高中物理 第3章 磁場 3.5 磁場對運動電荷的作用力課件 新人教版選修31.ppt

第三章磁場第五節(jié)磁場對運動電荷的作用力 思考 電視機顯像管中的電子只是細細的一束 為什么能使整個屏幕發(fā)光 思考 從宇宙深處射來的帶電粒子為什么只在地球的兩極引起極光 瑞典斯特哥爾摩的極光 美國阿拉斯加州的極光 北極極光 德國下薩可森州極光 南極極光 冰島的極光 1 判斷安培力的方向 2 安培力大小的一般計算方法 一 復(fù)習 思考 1 磁場對電流有力的作用 2 電流是由電荷的定向形成的 由此我們是否可以設(shè)想這個力其實是作用在電荷上的 運動電荷在磁場中會受到作用力嗎 推理與猜想 洛倫茲 1853 1928 洛倫茲是荷蘭物理學(xué)家 數(shù)學(xué)家 1853年7月18日生于阿納姆 洛倫茲創(chuàng)立了經(jīng)典電子論 提出了洛倫茲變換公式 1902年與其學(xué)生塞曼共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎 為紀念洛倫茲的卓著功勛 荷蘭政府決定從1945年起 把他的生日定為 洛倫茲節(jié) 演示 陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn) 1 沒有磁場時 接通高壓電源可以觀察到什么現(xiàn)象 2 光束實質(zhì)上是什么 3 若在電子束的路徑上加磁場 可以觀察到什么現(xiàn)象 4 改變磁場的方向 通過觀查從而判斷運動的電子在各個方向磁場中的受力方向 實驗現(xiàn)象 在沒有外磁場時 電子束沿直線運動 將磁鐵靠近陰極射線管 發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了彎曲 實驗結(jié)論 磁場對運動電荷有力的作用 磁場對運動電荷的作用力叫做 洛倫茲力 二 探究洛倫茲力的方向 安培力是磁場對電流的作用力 電流是電荷的定向移動形成的 洛倫茲力是磁場對運動電荷的作用力 磁場對電流的作用力實質(zhì)是磁場對運動電荷的作用力 洛倫茲力的方向可以用左手定則判定 實驗驗證 理論推導(dǎo) 猜想 猜想正確 洛倫茲力的方向 左手定則 1 伸開左手 使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內(nèi) 把手放入磁場中 讓磁感線垂直穿過手心 若四指指向正電荷運動的方向 那么拇指所指的方向就使正電荷所受洛倫茲力的方向 2 若四指指向負電荷運動的反方向 那么拇指所指的方向就是負電荷所受洛倫茲力的方向 垂直紙面向外 試判斷下圖中的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的方向 1 可見 以相同速度進入同一磁場的正負電荷受到的洛倫茲力方向相反 2 安培力方向由左手定則判斷 我們知道安培力的方向既垂直于磁場方向 又垂直于電流方向 同樣也用左手定則判斷洛倫茲力f的方向也既垂直于磁場b的方向又垂直于電荷運動速度v的方向 練一練 練一練 試判斷各圖中帶電粒子受洛倫茲力的方向 或帶電粒子的電性 或帶點粒子的運動方向 洛倫茲力方向垂直紙面向里 洛倫茲力方向垂直紙面向外 試判斷下圖中的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的情況如何 1 當帶電粒子的運動方向與磁場方向平行時 洛倫茲力最小 f 0 想一想 如果帶電粒子射入勻強磁場時 不計粒子重力 初速度vo跟磁感強度b的方向平行 粒子將做什么運動 以初速度v0做勻速直線運動 三 洛倫茲力的大小 類比 我們知道 當電流方向跟磁場方向平行時安培力等于0 實驗表明 磁場越強 磁感強度越大 電荷量越大 運動速度越快 電荷受到的洛倫茲力越大 三 洛倫茲力的大小 可見 當電荷運動方向跟磁場方向垂直時洛倫茲力的大小跟三個因素相關(guān) 磁感應(yīng)強度b電荷量q電荷運動快慢v 總結(jié) 洛侖茲力 f qvb v垂直b 想一想 若此電子不垂直射入磁場 電子受到的洛倫茲力又如何呢 四 探究洛倫茲力的表達式 設(shè)有一段長為l 橫截面積為s的直導(dǎo)線 單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n 每個自由電荷的電荷量為q 自由電荷定向移動的速率為v 這段通電導(dǎo)線垂直磁場方向放入磁感應(yīng)強度為b的勻強磁場中 求 1 電流強度i 2 通電導(dǎo)線所受的安培力 3 這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電荷數(shù) 4 每個電荷所受的洛倫茲力 如果通電導(dǎo)線不和磁場方向垂直 怎么辦 適用條件 速度方向與磁場方向垂直 速度v與磁場b的方向夾角為 時 i nqsv f安 ilb nqsv lb 總電荷數(shù) nsl f洛 vb 問題 若此電子不垂直射入磁場 電子受到的洛倫茲力又如何呢 洛倫茲力 f qvb v垂直b 安培力是洛倫茲力的集體表現(xiàn) 洛倫茲力是安培力微觀表現(xiàn) 2 大小關(guān)系 f安 nf洛 n是導(dǎo)體中運動的電荷數(shù) 3 方向關(guān)系 f安與f洛方向相同 4 f安與f洛本質(zhì)都是磁場對運動電荷的作用力 洛倫茲力與安培力的關(guān)系 洛倫茲力和電場力的區(qū)別 電荷在電場中一定受到電場力的作用 與其運動狀態(tài)無關(guān) 而電荷在磁場中不一定受到磁場力作用 只有相對于磁場運動且運動方向與磁場方向不平行的電荷才受磁場力作用 2 大小 f電 eq f洛 bqvsin 3 電荷所受電場力方向總是平行于電場線的切線方向 而電荷所受磁場力的方向總是既垂直于磁場方向 又垂直于運動方向 4 電場力要對運動電荷做功 電荷在等勢面上運動除外 而電荷在磁場中運動時 磁場力一定不會對電荷做功 1 當一帶正電q的粒子以速度v沿螺線管中軸線進入該通電螺線管 若不計重力 則 a 帶電粒子速度大小改變 b 帶電粒子速度方向改變 c 帶電粒子速度大小不變 d 帶電粒子速度方向不變 cd 練一練 2 擺長為l的單擺在勻強磁場中擺動 擺動中擺線始終繃緊 若擺球帶正電 電量為q 質(zhì)量為m 磁感應(yīng)強度為b 當小球從最高處擺到最低處 擺線上拉力t多大 解析 擺球在運動中洛倫茲力不做功 由動能定理得 擺球在最低點時的速度方向不同 洛倫茲力方向不同 繩受到的拉力大小不同 當擺球向右擺時 2 當擺球向左擺時 例題 質(zhì)量m 0 1 10 3kg的小物塊 帶有電量為q 5 10 4c的正電荷 放在斜面上 斜面的傾角 30 物塊與斜面間的動摩擦因數(shù) 0 4 設(shè)整個斜面放在勻強磁場中 b 0 5t 方向如圖 若斜面足夠長 問 1 物塊下滑時 能達到的最大速率為多少 2 如果將磁場反向 其他條件不變 物塊下滑時將發(fā)生什么情況 五電視顯像管的工作原理 主要構(gòu)造 電子槍 陰極 偏轉(zhuǎn)線圈 熒光屏等 思考與討論 1 若要使電子束在水平方向偏離中心 打在熒光屏上的 點 偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向 五電視顯像管的工作原理 2 若要使電子束打在 點 磁場應(yīng)該沿什么方向