磁场中的运动电荷

栏目导引,新知初探自学导引,要点探究,讲练互动,知能演练,轻松闯关,第,3,章打开电磁学的大门,第,2,节磁场中的运动电荷,目标导航,1.,通过实验，认识运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力,2,知道影响洛伦兹力大小和方向的因素当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，会运用左手定则判断洛伦兹力的方向，会计算特殊情况下洛伦兹力的大小,(,重点难点,),3,知道电子是由汤姆孙发现的认识洛伦兹力在发现电子中的作用,4,了解极光产生的机理，体会自然界的奥妙,新知初探自学导引,一、洛伦兹力,1.,定义：磁场对运动,_,的作用力叫洛伦兹力,电荷,2.,方向：洛伦兹力的方向用左手定则来判断：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，且处于同一平面内让磁感线垂直穿入手心，四指指向,_,电荷运动的方向,(,若是,_,电荷，则四指指向负电荷运动的反方向,),，拇指所指的方向就是,_,的方向,正,负,洛伦兹力,3.,大小,(1),当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，电荷受到的洛伦兹力的大小：,F,_,(2),当电荷的运动方向与磁场方向平行时，电荷不受洛伦兹力作用,F,_,q,v,B,0,想一想,所有电荷在磁场中都受力吗？,提示：,不一定，只有运动电荷且速度与磁场方向不平行时，才受力的作用,二、电子的发现,_,的发现与,_,和,_,的发现一起被称为,19,世纪、,20,世纪之交的三大发现电子的发现为近代物理的发展奠定了重要的实验基础，同时它也突破了原子不可再分的传统思想，促使人们去探寻原子内部的奥秘,电子,X,射线,物质放射性,三、极光的解释,太阳或其他星体时刻都有大量的高能粒子放出，称为,_,地球是个巨大的磁体，当宇宙射线掠过地球附近时，,_,受到地磁场的作用朝地球的磁极方向运动这些粒子在运动过程中撞击大气，激发气体原子产生光辐射，这就是极光,宇宙射线,带电粒子,宇宙射线是有害的，,_,改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，对地球上的生命起到了保护作用,地磁场,要点探究讲练互动,要点一,洛伦兹力方向的理解,学案导引,1.,左手定则在电流中的应用和在带电粒子运动中的应用有何异同？,2.,洛伦兹力能对带电粒子做功吗？,1.,决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷的电性,(,正、负,),、速度方向、磁感应强度的方向当电荷一定,(,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；如果同时让两个因素相反，则洛伦兹力方向不变,2.,当电荷运动方向与磁场方向垂直时，由左手定则可知，洛伦兹力,F,的方向既与磁场,B,的方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即力,F,垂直于,v,与,B,所决定的平面,所以，已知电荷电性及,v,、,B,的方向，则,F,的方向唯一确定，但已知电性及,B,(,或,v,),、,F,的方向，,v,(,或,B,),的方向不能唯一确定,如图所示各图已标出磁场方向、电荷运动方向、电荷所受洛伦兹力方向三个中的两个，试标出另一个的方向,例,1,【,思路点拨,】,应用左手定则时注意粒子的电性，注意四指和拇指所指方向的意义,【,精讲精析,】,用左手定则判断对,q,四指应指向其运动方向的反方向分别可得：甲图中,q,受洛伦兹力方向垂直于,v,斜向左；乙图中,q,受洛伦兹力方向垂直于,v,水平向,左；丙图中,q,运动方向平行于斜面向下；丁图中匀强磁场方向为垂直纸面向外,【,答案,】,见精讲精析,【,方法总结,】,(1),洛伦兹力总是垂直于,v,，垂直于,B,，即洛伦兹力总是垂直于,B,、,v,所决定的平面,(2),用左手定则时四指指向负电荷运动的反方向,变式训练,1.(2012,山东济南外国语学校高二期中,),一带负电的粒子,(,重力不计,),，进入磁场中，下列关于磁场方向、速度方向及带电粒子所受的洛伦兹力方向标示正确的是,(,),解析：选,C.,注意本题中给出的是负电荷，四指应指向负电荷运动的反方向，根据左手定则可知，,A,项中，洛伦兹力向下，,C,项正确, B,项中，粒子平行于磁感线运动，不受洛伦兹力,C,项正确，,D,项中，受力向右,学案导引,1.,洛伦兹力与安培力本质上相同吗？,2.,两种力都不做功吗？,要点二,洛伦兹力与安培力的比较,1.,安培力与洛伦兹力的关系：安培力是通电导体受到的磁场力，大量电荷的定向移动形成电流，洛伦兹力是磁场对带电粒子的作用力，是对单个带电粒子的作用力，由此可见洛伦兹力是安培力的微观解释，安培力是洛伦兹力的宏观表现,2.,安培力和洛伦兹力的共同特征,(1),安培力：当,I,B,时，,F,0,；洛伦兹力：当,v,B,时，,F,0.,(2),安培力：当,I,B,时，,F,BIl,；洛伦兹力：当,v,B,时，,F,q,v,B,.,(3),当磁感应强度,B,的方向与电流,I,的方向夹角为,时，安培力的表达式为,F,BIl,sin,.,当磁感应强度,B,的方向与带电粒子运动的速度,v,的方向夹角为,时，洛伦兹力的表达式为,F,q,v,B,sin,.,(4),安培力和洛伦兹力的方向都是根据左手定则来判断,3.,安培力和洛伦兹力的不同点：安培力推动导体运动时，对导体做功；洛伦兹力的方向与运动电荷的速度方向垂直，对运动电荷永远不做功,例,2,关于安培力和洛伦兹力，下面的说法正确的是,(,),A,安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力,B,安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力,C,这两种力都是效果力，其实并不存在，原因是不遵守牛顿第三定律,D,安培力对通电导体能做功，洛伦兹力对运动电荷做功,【,思路点拨,】,洛伦兹力是安培力的微观解释，安培力是洛伦兹力的宏观表现，但安培力能做功，洛伦兹力不能做功，抓住各自特点分析即可,【,精讲精析,】,洛伦兹力是安培力的微观解释，本质上是同种性质的力，故,A,、,C,错，,B,对；安培力对通电导体做功而洛伦兹力始终垂直运动电荷的速度方向，故洛伦兹力不做功，选项,D,错误,【,答案,】,B,学案导引,1.,洛伦兹力作用下的圆周运动是否遵循一般圆周运动的规律？,2.,洛伦兹力作用下的圆周运动有何自身特点？,要点三,洛伦兹力作用下的圆周运动,当运动电荷垂直磁场进入时，洛伦兹力与速度方向垂直，因此不改变速度的大小，只改变速度的方向，洛伦兹力充当了向心力的作用，所以运动电荷做匀速圆周运动,例,3,(1),粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径是多少？,(2),若要使粒子飞离磁场时有最大偏转角，求入射时,v,0,方向与,ab,的夹角,及粒子的最大偏转角,.,【,思路点拨,】,磁场有边界，粒子只在磁场中做匀速圆周运动，粒子的运动轨迹与磁场边界构成几何图形，要利用几何知识列出辅助方程,【,答案,】,(1)5,10,2,m,(2),37,74,【,题后反思,】,挖掘隐含几何条件是解决本题的关键，带电粒子在匀强磁场中的圆周运动问题，关键之处是正确地找出粒子的轨道圆心半径，画出轨迹圆弧，,由几何知识明确弦切角、圆心角和偏转角之间的关系，从而可进一步求出粒子在磁场中运动的时间、运动半径等问题,变式训练,2.(2012,济南高二质检,),电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法正确的是,(,),A,速率越大，周期越大,B,速率越小，周期越大,C,速度方向与磁场方向平行,D,速度方向与磁场方向垂直,知能演练轻松闯关,本部分内容讲解结束,按,ESC,键退出全屏播放,