物理實(shí)用課件選修31人教全國(guó)通用第三章磁場(chǎng)5.pptx

5運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力,第三章磁場(chǎng),學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道什么是洛倫茲力，會(huì)用左手定則判斷洛倫茲力的方向.2.掌握洛倫茲力公式的推導(dǎo)過程，會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小.3.知道電視顯像管的基本構(gòu)造及工作的基本原理.,內(nèi)容索引,自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知夯實(shí)基礎(chǔ),重點(diǎn)探究啟迪思維探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè)檢測(cè)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)過關(guān),自主預(yù)習(xí),一、洛倫茲力的方向和大小1.洛倫茲力(1)定義：在磁場(chǎng)中所受的力.(2)與安培力的關(guān)系：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的安培力是的宏觀表現(xiàn).2.洛倫茲力的方向左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi).讓從掌心進(jìn)入，并使指向正電荷運(yùn)動(dòng)方向，這時(shí)所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向.,運(yùn)動(dòng)電荷,洛倫茲力,磁感線,四指,大拇指,3.洛倫茲力的大小(1)當(dāng)v與B成角時(shí)：F.(2)當(dāng)vB時(shí)，F(xiàn).(3)當(dāng)vB時(shí)：F.二、電視顯像管的工作原理1.構(gòu)造：如圖1所示，由電子槍、和熒光屏組成.,圖1,qvBsin,qvB,0,偏轉(zhuǎn)線圈,2.原理(1)電子槍.(2)電子束在磁場(chǎng)中.(3)熒光屏被電子束撞擊發(fā)光.3.掃描：在偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平方向和豎直方向都有偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其方向、強(qiáng)弱都在，使得電子束打在熒光屏上的光點(diǎn)從上向下、從左向右不斷移動(dòng).4.偏轉(zhuǎn)線圈：使電子束偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)是由產(chǎn)生的.,發(fā)射電子,偏轉(zhuǎn),不斷變化,兩對(duì)線圈,即學(xué)即用1.判斷下列說法的正誤.(1)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中一定受洛倫茲力.()(2)同一電荷，以相同大小的速度進(jìn)入磁場(chǎng)，速度方向不同時(shí)，洛倫茲力的大小也可能相同.()(3)洛倫茲力同電場(chǎng)力一樣，可對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做正功或負(fù)功.()(4)判斷電荷所受洛倫茲力的方向時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮電荷的電性.()(5)顯像管內(nèi)偏轉(zhuǎn)線圈中的電流恒定不變時(shí)，電子打在熒光屏上的光點(diǎn)是不動(dòng)的.(),答案,2.如圖2所示是電視機(jī)中偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖，圓心O處的黑點(diǎn)表示電子束，由紙內(nèi)向紙外而來，當(dāng)線圈中通以圖示方向的電流時(shí)(兩線圈通過的電流都相同)，則電子束將偏轉(zhuǎn).,答案,向上,圖2,重點(diǎn)探究,(2)電子運(yùn)動(dòng)軌跡附近的磁場(chǎng)方向如何？電子所受洛倫茲力與磁場(chǎng)方向、電子運(yùn)動(dòng)方向存在什么關(guān)系？,導(dǎo)學(xué)探究如圖3所示，電子由陰極向陽極運(yùn)動(dòng)(向右運(yùn)動(dòng))過程中發(fā)生了向下偏轉(zhuǎn)，試問：(1)什么力使電子向下偏轉(zhuǎn)？該力的方向如何？,一、洛倫茲力的方向,圖3,答案洛倫茲力向下,答案磁場(chǎng)方向向里電子所受洛倫茲力與磁場(chǎng)方向垂直，與電子運(yùn)動(dòng)方向垂直，滿足左手定則,答案,知識(shí)深化1.決定洛倫茲力方向的三個(gè)因素：電荷的正負(fù)、速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向.2.洛倫茲力的方向總是與電荷運(yùn)動(dòng)的方向和磁場(chǎng)方向垂直，即洛倫茲力的方向總是垂直于運(yùn)動(dòng)電荷速度方向和磁場(chǎng)方向確定的平面.即F、B、v三個(gè)量的方向關(guān)系是：FB，F(xiàn)v，但B與v不一定垂直.3.用左手定則判定負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受的洛倫茲力時(shí)，應(yīng)注意將四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向.,例1如圖所示，一帶負(fù)電的粒子(不計(jì)重力)進(jìn)入磁場(chǎng)中，圖中的磁場(chǎng)方向、速度方向及帶電粒子所受的洛倫茲力方向標(biāo)示正確的是,答案,解析,解析A圖中帶負(fù)電的粒子向右運(yùn)動(dòng)，掌心向外，四指所指的方向向左，大拇指所指的方向是向下，選項(xiàng)A錯(cuò)誤.B圖中帶負(fù)電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁感線平行，此時(shí)不受洛倫茲力的作用，選項(xiàng)B錯(cuò)誤.C圖中帶負(fù)電的粒子向右運(yùn)動(dòng)，掌心向外，四指所指的方向向左，大拇指所指的方向是向下，選項(xiàng)C正確.D圖中帶負(fù)電的粒子向上運(yùn)動(dòng)，掌心向里，四指應(yīng)向下，大拇指的方向向左，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.,導(dǎo)學(xué)探究如圖4所示，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.設(shè)磁場(chǎng)中有一段長(zhǎng)度為L(zhǎng)的通電導(dǎo)線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q且定向運(yùn)動(dòng)的速率都是v.(1)導(dǎo)線中的電流是多少？導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力多大？,二、洛倫茲力的大小,圖4,答案InqvSF安ILBnqvSLB,(2)長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)線中含有的自由電荷數(shù)為多少？每個(gè)自由電荷所受洛倫茲力多大？,答案NnSLF洛qvB,答案,知識(shí)深化1.洛倫茲力與安培力的關(guān)系(1)安培力是導(dǎo)體中所有定向移動(dòng)的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，而洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì).(2)洛倫茲力對(duì)電荷不做功，但安培力卻可以對(duì)導(dǎo)體做功.2.洛倫茲力的大?。篎qvBsin，為電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角.(1)當(dāng)90時(shí)，vB，sin1，F(xiàn)qvB，即運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)垂直時(shí)，洛倫茲力最大.(2)當(dāng)vB時(shí)，0，sin0，F(xiàn)0，即運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)平行時(shí)，不受洛倫茲力.,答案(1)qvB垂直v指向左上方(2)qvB垂直紙面向里(3)不受洛倫茲力(4)qvB垂直v指向左上方,例2如圖5所示，各圖中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，帶電粒子的速率均為v，帶電荷量均為q.試求出圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小，并指出洛倫茲力的方向.,答案,解析,圖5,解析(1)因vB，所以FqvB，方向垂直v指向左上方.(2)v與B的夾角為30，將v分解成垂直磁場(chǎng)的分量和平行磁場(chǎng)的分量，vvsin30，F(xiàn)qvBsin30qvB，方向垂直紙面向里.(3)由于v與B平行，所以不受洛倫茲力.(4)v與B垂直，F(xiàn)qvB，方向垂直v指向左上方.,三、帶電粒子在磁場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng),1.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)的兩種情景(1)速度方向與磁場(chǎng)方向平行，不受洛倫茲力作用，可做勻速直線運(yùn)動(dòng)，也可在其他力作用下做變速直線運(yùn)動(dòng).(2)速度方向與磁場(chǎng)方向不平行，且除洛倫茲力外的各力均為恒力，若軌跡為直線則必做勻速直線運(yùn)動(dòng)，帶電粒子所受洛倫茲力也為恒力.,2.速度選擇器的工作原理(1)裝置及要求如圖6，兩極板間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，二者方向互相垂直，帶電粒子從左側(cè)射入，不計(jì)粒子重力.,圖6,(2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qEqvB，即v,(3)速度選擇器的特點(diǎn)v的大小等于E與B的比值，即v.可知速度選擇器只對(duì)選擇的粒子速度有要求，而對(duì)粒子的質(zhì)量、電荷量大小及帶電正、負(fù)無要求.當(dāng)v時(shí)，粒子向F洛方向偏轉(zhuǎn)，F(xiàn)電做負(fù)功，粒子的動(dòng)能減小，電勢(shì)能增大.當(dāng)v時(shí)，粒子向F電方向偏轉(zhuǎn)，F(xiàn)電做正功，粒子的動(dòng)能增大，電勢(shì)能減小.,例3(多選)在圖7中虛線所示的區(qū)域存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng).取坐標(biāo)如圖所示，一帶電粒子沿x軸正方向進(jìn)入此區(qū)域，在穿過此區(qū)域的過程中運(yùn)動(dòng)方向始終不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不計(jì)重力的影響，電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向可能是A.E和B都沿x軸方向B.E沿y軸正方向，B沿z軸正方向C.E沿z軸正方向，B沿y軸正方向D.E、B都沿z軸方向,答案,解析,圖7,解析本題沒有說明帶電粒子的帶電性質(zhì)，為便于分析，假定粒子帶正電.A選項(xiàng)中，磁場(chǎng)對(duì)粒子作用力為零，電場(chǎng)力與粒子運(yùn)動(dòng)方向在同一直線上，運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故A正確；B選項(xiàng)中，電場(chǎng)力方向向上，洛倫茲力方向向下，當(dāng)這兩個(gè)力平衡時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)方向可以始終不變，B正確；C選項(xiàng)中，電場(chǎng)力、洛倫茲力都沿z軸正方向，將做曲線運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)誤；D選項(xiàng)中，電場(chǎng)力沿z軸方向，洛倫茲力沿y軸方向，兩力不可能平衡，兩力的合力與粒子運(yùn)動(dòng)方向不在同一直線上，粒子將做曲線運(yùn)動(dòng)，D錯(cuò)誤.如果粒子帶負(fù)電，仍有上述結(jié)果.,針對(duì)訓(xùn)練如圖8所示，水平放置的兩塊帶電平行金屬板，板間存在著方向豎直向下、場(chǎng)強(qiáng)大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng).假設(shè)電場(chǎng)、磁場(chǎng)只存在于兩板間.一個(gè)帶正電的粒子，以水平速度v0從兩極板的左端正中央沿垂直于電場(chǎng)、磁場(chǎng)的方向射入極板間，恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng).不計(jì)粒子的重力及空氣阻力，則A.板間所加的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，方向垂直于紙面向里B.若粒子電荷量加倍，將會(huì)向下偏轉(zhuǎn)C.若粒子從極板的右側(cè)射入，一定沿直線運(yùn)動(dòng)D.若粒子帶負(fù)電，其他條件不變，將向上偏轉(zhuǎn),答案,解析,圖8,解析因?yàn)榱Ｗ幼鰟蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，故它受到的電場(chǎng)力與洛倫茲力應(yīng)該是相等的，因?yàn)榱Ｗ訋д?，電?chǎng)力的方向豎直向下，故洛倫茲力的方向豎直向上，根據(jù)左手定則判斷出磁場(chǎng)的方向是垂直紙面向里的，因?yàn)镋qBqv0，故B，所以選項(xiàng)A正確；若粒子電荷量加倍，將仍然做勻速直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若粒子從極板的右側(cè)射入，電場(chǎng)力方向豎直向下，洛倫茲力方向豎直向下，故它受到的力不平衡，所以它一定不會(huì)沿直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若粒子帶負(fù)電，其他條件不變，將仍做勻速直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.,四、帶電體在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題,例4一個(gè)質(zhì)量為m0.1g的小滑塊，帶有q5104C的電荷量，放置在傾角30的光滑絕緣斜面上，斜面固定且置于B0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，如圖9所示，小滑塊由靜止開始沿斜面滑下，斜面足夠長(zhǎng)，小滑塊滑至某一位置時(shí)，要離開斜面(g取10m/s2).求：,圖9,答案負(fù)電荷,(1)小滑塊帶何種電荷？,答案,解析,解析小滑塊在沿斜面下滑的過程中，受重力mg、斜面支持力FN和洛倫茲力F作用，如圖所示，若要使小滑塊離開斜面，則洛倫茲力F應(yīng)垂直斜面向上，根據(jù)左手定則可知，小滑塊應(yīng)帶負(fù)電荷.,(2)小滑塊離開斜面時(shí)的瞬時(shí)速度多大？,答案,解析,解析小滑塊沿斜面下滑的過程中，由平衡條件得FFNmgcos，當(dāng)支持力FN0時(shí)，小滑塊脫離斜面.設(shè)此時(shí)小滑塊速度為vmax，則此時(shí)小滑塊所受洛倫茲力FqvmaxB，,(3)該斜面長(zhǎng)度至少多長(zhǎng)？,答案,解析,解析設(shè)該斜面長(zhǎng)度至少為l，則小滑塊離開斜面的臨界情況為小滑塊剛滑到斜面底端時(shí).,答案1.2m,分析帶電體在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)應(yīng)注意的問題1.注意受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的分析.帶電體在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中速度變化時(shí)洛倫茲力的大小隨之變化，并進(jìn)一步導(dǎo)致壓力、摩擦力的變化，帶電體在變力作用下將做變加速運(yùn)動(dòng).2.注意規(guī)律的選用和臨界狀態(tài)分析.分析帶電體的運(yùn)動(dòng)，注意利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和平衡條件分析各物理量的動(dòng)態(tài)變化.該題中支持力為零是帶電體將要離開接觸面的臨界狀態(tài).,例5(多選)如圖10所示，質(zhì)量為m的帶電絕緣小球(可視為質(zhì)點(diǎn))用長(zhǎng)為l的絕緣細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，在懸點(diǎn)O下方有勻強(qiáng)磁場(chǎng).現(xiàn)把小球拉離平衡位置后從A點(diǎn)由靜止釋放，則下列說法中正確的是A.小球從A至C和從D至C到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，速度大小相等B.小球從A至C和從D至C到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，細(xì)線的拉力相等C.小球從A至C和從D至C到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，加速度相同D.小球從A至C和從D至C過程中，運(yùn)動(dòng)快慢一樣,答案,解析,圖10,解析由題意可知，當(dāng)進(jìn)入磁場(chǎng)后，才受到洛倫茲力作用，且力的方向與速度垂直，所以只有重力做功，則小球從A至C和從D至C到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，速度大小相等，加速度相同，從A至C和從D至C過程中，運(yùn)動(dòng)快慢也一樣，A、C、D正確；由于進(jìn)出磁場(chǎng)的方向不同，由左手定則可知，洛倫茲力方向不同，所以細(xì)線的拉力的大小不同，故B錯(cuò)誤.,達(dá)標(biāo)檢測(cè),解析由左手定則知打到a、b點(diǎn)的粒子帶負(fù)電，打到c、d點(diǎn)的粒子帶正電，D正確.,1.(洛倫茲力的方向)帶電粒子(重力不計(jì))穿過飽和蒸汽時(shí)，在它走過的路徑上飽和蒸汽便凝成小液滴，從而顯示粒子的徑跡，這是云室的原理，如圖11所示是云室的拍攝照片，云室中加了垂直于照片向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，圖中Oa、Ob、Oc、Od是從O點(diǎn)發(fā)出的四種粒子的徑跡，下列說法中正確的是A.四種粒子都帶正電B.四種粒子都帶負(fù)電C.打到a、b點(diǎn)的粒子帶正電D.打到c、d點(diǎn)的粒子帶正電,答案,1,2,3,4,解析,圖11,2.(速度選擇器)(多選)如圖12所示為速度選擇器裝置，場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)互相垂直.一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的粒子(不計(jì)重力)以速度v水平向右射入，粒子恰好沿直線穿過，則下列說法正確的是A.若帶電粒子帶電荷量為2q，粒子將向下偏轉(zhuǎn)B.若帶電粒子帶電荷量為2q，粒子仍能沿直線穿過C.若帶電粒子速度為2v，粒子不與極板相碰，則從右側(cè)射出時(shí)電勢(shì)能一定增加D.若帶電粒子從右側(cè)水平射入，粒子仍能沿直線穿過,1,2,3,4,圖12,答案,解析,解析粒子恰好沿直線穿過，電場(chǎng)力和洛倫茲力均垂直于速度，故合力為零，粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)；根據(jù)平衡條件，有：qvBqE，解得：v，只要粒子速度為，就能沿直線勻速通過速度選擇器，故A錯(cuò)誤，B正確；若帶電粒子速度為2v，電場(chǎng)力不變，洛倫茲力變?yōu)樵瓉淼?倍，故會(huì)偏轉(zhuǎn)，克服電場(chǎng)力做功，電勢(shì)能增加，故C正確；若帶電粒子從右側(cè)水平射入，電場(chǎng)力方向不變，洛倫茲力方向反向，故粒子一定偏轉(zhuǎn)，故D錯(cuò)誤.,1,2,3,4,3.(帶電粒子在磁場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng))帶電油滴以水平速度v0垂直進(jìn)入磁場(chǎng)，恰做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如圖13所示，若油滴質(zhì)量為m，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則下述說法正確的是A.油滴必帶正電荷，電荷量為B.油滴必帶正電荷，比荷C.油滴必帶負(fù)電荷，電荷量為D.油滴帶什么電荷都可以，只要滿足q,答案,圖13,1,2,3,4,解析,解析油滴水平向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，其所受的洛倫茲力必向上與重力平衡，故帶正電荷，其電荷量為q，A正確，C、D錯(cuò)誤；,1,2,3,4,4.(帶電體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng))如圖14所示，a為帶正電的小物塊，b是一不帶電的絕緣物塊(設(shè)a、b間無電荷轉(zhuǎn)移)，a、b疊放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng).現(xiàn)用水平恒力F拉b物塊，使a、b一起無相對(duì)滑動(dòng)地向左做加速運(yùn)動(dòng)，則在加速運(yùn)動(dòng)階段A.a對(duì)b的壓力不變B.a對(duì)b的壓力變大C.a、b物塊間的摩擦力變