2019春高中物理 第3章 磁场 5 运动电荷在磁场中受到的力课件 新人教版选修3-1.ppt

第三章 磁场 5运动电荷在磁场中受到的力 课前预习 1 洛伦兹力 在磁场中所受的力 2 洛伦兹力和安培力的关系通电导线在磁场中受到的安培力 实际上是在导线中 所受到的洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力的方向和大小 运动电荷 定向运动的电荷 3 洛伦兹力的方向 1 左手定则 伸开左手 使拇指与其余四个手指垂直 并且都与手掌在同一个平面内 让 从掌心进入 并使四指指向 运动的方向 这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受 的方向 负电荷受力的方向与正电荷受力的方向 2 洛伦兹力方向特点 F B F v 即F垂直于 所决定的平面 磁感线 正电荷 洛伦兹力 相反 B和v 4 洛伦兹力的大小当速度方向和磁感应强度方向分别满足以下几种情况时 洛伦兹力的大小分别是 1 当v与B成 角时 F 2 当v B时 F 3 当v B时 F qvBsin qvB 0 1 构造如图所示 由电子枪 和荧光屏组成 2 原理 1 电子枪 2 电子束在磁场中 3 荧光屏被电子束撞击发光 电视显像管的工作原理 偏转线圈 发射电子 偏转 3 扫描在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场 其方向 强弱都在 使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下 从左向右不断移动 4 偏转线圈使电子束偏转的磁场是由 产生的 不断变化 两对线圈 判一判 1 电荷在磁场中一定会受到洛伦兹力的作用 2 仅在洛伦兹力作用下 电荷的动能一定不会变化 3 应用左手定则判断洛伦兹力的方向时 四指一定指向电荷运动方向 4 电视显像管是靠磁场使电子束发生偏转的 5 电荷在磁场中运动时 所受洛伦兹力与速度大小成正比 选一选 多选 下列说法正确的是 解析 所有电荷在电场中都要受到电场力的作用 正电荷受力的方向沿电场强度的方向 故A错B对 运动电荷在磁场中沿平行于磁场的方向运动 不受磁场力的作用 C错 静止电荷在磁场中不受磁场力的作用 D对 BD 想一想 目前 电视机已走进了家家户户 给人们的生活带来了巨大的变化 足不出户便可欣赏到千里之外奥运赛事的精彩直播 电视机正在播放节目时 不能将磁铁靠近荧光屏 你知道这是为什么吗 解析 由于电视机的显像管是利用磁场对电子束偏转原理工作的 如果将磁铁靠近荧光屏 会影响电子束的偏转方向 进而使得图像变形或变色 课内探究 太阳发射出的带电粒子以300 1000km s的速度扫过太阳系 形成 太阳风 如图所示 这种巨大的辐射经过地球时 为什么不能直射地球 提示 因为地球周围存在着磁场 宇宙空间的带电粒子在经过地球磁场时 由于受到洛伦兹力的作用而发生偏转 故不能直射向地球 探究一洛伦兹力的方向 1 1 决定洛伦兹力方向的三个因素电荷的电性 正 负 速度方向 磁感应强度的方向 当电性一定时 其他两个因素决定洛伦兹力的方向 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 则洛伦兹力方向将不变 2 F B v三者方向间的关系电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系 两者关系是不确定的 电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向 F B F v 即F垂直于B和v所决定的平面 洛伦兹力与粒子运动方向 磁感应强度方向的关系3 洛伦兹力的特点洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化 但无论怎样变化 洛伦兹力都与运动方向垂直 故洛伦兹力永不做功 它只改变电荷运动方向 不改变电荷速度大小 特别提醒 1 判断负电荷在磁场中运动受洛伦兹力的方向 四指要指向负电荷运动的相反方向 也就是电流的方向 2 电荷运动的方向和磁场方向不一定垂直 但洛伦兹力的方向一定垂直于磁场方向和速度方向 B 解析 由安培定则 电流在下方产生的磁场方向指向纸外 由左手定则 质子刚进入磁场时所受洛伦兹力方向向上 则质子的轨迹必定向上弯曲 因此C D必错 由于洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直 故其运动轨迹必定是曲线 则B正确 A错误 故选B 对点训练1 2017 江西省九江一中高二上学期期末 下列各图中 运动电荷的速度v方向 磁感应强度方向和电荷的受力F方向之间的关系正确的是 解析 由左手定则可知 粒子所受洛伦兹力竖直向上 故A正确 粒子带负电荷 根据左手定则 洛伦兹力向上 故B错误 粒子速度方向与磁场方向平行 故不受洛伦兹力 故C错误 粒子速度方向与磁场方向平行 故不受洛伦兹力 故D错误 故选A A 如图所示 磁场的磁感应强度为B 设磁场中有一段通电导线 横截面积为S 单位体积中含有的自由电荷数为n 每个自由电荷的电荷量为q且定向运动的速率都是v 探究二洛伦兹力的大小 2 1 图中一段长度为vt的导线中的粒子数是多少 导线中的电流为多大 2 图中一段长度为vt的导线在磁场中所受安培力多大 3 每个自由电荷所受洛伦兹力多大 1 对公式F洛 qvB的理解 1 适用条件 运动电荷的速度方向与磁场方向垂直 当v 0时 F洛 0 即相对磁场静止的电荷不受洛伦兹力作用 2 B v夹角对洛伦兹力的影响 当 90 时 v B sin 1 F洛 qvB 即运动方向与磁场垂直时 洛伦兹力最大 当v B时 0 sin 0 F洛 0 即运动方向与磁场平行时 不受洛伦兹力 若不垂直 F洛 qvBsin 2 洛伦兹力和安培力的区别与联系 3 洛伦兹力与电场力的比较 特别提醒 尽管安培力是自由电荷定向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现 但也不能简单地认为安培力就等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和 一般只有当导体静止时才能这样认为 对点训练2 2018 江西省九江第一中学高二上学期期末 如图 三个完全相同的带正电的小球 从同一高度开始自由落下 其中a直接落地 b下落过程中经过一个水平方向的匀强电场区 c下落时经过一个水平方向的匀强磁场区 不计空气阻力 设它们落地的速度大小分别为va vb vc 则 A va vb vcB vb va vcC va vb vcD va vc vb D 解析 根据题意可知 a球做自由落体运动 下落过程中只有重力做功 由于b在下落的过程中电场力对小球做正功 故根据动能定理知b球的落地速度大于a球的落地速度 c球在下落过程中经过磁场 c受到洛伦兹力作用 因洛伦兹力始终与速度垂直且对小球始终不做功 c球下落过程中只有重力对小球做功 根据动能定理知c球下落的末动能与a球的末动能相等 即速度大小相等 由此分析知 ABC错误 D正确 有一质量为m 电荷量为q的带正电小球停在绝缘平面上 并处在磁感应强度为B 方向垂直纸面向里的匀强磁场中 如图所示 为了使小球飘离平面 匀强磁场在纸面内移动的最小速度应为多少 方向如何 探究三带电粒子 物体 在复合场中的运动问题 3 1 复合场 一般是指电场 磁场和重力场并存 或其中两种场并存 或分区域存在 2 带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路 1 正确进行受力分析 除重力 弹力 摩擦力外要特别注意电场力和洛伦兹力的分析 2 确定带电粒子的运动状态 注意运动情况和受力情况的结合 3 电荷在复合场中的运动一般有两种情况 直线运动和圆周运动 电荷在电场力 重力和洛伦兹力共同作用下做直线运动时 一定是做匀速直线运动 电荷在上述复合场中如果做匀速圆周运动 只能是除洛伦兹力以外的所有恒力的合力为零才能实现 特别提醒 1 电子 质子 粒子等一般不计重力 带电小球 尘埃 液滴等带电颗粒一般要考虑重力的作用 2 注意重力 电场力做功与路径无关 洛伦兹力始终和运动方向垂直 永不做功的特点 AC 解题指导 本题是带电粒子在复合场中的综合问题 应在分析物体受力的基础上 弄清物理过程 根据隐含的临界条件求解 对点训练3 多选 如图甲所示为一个质量为m 电荷量为 q的圆环 可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动 细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中 不计空气阻力 现给圆环向右的初速度v0 在以后的运动过程中 圆环运动的速度图象正确的是 AD 素养提升 洛伦兹力与现代科技 2 磁流体发电机 1 磁流体发电是一项新兴技术 它可以把内能直接转化为电能 2 根据左手定则 如图中的B板是发电机正极 3 磁流体发电机两极板间的距离为d 等粒子体速度为v 磁场磁感应强度为B 则两极板间能达到的最大电势差U Bdv 答案 121kW