高中物理 第六章 第三讲 磁场对电流和运动电荷的作用课件 鲁科版选修31

高中物理高中物理选修选修3-1鲁科版鲁科版第三讲第三讲 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 第六章第六章 磁场对电流和运动电荷的作用磁场对电流和运动电荷的作用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掌握洛伦兹力公式的推导过程，会计算洛伦兹力的大小 3会处理洛伦兹力作用下的带电体的运动问题会处理洛伦兹力作用下的带电体的运动问题 目标定位目标定位磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 预习导学预习导学从安培力到洛伦兹力从安培力到洛伦兹力1、磁场力磁场力 洛伦兹力洛伦兹力 2、大量大量 洛伦兹力洛伦兹力 零零 fqvB fqvBsin3、左手左手 垂直垂直 正电荷正电荷 拇指拇指 正电荷正电荷 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 一、洛伦兹力的方向一、洛伦兹力的方向 1.判断方法：左手定则判断方法：左手定则2. FB，Fv，F垂直于垂直于B、v确定的平面，但确定的平面，但B与与v不一不一定垂直定垂直3. 洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化但无论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，不改变电荷速度大小做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷速度大小课堂讲义课堂讲义磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 【例例1】如下图所示的磁感应强度如下图所示的磁感应强度B电电荷的运动速度荷的运动速度v和磁场对电荷的作用力和磁场对电荷的作用力F的相互关系图中，画得正确的是的相互关系图中，画得正确的是(其其中中B、F、v两两垂直两两垂直) ( )借题发挥借题发挥 确定洛伦兹力的方确定洛伦兹力的方向还需明确运动电荷的电性，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特别注意负电荷的运动方向与左手四指的指向应相反左手四指的指向应相反FFF根据左手定则可得四幅根据左手定则可得四幅图的洛伦兹力方向图的洛伦兹力方向FC课堂讲义课堂讲义磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 二、二、 洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小课堂讲义课堂讲义磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 2洛仑兹力与电场力的比较：洛仑兹力与电场力的比较：（1）洛仑兹力）洛仑兹力F=qvB：只有运动电荷，且运动电荷的运动方向与磁场方：只有运动电荷，且运动电荷的运动方向与磁场方向不平行时才受到洛仑兹力；洛仑兹力的方向总与速度方向垂直，用左手向不平行时才受到洛仑兹力；洛仑兹力的方向总与速度方向垂直，用左手定则判断。定则判断。（2）电场力）电场力FqE：只要是电荷在电场中就要受到电场力；电场力的方：只要是电荷在电场中就要受到电场力；电场力的方向与场强向与场强E同线（正电荷与同线（正电荷与E同向，负电荷与同向，负电荷与E反向）。反向）。课堂讲义课堂讲义磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 【例例2】在图在图3-5-2所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒，带电粒子的速率均为子的速率均为v，带电荷量均为，带电荷量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大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小，并指出洛伦兹力的方向(1)因因vB，所以，所以F qvB，方向与，方向与v垂直向左上方垂直向左上方 F由于由于v与与B平行，所平行，所以不受洛伦兹力以不受洛伦兹力 vvF课堂讲义课堂讲义磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 三、洛仑兹力作用下的带电体的运动三、洛仑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：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，选择恰当的物理规首先要受力分析，然后根据运动状态，选择恰当的物理规律律课堂讲义课堂讲义磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 小滑块的初状态小滑块的初状态离开斜面时离开斜面时FN=0，洛伦兹，洛伦兹力应垂直斜面向上，从而力应垂直斜面向上，从而可以判断所带电荷的正负可以判断所带电荷的正负小物块到达斜面底端时小物块到达斜面底端时刚好离开斜面刚好离开斜面课堂讲义课堂讲义【例例3】一个质量一个质量m0.1 g的小滑块，的小滑块，带有带有q5104 C的电荷量，放置在倾的电荷量，放置在倾角角30的光滑斜面上的光滑斜面上(绝缘绝缘)，斜面固，斜面固定且置于定且置于B0.5 T的匀强磁场中，磁场的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，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，要离开斜面小滑块滑至某一位置时，要离开斜面(g取取10 m/s2)求：求：(1)小滑块带何种电荷？小滑块带何种电荷？(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？(3)该斜面长度至少多长？该斜面长度至少多长？ 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 【例题例题3】一个质量一个质量m0.1 g的小滑块，的小滑块，带有带有q5104 C的电荷量，放置在倾的电荷量，放置在倾角角30的光滑斜面上的光滑斜面上(绝缘绝缘)，斜面固，斜面固定且置于定且置于B0.5 T的匀强磁场中，磁场的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，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，要离开斜面小滑块滑至某一位置时，要离开斜面(g取取10 m/s2)求：求：(1)小滑块带何种电荷？小滑块带何种电荷？(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？(3)该斜面长度至少多长？该斜面长度至少多长？ 若要使小滑块离开斜面，则洛伦兹若要使小滑块离开斜面，则洛伦兹力力F应垂直斜面向上，根据左手定应垂直斜面向上，根据左手定则可知，小滑块应带则可知，小滑块应带负电荷负电荷课堂讲义课堂讲义mgFNF(1)小滑块在沿斜面下滑的过程中，小滑块在沿斜面下滑的过程中，受重力受重力mg、斜面支持力、斜面支持力FN和洛伦和洛伦兹力兹力F作用，如图所示作用，如图所示磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 【例题例题3】一个质量一个质量m0.1 g的小滑块，的小滑块，带有带有q5104 C的电荷量，放置在倾的电荷量，放置在倾角角30的光滑斜面上的光滑斜面上(绝缘绝缘)，斜面固，斜面固定且置于定且置于B0.5 T的匀强磁场中，磁场的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，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，要离开斜面小滑块滑至某一位置时，要离开斜面(g取取10 m/s2)求：求：(1)小滑块带何种电荷？小滑块带何种电荷？(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？(3)该斜面长度至少多长？该斜面长度至少多长？ (2)小滑块沿斜面下滑的过程中，小滑块沿斜面下滑的过程中，垂直于斜面的加速度为零，由平垂直于斜面的加速度为零，由平衡条件得衡条件得FFNmgcos ，当支，当支持力持力FN0时，小滑块脱离斜时，小滑块脱离斜面设此时小滑块速度为面设此时小滑块速度为vmax，则此时小滑块所受洛伦兹力则此时小滑块所受洛伦兹力FBqvmax，课堂讲义课堂讲义磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 【例题例题3】一个质量一个质量m0.1 g的小滑块，的小滑块，带有带有q5104 C的电荷量，放置在倾的电荷量，放置在倾角角30的光滑斜面上的光滑斜面上(绝缘绝缘)，斜面固，斜面固定且置于定且置于B0.5 T的匀强磁场中，磁场的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，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，要离开斜面小滑块滑至某一位置时，要离开斜面(g取取10 m/s2)求：求：(1)小滑块带何种电荷？小滑块带何种电荷？(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？(3)该斜面长度至少多长？该斜面长度至少多长？ (3)设该斜面长度至少为设该斜面长度至少为l，则小，则小滑块离开斜面的临界情况为小滑块离开斜面的临界情况为小滑块刚滑到斜面底端时因为滑块刚滑到斜面底端时因为下滑过程中只有重力做功，下滑过程中只有重力做功， 课堂讲义课堂讲义磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 整体法处理整体法处理要注意我们研究的阶段要注意我们研究的阶段隔离法处理隔离法处理f(ma+mb)gFNvfafbaCfba【针对训练针对训练】课堂讲义课堂讲义磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向1.在阴极射线管中电子流方向在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上方放置一根通由左向右，其上方放置一根通有如图所示电流的直导线，导有如图所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则电子线与阴极射线管平行，则电子将将()A向上偏转向上偏转 B向下偏转向下偏转C向纸里偏转向纸里偏转 D向纸外偏转向纸外偏转解析由题图可知，直线电流的方向由解析由题图可知，直线电流的方向由左向右，根据安培定则，可判定直导线左向右，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电子带负电荷，四指要指向电子运动方向的反方向方向的反方向)，电子将向下偏转，故，电子将向下偏转，故B选项正确选项正确FB对点练习对点练习磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小2如图如图7所示，带负电荷的摆球在一所示，带负电荷的摆球在一匀强磁场中摆动匀强磁场的方向垂匀强磁场中摆动匀强磁场的方向垂直纸面向里摆球在直纸面向里摆球在A、B间摆动过程间摆动过程中，由中，由A摆到最低点摆到最低点C时，摆线拉力大时，摆线拉力大小为小为F1，摆球加速度大小为，摆球加速度大小为a1；由；由B摆摆到最低点到最低点C时，摆线拉力大小为时，摆线拉力大小为F2，摆，摆球加速度大小为球加速度大小为a2，则，则 () AF1F2，a1a2 BF1F2，a1a2CF1F2，a1a2 DF1F2，a1a2以小球为研究对象以小球为研究对象由由AC过程中在过程中在C点受力情况点受力情况mgF1f洛洛F1f洛洛mgma1由由BC过程中在过程中在C点受力情况点受力情况mgF2f洛洛F2 f洛洛mgma2Bvv对点练习对点练习磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力的综合应用洛伦兹力的综合应用3. 在两平行金属板间，有如图所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场在两平行金属板间，有如图所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场粒子以速度粒子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，恰好能从两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：沿直线匀速通过供下列各小题选择的答案有：A不偏转不偏转 B向上偏转向上偏转 C向下偏转向下偏转 D向纸内或纸外偏转向纸内或纸外偏转(1)若质子以速度若质子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将和磁场方向射入时，质子将_(2)若电子以速度若电子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，电子将和磁场方向射入时，电子将_(3)若质子以大于若质子以大于v0的速度，沿垂直于电场方向和磁的速度，沿垂直于电场方向和磁场方向从两板正中央射入，质子将场方向从两板正中央射入，质子将 (4)若增大匀强磁场的磁感应强度，其他条件不变，若增大匀强磁场的磁感应强度，其他条件不变，电子以速度电子以速度v0沿垂直于电场和磁场的方向，从两极正沿垂直于电场和磁场的方向，从两极正中央射入时，电子将中央射入时，电子将_AABC对点练习对点练习再见再见