探究洛倫茲力 滬科選修PPT課件

1、新知初探自學(xué)導(dǎo)引一、洛倫茲力_在磁場(chǎng)中所受的磁場(chǎng)的作用力叫做洛倫茲力通電導(dǎo)線所受到的安培力實(shí)際上是作用在運(yùn)動(dòng)電荷上的洛倫茲力的_二、洛倫茲力的方向和大小1洛倫茲力的方向：用_判定運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷宏觀表現(xiàn)宏觀表現(xiàn)左手定則左手定則第第1頁頁/共共49頁頁(1)判定負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)所受洛倫茲力的方向，應(yīng)使四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的_方向(2)洛倫茲力的方向總是既垂直于電荷_又垂直于_，即總是垂直于_所決定的平面但在這個(gè)平面內(nèi)電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向卻不一定垂直,當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，相反相反運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)方向磁場(chǎng)方向磁場(chǎng)方向速度和磁場(chǎng)速度和磁場(chǎng)第第2頁頁/共共49頁頁應(yīng)用左手定則不可能使四指指向電荷運(yùn)動(dòng)

2、方向的同時(shí)讓磁感線垂直穿入手心，這時(shí)只要磁感線從手心穿入即可2洛倫茲力的大?。篺_.若帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向之間的夾角為時(shí)，fqvBsin.qvB第第3頁頁/共共49頁頁想一想大家知道，在南極和北極地區(qū)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)美麗的極光，你知道極光產(chǎn)生的原因嗎？提示：太陽射出的飛往地球的帶電粒子，受到地磁場(chǎng)作用產(chǎn)生的圖551第第4頁頁/共共49頁頁三、研究帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1實(shí)驗(yàn)裝置：_演示儀，如圖552所示洛倫茲力洛倫茲力圖圖552第第5頁頁/共共49頁頁2實(shí)驗(yàn)原理：玻璃泡內(nèi)的電子槍(即陰極)發(fā)射 出 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ， 使 泡 內(nèi) 的 低 壓_發(fā)出輝光，這樣就可顯示出電

3、子的軌跡3實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象當(dāng)沒有磁場(chǎng)作用時(shí)，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡是_當(dāng)電子垂直射入磁場(chǎng)時(shí)，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡是_陰極射線陰極射線水銀蒸氣水銀蒸氣直線直線曲線曲線第第6頁頁/共共49頁頁四、帶電粒子的軌道半徑和周期3特點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn) 動(dòng) 時(shí) , 它 的 軌 道 半 徑 跟 粒 子 的 速 率 成_,而 運(yùn) 動(dòng) 周 期 跟 軌 道 半 徑 和 運(yùn) 動(dòng) 速 率_正比正比無關(guān)無關(guān)第第7頁頁/共共49頁頁要點(diǎn)探究講練互動(dòng)要點(diǎn)1洛倫茲力和安培力的關(guān)系學(xué)案導(dǎo)引1帶電粒子在磁場(chǎng)中一定受洛倫茲力嗎？2如何通過安培力推導(dǎo)洛倫茲力？第第8頁頁/共共49頁頁1洛倫茲力大小的推導(dǎo)如圖553所示，設(shè)有一段長(zhǎng)度為L(zhǎng)的通

4、電導(dǎo)線,垂直放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，若通過導(dǎo)線的電流為I，則該導(dǎo)線所受的安培力為F安ILB.圖553第第9頁頁/共共49頁頁若導(dǎo)線的橫截面積為S，單位體積內(nèi)含有的自由電荷數(shù)為n，每個(gè)自由電荷的電荷量為q，定向移動(dòng)速度為v，在時(shí)間t內(nèi)通過截面的電荷量QnSvtq.第第10頁頁/共共49頁頁整段導(dǎo)線所受的安培力F安可看做是作用在每個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷上的洛倫茲力F的合力,即F安Nf.則每個(gè)自由電荷所受的洛倫茲力f的大小為fqvB.2洛倫茲力與安培力的區(qū)別和聯(lián)系(1)區(qū)別：洛倫茲力是指單個(gè)運(yùn)動(dòng)帶電粒子所受的磁場(chǎng)力，而安培力是指通電直導(dǎo)線所受到的磁場(chǎng)力第第11頁頁/共共49頁頁洛倫茲力恒不做功，而安培力

5、可以做功(2)聯(lián)系：安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力的微觀解釋大小關(guān)系：F安NF洛(N是導(dǎo)體中定向運(yùn)動(dòng)的電荷數(shù))方向關(guān)系：洛倫茲力與安培力的方向一致,均可用左手定則進(jìn)行判斷第第12頁頁/共共49頁頁特別提醒：(1)洛倫茲力的方向始終與電荷的運(yùn)動(dòng)方向垂直，只改變速度的方向，不改變速度的大小(2)雖然安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，但也不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為安培力就等于所有定向移動(dòng)的電荷所受洛倫茲力的和，只有當(dāng)導(dǎo)體靜止時(shí)，二者才相等第第13頁頁/共共49頁頁如圖554所示，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，并說明洛倫茲力的方向例

6、1圖圖554第第14頁頁/共共49頁頁【思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)應(yīng)用fqvBsin求f大小時(shí)，明確的意義(2)應(yīng)用左手定則判定f方向時(shí)明確電荷的電性第第15頁頁/共共49頁頁【答案】見精講精析【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】(1)洛倫茲力方向的判斷與安洛倫茲力方向的判斷與安培力一樣，都是根據(jù)左手定則來判斷的，但培力一樣，都是根據(jù)左手定則來判斷的，但應(yīng)注意以下三點(diǎn)：應(yīng)注意以下三點(diǎn)：第第16頁頁/共共49頁頁洛倫茲力必垂直于v、B方向決定的平面v與B不一定垂直，當(dāng)不垂直時(shí)，磁感線不再垂直穿過手心當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷帶負(fù)電時(shí)，四指應(yīng)指向其運(yùn)動(dòng)的反方向(2)利用fqvBsin計(jì)算f的大小時(shí)，必須明確的意義

7、及大小第第17頁頁/共共49頁頁變式訓(xùn)練1關(guān)于電荷在磁場(chǎng)中的受力，下列說法中正確的是()A靜止的電荷一定不受洛倫茲力的作用，運(yùn)動(dòng)電荷一定受洛倫茲力的作用B洛倫茲力的方向有可能與磁場(chǎng)方向平行C洛倫茲力的方向一定與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向垂直第第18頁頁/共共49頁頁D帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，一定不受洛倫茲力的作用解析：選CD.由fqvBsin.當(dāng)Bv時(shí)，f0；當(dāng)v0時(shí)，f0，故A錯(cuò)、D對(duì)由左手定則知，f一定垂直于B且垂直于v，故B錯(cuò)、C對(duì)故選CD.第第19頁頁/共共49頁頁要點(diǎn)2帶電粒子在洛倫茲力作用下運(yùn)動(dòng)軌跡學(xué)案導(dǎo)引1帶電粒子僅在洛倫茲力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡是什么？2帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的軌跡

8、如何確定？第第20頁頁/共共49頁頁1圓心的確定帶電粒子垂直進(jìn)入一個(gè)有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)后的軌跡是一段圓弧，如何確定圓心是解決問題的前提，也是解題的關(guān)鍵首先，應(yīng)有一個(gè)最基本的思路：即圓心一定在與速度方向垂直的直線上在實(shí)際問題中圓心位置的確定極為重要，通常有兩種方法：第第21頁頁/共共49頁頁(1)已知入射方向和出射方向時(shí)，可通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直于入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌跡的圓心(如圖555所示，圖中P為入射點(diǎn)，M為出射點(diǎn))圖圖555第第22頁頁/共共49頁頁(2)已知入射方向和出射點(diǎn)的位置時(shí)，可以通過入射點(diǎn)作入射方向的垂線，連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，作其中垂線，這兩條垂線的

9、交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心(如圖556所示,P為入射點(diǎn),M為出射點(diǎn))圖圖556第第23頁頁/共共49頁頁2半徑的確定和計(jì)算如圖所示，利用平面幾何關(guān)系，求出該圓的可能半徑(或圓心角)并注意以下兩個(gè)重要的幾何特點(diǎn)：圖557第第24頁頁/共共49頁頁(1)粒子速度的偏向角()等于回旋角()，并等于AB弦與切線的夾角(弦切角)的2倍(如圖557)，即2t.(2)相對(duì)的弦切角()相等，與相鄰的弦切角()互補(bǔ)，即180.第第25頁頁/共共49頁頁第第26頁頁/共共49頁頁 (2011高考海南單科卷)空間存在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，圖中的正方形為其邊界一細(xì)束由兩種粒子組成的粒子流沿垂直于磁場(chǎng)的方向從O點(diǎn)入

10、射這兩種粒子帶同種電荷，它們的電荷量、質(zhì)量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子不計(jì)重力下列說法正確的是()例2圖558第第27頁頁/共共49頁頁A入射速度不同的粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間一定不同B入射速度相同的粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡一定相同C在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同的粒子，其運(yùn)動(dòng)軌跡一定相同D在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)的粒子，其軌跡所對(duì)的圓心角一定越大第第28頁頁/共共49頁頁【思路點(diǎn)撥】解此題要根據(jù)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，畫出運(yùn)動(dòng)軌跡，利用幾何關(guān)系分析第第29頁頁/共共49頁頁圖559第第30頁頁/共共49頁頁【答案】BD第第31頁頁/共共49頁頁變式訓(xùn)練2有一圓形邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，一束質(zhì)子

11、流以不同的速率，由圓周上的同一點(diǎn)沿半徑方向射入磁場(chǎng)，質(zhì)子在磁場(chǎng)中()A路程長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)B速率小的運(yùn)動(dòng)時(shí)間短C偏轉(zhuǎn)角度大的運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)D運(yùn)動(dòng)的時(shí)間有可能無限長(zhǎng)第第32頁頁/共共49頁頁解析：選C.質(zhì)子在圓形磁場(chǎng)中走過一段圓弧后離開圓形磁場(chǎng)區(qū)域，如圖所示，由幾何關(guān)系可知A、B、O、O四點(diǎn)共圓，tanR/rBqR/mv，質(zhì)子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2T/2T/，第第33頁頁/共共49頁頁由于周期不變，所以質(zhì)子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與成正比當(dāng)質(zhì)子的速度較小時(shí)，對(duì)應(yīng)的較大，即運(yùn)動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)；粒子偏轉(zhuǎn)角度大時(shí)對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間也長(zhǎng)，由于質(zhì)子最終將離開圓形磁場(chǎng)，所以在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不可能無限長(zhǎng)，本題的正確選項(xiàng)是C.第

12、第34頁頁/共共49頁頁磁場(chǎng)中的力學(xué)綜合問題經(jīng)典案例(10分)一個(gè)質(zhì)量為m0.1 g的小滑塊，帶有q5104 C的電荷量，放置在傾角30的光滑斜面上(絕緣)，斜面置于B0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，如圖5510所示小滑塊由靜止開始沿斜面下滑，其斜面足夠長(zhǎng)，小滑塊滑至某一位置時(shí)要離開斜面(取g10 m/s2)求：熱點(diǎn)示例創(chuàng)新拓展第第35頁頁/共共49頁頁(1)小滑塊帶何種電荷？(2)小滑塊離開斜面時(shí)的瞬時(shí)速度多大？(3)該斜面的長(zhǎng)度至少多長(zhǎng)？【審題指導(dǎo)】審題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)由受力分析判定洛倫茲力方向，再結(jié)合左手定則判定小滑塊帶電電性(2)由分離的條件N0求得洛倫茲力的大小

13、，進(jìn)一步求v的大小圖5510第第36頁頁/共共49頁頁【解題樣板】(1)小滑塊沿斜面下滑的過程中，受重力mg、斜面支持力N和洛倫茲力f.若要小滑塊離開斜面，洛倫茲力f方向應(yīng)垂直斜面向上，根據(jù)左手定則可知，小滑塊應(yīng)帶有負(fù)電荷(3分)(2)小滑塊沿斜面下滑時(shí),垂直斜面方向的加速度為零,有qvBNmgcos0，當(dāng)N0時(shí)，第第37頁頁/共共49頁頁第第38頁頁/共共49頁頁第第39頁頁/共共49頁頁【 答 案 】 ( 1 ) 帶 負(fù) 電 ( 2 ) 3 . 4 6 m / s(3)1.2 m【借題發(fā)揮】解決此類問題應(yīng)做到：(1)對(duì)物體進(jìn)行正確的受力分析和運(yùn)動(dòng)分析(2)理解兩物體分離的臨界條件(3)正確選擇物理學(xué)規(guī)律第第40頁頁/共共49頁頁名師講壇精品資源1洛倫茲力和電場(chǎng)力的比較洛倫茲力洛倫茲力電場(chǎng)力電場(chǎng)力性質(zhì)性質(zhì)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電電荷荷的作用力的作用力電場(chǎng)對(duì)電荷電場(chǎng)對(duì)電荷的的作作用力用力產(chǎn)產(chǎn)生生條件條件在磁場(chǎng)中在磁場(chǎng)中v0且且v與與B不平行不平行在電場(chǎng)中，在電場(chǎng)中，與與v無關(guān)無關(guān)大小大小f洛洛qvBsinF電電qE第第41頁頁/共共49頁頁洛倫茲力洛倫茲力電場(chǎng)力電場(chǎng)力方向方向f洛洛B，f洛洛v，遵遵循左手定則循左手定則F電電總與總與E同向或同向或反反向向，與，與v方向無關(guān)方向無關(guān)作用作用效果效果f洛洛只改變只改變v的的方方向向，不改變，不改變v的大小的大小F電電既可改變