高中物理人教版課件選修3-1 3.5運動電荷在磁場中受到的力（數(shù)理化網(wǎng) 為您收集整理）

1、5 運動電荷在磁場中受到的力1.1.知道洛倫茲力的方向與電荷運動方向及磁感應(yīng)強度方向的關(guān)知道洛倫茲力的方向與電荷運動方向及磁感應(yīng)強度方向的關(guān)系，會應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力的方向。系，會應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力的方向。2.2.知道洛倫茲力公式的推導(dǎo)過程，會應(yīng)用公式計算洛倫茲力的知道洛倫茲力公式的推導(dǎo)過程，會應(yīng)用公式計算洛倫茲力的大小。大小。3.3.知道電視顯像管的基本構(gòu)造和工作原理。知道電視顯像管的基本構(gòu)造和工作原理。 重點：重點：1.1.會用左手定則判斷洛倫茲力方向。會用左手定則判斷洛倫茲力方向。 2.2.會應(yīng)用洛倫茲力公式計算洛倫茲力大小。會應(yīng)用洛倫茲力公式計算洛倫茲力大小。難點：難點：1.

2、1.洛倫茲力方向的探究過程。洛倫茲力方向的探究過程。 2.2.洛倫茲力公式的推導(dǎo)過程。洛倫茲力公式的推導(dǎo)過程。一、洛倫茲力及其方向一、洛倫茲力及其方向1.1.洛倫茲力洛倫茲力(1)(1)定義：定義：_(A._(A.運動運動B.B.靜止靜止) )電荷在磁場中所受的力。電荷在磁場中所受的力。(2)(2)與安培力的關(guān)系：通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力是洛倫與安培力的關(guān)系：通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力是洛倫茲力的茲力的_，而洛倫茲力是安培力的微觀解釋。，而洛倫茲力是安培力的微觀解釋。A A宏觀表現(xiàn)宏觀表現(xiàn)2 2洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向(1)(1)左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都左

3、手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)。讓與手掌在同一平面內(nèi)。讓_從掌心進入，并使從掌心進入，并使_指向指向正電荷運動方向，這時正電荷運動方向，這時_所指的方向就是運動的正電荷在磁所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。場中所受洛倫茲力的方向。(2)(2)特點：洛倫茲力的方向與電荷運動方向和磁場方向都特點：洛倫茲力的方向與電荷運動方向和磁場方向都_，洛倫茲力只改變帶電粒子的運動方向，不改變速度大小，對電洛倫茲力只改變帶電粒子的運動方向，不改變速度大小，對電荷荷_(A._(A.做功做功B.B.不做功不做功) )。 磁感線磁感線四指四指拇指拇指垂直垂直B

4、 B二、洛倫茲力的大小、電視顯像管的工作原理二、洛倫茲力的大小、電視顯像管的工作原理1.1.洛倫茲力的大小洛倫茲力的大小(1)(1)一般公式：一般公式：F=_F=_，其中，其中為速度方向與磁感應(yīng)強為速度方向與磁感應(yīng)強度方向的夾角。度方向的夾角。(2)(2)當當vBvB時，時，F(xiàn)=_F=_。(3)(3)當當vBvB時，時，F(xiàn)=_F=_。qvBsinqvBsinqvBqvB0 02.2.電視顯像管的工作原理電視顯像管的工作原理(1)(1)電視顯像管應(yīng)用了電視顯像管應(yīng)用了_的原理。的原理。(2)(2)掃描：電子束打在熒光屏上的位置在掃描：電子束打在熒光屏上的位置在_的控制下的控制下一行一行地不斷移動

5、。一行一行地不斷移動。(3)(3)偏轉(zhuǎn)線圈：產(chǎn)生使偏轉(zhuǎn)線圈：產(chǎn)生使_的磁場。的磁場。電子束磁偏轉(zhuǎn)電子束磁偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)磁場偏轉(zhuǎn)磁場電子束偏轉(zhuǎn)電子束偏轉(zhuǎn)【判一判【判一判】(1)(1)在應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力的方向時，四指一定指向電在應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力的方向時，四指一定指向電荷運動方向。荷運動方向。( )( )(2)(2)電荷在磁場中一定會受到磁場力的作用。電荷在磁場中一定會受到磁場力的作用。( )( )(3)(3)僅在洛倫茲力作用下，電荷的動能一定不會變化。僅在洛倫茲力作用下，電荷的動能一定不會變化。( )( )(4)(4)電視顯像管是靠電場使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)的。電視顯像管是靠電場使電子束發(fā)生偏

6、轉(zhuǎn)的。( ) ( ) 提示：提示：(1)(1)根據(jù)左手定則，四指所指的方向為正電荷運動的方向根據(jù)左手定則，四指所指的方向為正電荷運動的方向或負電荷運動的反方向，故或負電荷運動的反方向，故(1)(1)錯誤。錯誤。(2)(2)當電荷在磁場中靜止或沿著磁場方向運動時，電荷不會受到當電荷在磁場中靜止或沿著磁場方向運動時，電荷不會受到磁場力作用，故磁場力作用，故(2)(2)錯誤。錯誤。(3)(3)由于洛倫茲力方向與電荷運動方向垂直，洛倫茲力不做功，由于洛倫茲力方向與電荷運動方向垂直，洛倫茲力不做功，所以電荷動能不會改變，故所以電荷動能不會改變，故(3)(3)正確。正確。(4)(4)電視顯像管是靠偏轉(zhuǎn)磁場

7、使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)的，故電視顯像管是靠偏轉(zhuǎn)磁場使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)的，故(4)(4)錯誤。錯誤。 探究洛倫茲力的方向探究洛倫茲力的方向1.1.演示如圖演示如圖“用陰極射線管研究磁場對運動電荷的作用用陰極射線管研究磁場對運動電荷的作用”實驗，實驗，探究以下問題。探究以下問題。(1)(1)當陰極射線管不加磁場時，觀察到電子束沿直線運動當陰極射線管不加磁場時，觀察到電子束沿直線運動( (如圖如圖甲甲) )，加上磁場后觀察到電子束發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，并且改變磁場方，加上磁場后觀察到電子束發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，并且改變磁場方向，偏轉(zhuǎn)方向也改變，說明了什么？向，偏轉(zhuǎn)方向也改變，說明了什么？提示：提示：加上磁場后電子束發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，

8、說明磁場對運動電荷有加上磁場后電子束發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明磁場對運動電荷有作用力作用力( (洛倫茲力洛倫茲力) )；磁場方向不同，偏轉(zhuǎn)方向也不同，說明洛；磁場方向不同，偏轉(zhuǎn)方向也不同，說明洛倫茲力的方向與磁場方向有關(guān)。倫茲力的方向與磁場方向有關(guān)。(2)(2)你能否根據(jù)電子束受力方向與磁場方向的關(guān)系，結(jié)合安培你能否根據(jù)電子束受力方向與磁場方向的關(guān)系，結(jié)合安培力的方向的判斷方法，總結(jié)出帶電粒子在磁場中所受洛倫茲力力的方向的判斷方法，總結(jié)出帶電粒子在磁場中所受洛倫茲力方向的判斷方法？方向的判斷方法？【思路分析【思路分析】引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)判斷安培力方向的左手定則推導(dǎo)出引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)判斷安培力方向的左手定則推導(dǎo)出判

9、斷洛倫茲力方向的左手定則是本節(jié)的一個重點問題，教師可判斷洛倫茲力方向的左手定則是本節(jié)的一個重點問題，教師可引導(dǎo)學(xué)生回顧電流方向的規(guī)定，明確正電荷運動方向即為電流引導(dǎo)學(xué)生回顧電流方向的規(guī)定，明確正電荷運動方向即為電流方向，從而把兩個左手定則統(tǒng)一起來。方向，從而把兩個左手定則統(tǒng)一起來。提示：提示：可以用左手定則判斷洛倫茲力方向：伸開左手，使拇指可以用左手定則判斷洛倫茲力方向：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)。讓磁感線與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)。讓磁感線從掌心進入，并使四指指向正電荷運動方向，這時拇指所指的從掌心進入，并使四指指向正電荷運動方向，這時拇指

10、所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。2.2.洛倫茲力的方向與運動電荷的電性、速度方向及磁場的方向洛倫茲力的方向與運動電荷的電性、速度方向及磁場的方向間的關(guān)系是怎樣的？間的關(guān)系是怎樣的？提示：提示：(1)(1)洛倫茲力的方向總是與電荷運動方向和磁場方向都洛倫茲力的方向總是與電荷運動方向和磁場方向都垂直，即洛倫茲力的方向總是垂直于電荷運動方向和磁場方向垂直，即洛倫茲力的方向總是垂直于電荷運動方向和磁場方向所決定的平面。所決定的平面。(2)F(2)F、B B、v v三者的方向關(guān)系是：三者的方向關(guān)系是：FBFB，F(xiàn)vFv，但，但B B與

11、與v v不一定垂不一定垂直。直?！菊`區(qū)警示【誤區(qū)警示】對于洛倫茲力、電荷運動方向和磁場方向的空間對于洛倫茲力、電荷運動方向和磁場方向的空間關(guān)系，學(xué)生常常誤認為三者兩兩垂直，教師要向?qū)W生講清：洛關(guān)系，學(xué)生常常誤認為三者兩兩垂直，教師要向?qū)W生講清：洛倫茲力的方向一定與電荷運動方向、磁場方向都垂直，但電荷倫茲力的方向一定與電荷運動方向、磁場方向都垂直，但電荷的運動方向與磁場方向可以成任意角度。的運動方向與磁場方向可以成任意角度?！局R點撥【知識點撥】洛倫茲力與安培力的關(guān)系洛倫茲力與安培力的關(guān)系(1)(1)洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，而安培力是洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，而安培

12、力是導(dǎo)體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。導(dǎo)體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。(2)(2)盡管安培力是自由電荷定向移動時受到的洛倫茲力的宏觀盡管安培力是自由電荷定向移動時受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，但也不能認為安培力就簡單地等于所有定向移動電荷所表現(xiàn)，但也不能認為安培力就簡單地等于所有定向移動電荷所受洛倫茲力的和，一般只有當導(dǎo)體靜止時才能這樣認為。受洛倫茲力的和，一般只有當導(dǎo)體靜止時才能這樣認為。(3)(3)洛倫茲力恒不做功，但安培力卻可以做功。洛倫茲力恒不做功，但安培力卻可以做功?？梢姲才嗔εc洛倫茲力既有緊密相關(guān)、不可分割的必然聯(lián)系，可見安培力與洛倫茲力既有緊

13、密相關(guān)、不可分割的必然聯(lián)系，也有顯著的區(qū)別。也有顯著的區(qū)別?！咎骄繗w納【探究歸納】1.1.洛倫茲力的方向可用左手定則判斷。洛倫茲力的方向可用左手定則判斷。2.2.洛倫茲力的方向與電荷運動方向和磁場方向都垂直，因而洛洛倫茲力的方向與電荷運動方向和磁場方向都垂直，因而洛倫茲力只改變帶電粒子的運動方向，不改變速度大小，對電荷倫茲力只改變帶電粒子的運動方向，不改變速度大小，對電荷不做功，但電荷的運動方向與磁場方向不一定垂直。不做功，但電荷的運動方向與磁場方向不一定垂直?！镜淅镜淅? 1】(2012(2012廣州高二檢測廣州高二檢測) )在圖中，洛倫茲力的方向判在圖中，洛倫茲力的方向判斷不正確的是斷不

14、正確的是( )( )【解析【解析】選選B B、C C。根據(jù)左手定則可以判斷。根據(jù)左手定則可以判斷A A、D D的方向都正確，的方向都正確，B B的洛倫茲力方向向下，的洛倫茲力方向向下，C C的運動方向與磁場方向平行，不受洛的運動方向與磁場方向平行，不受洛倫茲力，所以選倫茲力，所以選B B、C C?！疽?guī)律方法【規(guī)律方法】左手定則的應(yīng)用左手定則的應(yīng)用(1)(1)決定洛倫茲力方向的因素有三個：電荷的電性決定洛倫茲力方向的因素有三個：電荷的電性( (正、負正、負) )、速度方向、磁感應(yīng)強度的方向。當電荷電性一定時，其他兩個速度方向、磁感應(yīng)強度的方向。當電荷電性一定時，其他兩個因素中，如果只讓一個因素相

15、反，則洛倫茲力方向必定相反因素中，如果只讓一個因素相反，則洛倫茲力方向必定相反; ;如果同時讓兩個因素相反，則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔?。如果同時讓兩個因素相反，則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔儭?2)(2)判斷負電荷在磁場中運動所受洛倫茲力的方向，四個手指判斷負電荷在磁場中運動所受洛倫茲力的方向，四個手指要指向負電荷運動的相反方向。要指向負電荷運動的相反方向。【變式訓(xùn)練【變式訓(xùn)練】(2012(2012廣安高二檢測廣安高二檢測) )每時每刻都有大量宇宙射每時每刻都有大量宇宙射線向地球射來，地磁場可以改變射線中大多數(shù)帶電粒子的運動線向地球射來，地磁場可以改變射線中大多數(shù)帶電粒子的運動方向，使它們不能到達地面，這對地

16、球上的生命有十分重要的方向，使它們不能到達地面，這對地球上的生命有十分重要的意義。假設(shè)有一個帶正電的宇宙射線粒子正垂直于地面向赤道意義。假設(shè)有一個帶正電的宇宙射線粒子正垂直于地面向赤道射來，在地磁場的作用下，它將射來，在地磁場的作用下，它將( )( )A A向東偏轉(zhuǎn)向東偏轉(zhuǎn) B B向南偏轉(zhuǎn)向南偏轉(zhuǎn)C C向西偏轉(zhuǎn)向西偏轉(zhuǎn) D D向北偏轉(zhuǎn)向北偏轉(zhuǎn)【解析【解析】選選A A。赤道上的地磁場方向水平向北，根據(jù)左手定則。赤道上的地磁場方向水平向北，根據(jù)左手定則可以判斷粒子向東偏轉(zhuǎn)，所以可以判斷粒子向東偏轉(zhuǎn)，所以A A正確。正確。 探究洛倫茲力的大小探究洛倫茲力的大小 電視機顯像管的工作原理電視機顯像管的工

17、作原理1.1.探究洛倫茲力的大小探究洛倫茲力的大小安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，即一段導(dǎo)體所受安培力等于該段導(dǎo)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，即一段導(dǎo)體所受安培力等于該段導(dǎo)體內(nèi)所有電荷定向移動時所受洛倫茲力的合力，試根據(jù)這一思路，體內(nèi)所有電荷定向移動時所受洛倫茲力的合力，試根據(jù)這一思路，建立物理模型，推導(dǎo)洛倫茲力的計算公式。建立物理模型，推導(dǎo)洛倫茲力的計算公式。提示：提示：如圖，設(shè)導(dǎo)體內(nèi)單位體積上自由電如圖，設(shè)導(dǎo)體內(nèi)單位體積上自由電荷數(shù)為荷數(shù)為n n，自由電荷的電荷量為，自由電荷的電荷量為q q，定向移，定向移動的速度為動的速度為v v，設(shè)長度為，設(shè)長度為L L的導(dǎo)線中的自由的導(dǎo)線中的自由電荷在電荷

18、在t t秒內(nèi)全部通過面積為秒內(nèi)全部通過面積為S S的截面的截面A A，則通過的電荷量則通過的電荷量Q QnqSLnqSLnqSnqSvtvt，當導(dǎo)體與磁場垂直時，當導(dǎo)體與磁場垂直時， 所以洛倫茲力所以洛倫茲力故故F FqvBqvB。當電荷運動方向與磁場方向夾角為。當電荷運動方向與磁場方向夾角為時，電荷所時，電荷所受的洛倫茲力為受的洛倫茲力為F FqvBsinqvBsin。QnqSvtFBILBLBLBqv SnLtt安，F(xiàn)FSnL安，2.2.如圖所示是顯像管原理示意圖，試思考討論下列問題如圖所示是顯像管原理示意圖，試思考討論下列問題: :(1)(1)要使電子打在要使電子打在A A點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)

19、該沿什么方向點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向? ?(2)(2)要使電子打在要使電子打在B B點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向? ?(3)(3)要使電子從要使電子從A A點向點向B B點逐漸移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化點逐漸移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化? ?提示：提示：(1)(1)由左手定則判定知，要使電子打在由左手定則判定知，要使電子打在A A點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該垂直紙面向外。該垂直紙面向外。(2)(2)要使電子打在要使電子打在B B點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該垂直紙面向里。點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該垂直紙面向里。(3)(3)要使電子從要使電子從A A點向點向B B點逐漸移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該先垂直

20、紙面點逐漸移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該先垂直紙面向外并逐漸減小，然后垂直紙面向里并逐漸增大。向外并逐漸減小，然后垂直紙面向里并逐漸增大。3.3.洛倫茲力和電場力是兩種不同性質(zhì)的力，你能根據(jù)下表比較洛倫茲力和電場力是兩種不同性質(zhì)的力，你能根據(jù)下表比較這兩種力的異同嗎？這兩種力的異同嗎？提示：提示：磁場磁場電場電場左手左手定則定則垂直垂直電場電場一致一致相反相反qvBqvBqEqE方向方向大小大小一定一定【探究歸納【探究歸納】 1.1.洛倫茲力的大小洛倫茲力的大小F=qvBsinF=qvBsin。2.2.電視顯像管的原理電視顯像管的原理(1)(1)發(fā)光原理：電子打在熒光屏上發(fā)光。發(fā)光原理：電子打在熒光屏上發(fā)

21、光。(2)(2)偏轉(zhuǎn)原理：電子束在磁場中受力偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)原理：電子束在磁場中受力偏轉(zhuǎn)。(3)(3)掃描原理：偏轉(zhuǎn)磁場的方向、強弱不斷變化，導(dǎo)致發(fā)光點不掃描原理：偏轉(zhuǎn)磁場的方向、強弱不斷變化，導(dǎo)致發(fā)光點不斷移動。斷移動。【典例【典例2 2】(2012(2012宜春高二檢測宜春高二檢測) )質(zhì)量為質(zhì)量為m m、帶電量為帶電量為q q的小球，從傾角為的小球，從傾角為的光滑絕緣的光滑絕緣斜面上由靜止下滑，整個斜面置于方向水斜面上由靜止下滑，整個斜面置于方向水平向外的勻強磁場中，其磁感應(yīng)強度為平向外的勻強磁場中，其磁感應(yīng)強度為B B，如圖所示。若帶電小球下滑后某時刻對斜面的作用力恰好為零，如圖所示。若帶電

22、小球下滑后某時刻對斜面的作用力恰好為零，下面說法中正確的是下面說法中正確的是( )( )A.A.小球帶正電小球帶正電 B.B.小球在斜面上運動時做勻加速直線運動小球在斜面上運動時做勻加速直線運動C.C.小球在斜面上運動時做加速度增大，而速度也增大的變加速小球在斜面上運動時做加速度增大，而速度也增大的變加速直線運動直線運動D.D.小球在斜面上下滑過程中，當小球?qū)π泵鎵毫榱銜r的速率小球在斜面上下滑過程中，當小球?qū)π泵鎵毫榱銜r的速率為為mgcosqB【解析【解析】選選A A、B B、D D。要使小球?qū)π泵娴膲毫榱?，小球所受。要使小球?qū)π泵娴膲毫榱悖∏蛩苈鍌惼澚Φ姆较驊?yīng)該垂直于運動方向向上

23、，根據(jù)左手定則可以洛倫茲力的方向應(yīng)該垂直于運動方向向上，根據(jù)左手定則可以判斷判斷A A正確；對小球受力分析可以判斷小球受的合外力大小為正確；對小球受力分析可以判斷小球受的合外力大小為mgsinmgsin，所以小球做勻加速直線運動，所以小球做勻加速直線運動，B B正確，正確，C C錯誤；當小錯誤；當小球?qū)π泵鎵毫榱銜r，球?qū)π泵鎵毫榱銜r，qvB=mgcosqvB=mgcos，所以，所以 D D正確。正確。mgcosvqB，【規(guī)律方法【規(guī)律方法】帶電體在磁場中運動問題的解題思路帶電體在磁場中運動問題的解題思路(1)(1)對帶電體進行受力分析，研究各方向上的受力特點，特別是對帶電體進行受力分析，研

24、究各方向上的受力特點，特別是對沿帶電體的運動方向和垂直運動方向上的力進行分析。對沿帶電體的運動方向和垂直運動方向上的力進行分析。(2)(2)應(yīng)用牛頓運動定律、力與加速度的瞬時關(guān)系解決問題。應(yīng)用牛頓運動定律、力與加速度的瞬時關(guān)系解決問題?！咀兪接?xùn)練【變式訓(xùn)練】如圖所示，甲是一個帶正電如圖所示，甲是一個帶正電的小物塊，乙是一個不帶電的絕緣物塊，的小物塊，乙是一個不帶電的絕緣物塊，甲、乙疊放在一起靜置于粗糙的水平地板甲、乙疊放在一起靜置于粗糙的水平地板上，地板上方空間有垂直紙面向里的勻強上，地板上方空間有垂直紙面向里的勻強磁場，現(xiàn)用水平恒力拉乙物塊，使甲、乙無相對滑動地一起水磁場，現(xiàn)用水平恒力拉乙物

25、塊，使甲、乙無相對滑動地一起水平向左加速運動，在加速運動階段平向左加速運動，在加速運動階段( )( )A.A.乙物塊與地之間的摩擦力不斷增大乙物塊與地之間的摩擦力不斷增大B.B.甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷增大甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷增大C.C.甲、乙兩物塊間的摩擦力大小不變甲、乙兩物塊間的摩擦力大小不變D.D.甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷減小甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷減小【解析【解析】選選 A A、D D。整體受力分析，豎直方向受向下的重力、洛。整體受力分析，豎直方向受向下的重力、洛倫茲力和向上的支持力，且三力平衡，水平方向受向左的拉力倫茲力和向上的支持力，且三力平衡，水平方向受向左的拉力F F和向右的地面給的摩擦力。隨著速度的增加，洛倫茲