高中物理 第3章 磁場(chǎng) 3.5 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力課件 新人教選修31

1、2021/8/11 星期三1第三章 磁 場(chǎng) 第五節(jié) 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力2021/8/11 星期三2【思考 】電視機(jī)顯像管中的電子只是細(xì)細(xì)的一束，為什么能使整個(gè)屏幕發(fā)光？【思考 】從宇宙深處射來(lái)的帶電粒子為什么只在地球的兩極引起極光？2021/8/11 星期三3瑞典斯特哥爾摩的極光美國(guó)阿拉斯加州的極光北極極光德國(guó)下薩可森州極光南極極光冰島的極光2021/8/11 星期三41、判斷安培力的方向：II2、安培力大小的一般計(jì)算方法： FF一、復(fù)習(xí)2021/8/11 星期三5思考：1、磁場(chǎng)對(duì)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(gè)力其實(shí)是作用在電荷上的？2021/8/1

2、1 星期三6運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中會(huì)受到作用力嗎？I推理與猜想2021/8/11 星期三7洛倫茲（18531928） 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(jiǎng)。為紀(jì)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)”。2021/8/11 星期三8演示：陰極射線在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)1、沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，接通高壓電源可以觀察到什么現(xiàn)象。2、光束實(shí)質(zhì)上是什么？3、若在電子束的路徑上加磁場(chǎng)，可以觀察到什么現(xiàn)象？4、改變磁場(chǎng)的方向，通過(guò)觀查從而判斷運(yùn)動(dòng)的電子在各個(gè)方向磁場(chǎng)中的受力方向。20

3、21/8/11 星期三9【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 】在沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí)，電子束沿直線運(yùn)動(dòng)，將磁鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了彎曲。 【實(shí)驗(yàn)結(jié)論 】磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力叫做洛倫茲力2021/8/11 星期三10二、探究洛倫茲力的方向：安培力是磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力電流是電荷的定向移動(dòng)形成的 洛倫茲力是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力實(shí)質(zhì)是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn) 動(dòng)電荷的作用力洛倫茲力的方向可以用 左手定則判定 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：理論推導(dǎo):猜想：猜想正確2021/8/11 星期三11洛倫茲力的方向-左手定則vv1、伸開(kāi)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(chǎng)中，讓磁感線垂

4、直穿過(guò)手心，若四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)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(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向，那么拇指所指的方向就是負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向。ff2021/8/11 星期三12vvBvff垂直紙面向外 試判斷下圖中的帶電粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受的洛倫茲力的方向 1、可見(jiàn)：以相同速度進(jìn)入同一磁場(chǎng)的正負(fù)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(chǎng)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(chǎng)B的方向又垂直于電荷運(yùn)動(dòng)速度v的方向練一練：2021/8/11 星期三13練一練： 試判斷各圖中帶電粒子受洛倫

5、茲力的方向，或帶電粒子的電性、或帶點(diǎn)粒子的運(yùn)動(dòng)方向。vffvv洛倫茲力方向垂直紙面向里洛倫茲力方向垂直紙面向外v2021/8/11 星期三14試判斷下圖中的帶電粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受的洛倫茲力的情況如何？ v01、當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，洛倫茲力最小-f=0。 想一想：如果帶電粒子射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)（不計(jì)粒子重力）,初速度vo跟磁感強(qiáng)度B的方向平行,粒子將做什么運(yùn)動(dòng)？以初速度v0做勻速直線運(yùn)動(dòng)三、洛倫茲力的大小類比：我們知道：當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向平行時(shí)安培力等于0 。2021/8/11 星期三152、當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，洛倫茲力f最大；vqB實(shí)驗(yàn)表明：磁場(chǎng)越強(qiáng)（磁感強(qiáng)

6、度越大）、電荷量越大、運(yùn)動(dòng)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(jiàn):當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí)洛倫茲力的大小跟三個(gè)因素相關(guān)：磁感應(yīng)強(qiáng)度B 電荷量q 電荷運(yùn)動(dòng)快慢 v總結(jié)：洛侖茲力：f=qVB (V垂直B）2021/8/11 星期三16V想一想若此電子不垂直射入磁場(chǎng)， 電子受到的洛倫茲力又如何呢 ？B1B22021/8/11 星期三17四、探究洛倫茲力的表達(dá)式： 設(shè)有一段長(zhǎng)為L(zhǎng)，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(gè)自由電荷的電荷量為q，自由電荷定向移動(dòng)的速率為v。這段通電導(dǎo)線垂直磁場(chǎng)方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，求（1）電流強(qiáng)度I。（2）通電導(dǎo)線所受的

7、安培力。（3）這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電荷數(shù)。（4）每個(gè)電荷所受的洛倫茲力。2021/8/11 星期三18如果通電導(dǎo)線不和磁場(chǎng)方向垂直，怎么辦？(適用條件：速度方向與磁場(chǎng)方向垂直)速度v與磁場(chǎng)B的方向夾角為時(shí)I=nqsvF安ILB（nqsv）LB總電荷數(shù)：nsLF洛VB2021/8/11 星期三19V 問(wèn)題若此電子不垂直射入磁場(chǎng)，電子受到的洛倫茲力又如何呢 ？洛倫茲力：F=qVB (V垂直B）B1B22021/8/11 星期三20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(yùn)動(dòng)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(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的

8、作用力洛倫茲力與安培力的關(guān)系：2021/8/11 星期三21洛倫茲力和電場(chǎng)力的區(qū)別：電荷在電場(chǎng)中一定受到電場(chǎng)力的作用，與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)；而電荷在磁場(chǎng)中不一定受到磁場(chǎng)力作用，只有相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)且運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向不平行的電荷才受磁場(chǎng)力作用。2.大小：F電Eq,F洛=Bqvsin。3.電荷所受電場(chǎng)力方向總是平行于電場(chǎng)線的切線方向；而電荷所受磁場(chǎng)力的方向總是既垂直于磁場(chǎng)方向，又垂直于運(yùn)動(dòng)方向。4.電場(chǎng)力要對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功（電荷在等勢(shì)面上運(yùn)動(dòng)除外）；而電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)力一定不會(huì)對(duì)電荷做功。2021/8/11 星期三221、當(dāng)一帶正電q的粒子以速度v沿螺線管中軸線進(jìn)入該通電螺線管，若不計(jì)重力，則

9、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：2021/8/11 星期三23 2、擺長(zhǎng)為L(zhǎng)的單擺在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中擺動(dòng)，擺動(dòng)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(qiáng)度為B，當(dāng)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(yùn)動(dòng)中洛倫茲力不做功，由動(dòng)能定理得： 2021/8/11 星期三24 擺球在最低點(diǎn)時(shí)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(dāng)擺球向右擺時(shí)，2。當(dāng)擺球向左擺時(shí)，2021/8/11 星期三25例題： 質(zhì)量m=0.110-3kg的小物塊，帶有電量為 q=510-4C的正電荷，放在斜面上，斜面的傾角=30，物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.4。設(shè)整個(gè)斜面放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，B=0.5T，方向如圖，若斜面足夠長(zhǎng)，問(wèn)：（1）物塊下滑時(shí)，能達(dá)到的最大速率為多少？（2）如果將磁場(chǎng)反向，其他條件不變，物塊下滑時(shí)將發(fā)生什么情況？ 2021/8/11 星期三26五 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2021/8/11 星期三27【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(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(diǎn)，磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向？3若要使電子束打在熒光屏上的位置由逐漸