt

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1、第三章第三章 磁磁 场场 第五节第五节 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用力力2021/8/11星期三1【思考思考】电视机显像管电视机显像管中的电子只是细细的一中的电子只是细细的一束，为什么能使整个屏束，为什么能使整个屏幕发光？幕发光？【思考思考】从宇宙深处射来的带电粒子为什么从宇宙深处射来的带电粒子为什么只在地球的两极引起极光？只在地球的两极引起极光？2021/8/11星期三2瑞典斯特哥瑞典斯特哥尔摩的极光摩的极光美国阿拉斯加州的极光美国阿拉斯加州的极光北极极光北极极光德国下德国下萨可森州极光可森州极光南极极光南极极光冰冰岛的极光的极光2021/8/11星期三31 1、判断安培力的方向

2、：、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一、复习一、复习2021/8/11星期三4思考：思考：1 1、磁场对电流有力的作用，、磁场对电流有力的作用，2 2、电流是由电荷的定向形成的，由、电流是由电荷的定向形成的，由此我们是否可以设想这个力其实是作此我们是否可以设想这个力其实是作用在电荷上的？用在电荷上的？2021/8/11星期三5运动电荷在磁场中会受到作用力吗？运动电荷在磁场中会受到作用力吗？I推理与猜想推理与猜想2021/8/11星期三6洛伦兹（洛伦兹（1853192818531928）洛伦兹是荷兰物理洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，学家、数

3、学家，18531853年年7 7月月1818日生于阿纳姆。日生于阿纳姆。洛伦兹创立了经典电子洛伦兹创立了经典电子论，提出了洛伦兹变换论，提出了洛伦兹变换公式，公式，19021902年与其学生年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物塞曼共同获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹理学奖。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府的卓著功勋，荷兰政府决定从决定从19451945年起，把他年起，把他的生日定为的生日定为“洛伦兹节洛伦兹节”。2021/8/11星期三7演示：阴极射线在磁场中的偏转演示：阴极射线在磁场中的偏转1 1、没有磁场时，接通高压电源可以观察到什么现象。、没有磁场时，接通高压电源可以观察到什么现象。2 2、光

4、束实质上是什么？、光束实质上是什么？3 3、若在电子束的路径上加磁场，可以观察到什么现象？、若在电子束的路径上加磁场，可以观察到什么现象？4 4、改变磁场的方向，通过观查从而判断运动的电子在各个方、改变磁场的方向，通过观查从而判断运动的电子在各个方向磁场中的受力方向。向磁场中的受力方向。2021/8/11星期三8【实验现象实验现象】在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。迹发生了弯曲。【实验结论实验结论】磁场对运动电荷有力的作用。磁场对运动电荷有力的作用。磁场对运动电荷的作用力

5、叫做磁场对运动电荷的作用力叫做 洛伦兹力洛伦兹力2021/8/11星期三9二、探究洛伦兹力的方向：二、探究洛伦兹力的方向：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实质是磁场对运磁场对电流的作用力实质是磁场对运 动电动电荷的作用力荷的作用力洛伦兹力的方向可以用洛伦兹力的方向可以用 左手定则判定左手定则判定 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2021/8/11星期三10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

6、的方向-左手定则左手定则左手定则左手定则vv1 1 1 1、伸开左手，使大拇指和其余四、伸开左手，使大拇指和其余四、伸开左手，使大拇指和其余四、伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放指垂直且处于同一平面内，把手放指垂直且处于同一平面内，把手放指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，若四指指向正电荷运动的方向，那若四指指向正电荷运动的方向，那若四指指向正电荷运动的方向，那若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就使正电荷所受么拇指所指的方向就使正电荷所受么

7、拇指所指的方向就使正电荷所受么拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向。洛伦兹力的方向。洛伦兹力的方向。洛伦兹力的方向。2 2 2 2、若四指指向负电荷运动的反方、若四指指向负电荷运动的反方、若四指指向负电荷运动的反方、若四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电向，那么拇指所指的方向就是负电向，那么拇指所指的方向就是负电向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。荷所受洛伦兹力的方向。荷所受洛伦兹力的方向。荷所受洛伦兹力的方向。ff2021/8/11星期三11vvBvff垂直纸面向外垂直纸面向外 试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力试判断下图中的带电粒子刚进

8、入磁场时所受的洛伦兹力的方向的方向 1 1、可见：以相同速度进入同一磁场的正负电荷受到的洛、可见：以相同速度进入同一磁场的正负电荷受到的洛伦兹力方向相反。伦兹力方向相反。2 2、安培力方向由左手定则判断。我们知道安培力的方向既、安培力方向由左手定则判断。我们知道安培力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电流方向，同样也用左手定则垂直于磁场方向，又垂直于电流方向，同样也用左手定则判断洛伦兹力判断洛伦兹力f f的方向也既垂直于磁场的方向也既垂直于磁场B B的方向又垂直于电的方向又垂直于电荷运动速度荷运动速度v v的方向的方向练一练：练一练：2021/8/11星期三12练一练：练一练：试判断各图中带电粒

9、子受洛伦兹力的方向，或带电粒试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向，或带电粒子的电性、或带点粒子的运动方向。子的电性、或带点粒子的运动方向。vffvv洛伦兹力方向垂直纸面向里洛伦兹力方向垂直纸面向外v2021/8/11星期三13试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力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？的情况如何？的情况如何？的情况如何？v01 1 1 1、当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，洛伦、当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，洛伦、当带电粒子的运动方向与磁场

10、方向平行时，洛伦、当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力最小兹力最小兹力最小兹力最小-f=0-f=0-f=0-f=0。想一想：如果带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重力）想一想：如果带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重力）想一想：如果带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重力）想一想：如果带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重力）,初速初速初速初速度度度度vovovovo跟磁感强度跟磁感强度跟磁感强度跟磁感强度B B B B的方向平行的方向平行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？粒子将做什么运动？粒子将做什么运动？以初速度以初速度v0v0做匀速直线运动做匀速直线运动三、洛伦兹力

11、的大小三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小类比：我们知类比：我们知道：当电流方道：当电流方向跟磁场方向向跟磁场方向平行时安培力平行时安培力等于等于0。2021/8/11星期三142 2、当带电粒子的运动方向与磁场方、当带电粒子的运动方向与磁场方、当带电粒子的运动方向与磁场方、当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力向垂直时，洛伦兹力向垂直时，洛伦兹力向垂直时，洛伦兹力f f最大；最大；最大；最大；vqB实验表明：磁场越强（磁感强度越大）实验表明：磁场越强（磁感强度越大）实验表明：磁场越强（磁感强度越大）实验表明：磁场越强（磁感强度越大）、电荷量越大、运动速度越快，电荷、

12、电荷量越大、运动速度越快，电荷、电荷量越大、运动速度越快，电荷、电荷量越大、运动速度越快，电荷受到的洛伦兹力越大；受到的洛伦兹力越大；受到的洛伦兹力越大；受到的洛伦兹力越大；三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小可见可见可见可见:当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力的大小跟当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力的大小跟当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力的大小跟当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力的大小跟三个因素相关：磁感应强度三个因素相关：磁感应强度三个因素相关：磁感应强度三个因素相关：磁感应强度B B 电荷量电荷量电荷量电荷量q q 电荷运动快慢电荷

13、运动快慢电荷运动快慢电荷运动快慢 v v总结：洛仑兹力：总结：洛仑兹力：f=qVB (V垂直垂直B）2021/8/11星期三15V想一想若此电子不垂直射入磁场，想一想若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢电子受到的洛伦兹力又如何呢？B1B22021/8/11星期三16四、探究洛伦兹力的表达式：四、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，单位体积内的直导线，单位体积内的自由电荷数为的自由电荷数为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，自由电荷定向移动的速率为定向移动的速率为v v。这段通电导线垂直磁场

14、方向放入磁。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为感应强度为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。2021/8/11星期三17如果通电导线不和磁场方向垂直，怎么办？如果通电导线不和磁场方向垂直，怎么办？(适用条件：速度方向与磁场方向垂直适用条件：速度方向与磁场方向垂直)速度速度v v与磁场与磁场B B的方向夹角为的方向夹角为时时I=nqsvF F安安ILBILB（nqsvnqsv）L

15、BLB总电荷数：总电荷数：nsLnsLF F洛洛VBVB2021/8/11星期三18V 问题若此电子不垂直射入磁场，问题若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢电子受到的洛伦兹力又如何呢？洛伦兹力：洛伦兹力：F=qVB (VF=qVB (V垂直垂直B B）B1B22021/8/11星期三191.1.安培力是洛伦兹力的集体表现，洛伦兹力是安安培力是洛伦兹力的集体表现，洛伦兹力是安培力微观表现。培力微观表现。2.2.大小关系：大小关系：F F安安NFNF洛（洛（N N是导体中运动的电荷是导体中运动的电荷数）数）3.3.方向关系：方向关系：F F安与安与F F洛方向相同洛方向相同4.F4.

16、F安与安与F F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力洛本质都是磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力与安培力的关系：洛伦兹力与安培力的关系：2021/8/11星期三20洛伦兹力和电场力的区别：洛伦兹力和电场力的区别：1.1.电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其运动状态无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，只有相对于关；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磁场力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。作用。2.2.大小：大小：F F电电Eq,FEq,F洛洛=Bqvsin=Bqvsin。

17、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。2021/8/11星期三211 1、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沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则电螺线管，

18、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。CD练一练：练一练：2021/8/11星期三22 2、摆长为L的单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线始终绷紧，若摆球带正电，电量为q，质量为m，磁感应强度为B，当小球从最高处摆到最低处，摆线上拉力T多大？解析：解析：摆球在运动中洛伦兹力不做功，由动能摆球在运动中洛伦兹力不做功，由动能定理得：定理得：2021/8/11星期三23 摆球在最低点时的速度方向不同，洛伦兹力方向不同，绳受到的拉

19、力大小不同 1.当摆球向右摆时，当摆球向右摆时，2。当摆球向左摆时，。当摆球向左摆时，2021/8/11星期三24例题：质量质量m=0.110-3kgm=0.110-3kg的小物块，带有电量为的小物块，带有电量为 q=510-4Cq=510-4C的正电荷，放在斜面上，斜面的倾角的正电荷，放在斜面上，斜面的倾角=30=30，物块与斜面间的动摩擦因数，物块与斜面间的动摩擦因数=0.4=0.4。设整个斜面放在匀。设整个斜面放在匀强磁场中，强磁场中，B=0.5TB=0.5T，方向如图，若斜面足够长，问：，方向如图，若斜面足够长，问：（1 1）物块下滑时，能达到的最大速率为多少？）物块下滑时，能达到的最

20、大速率为多少？（2 2）如果将磁场反向，其他条件不变，物块下滑时将发生）如果将磁场反向，其他条件不变，物块下滑时将发生什么情况？什么情况？2021/8/11星期三25五 电视显像管的工作原理主要构造: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2021/8/11星期三26【思考与思考与讨论】1 1若要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上若要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的点，偏转磁场应该沿什么方向？的点，偏转磁场应该沿什么方向？五 电视显像管的工作原理2 2若要使电子束打在点，磁场应该沿什么方向？若要使电子束打在点，磁场应该沿什么方向？3 3若要使电子束打在荧光屏上的位置由逐渐向点若要使电子束打在荧光屏上的位置由逐渐向点移动，偏转磁场应该怎样变化？移动，偏转磁场应该怎样变化？2021/8/11星期三27原理：原理：应用电子束磁偏转的道理应用电子束磁偏转的道理五、电视显像管的工作原理2021/8/11星期三28例题：某带电粒子的电量为例题：某带电粒子的电量为q=10-14C,q=10-14C,以速率以速率v=106m/sv=106m/s射入射入B=10-2TB=10-2T的匀强磁场中，求它受到的的匀强磁场中，求它受到的洛伦兹力洛伦兹力F F多大？多大？V+BV V 2021/8/11星期三292021/8/11星期三30