高中物理選修3-1第三章第五節(jié)

第三章磁場(chǎng)第五節(jié)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力1.知道什么是洛倫茲力。2.利用左手定則會(huì)判斷洛倫茲力的方向，(重點(diǎn)）理解洛倫茲力對(duì)電荷不做功（難點(diǎn)）3.掌握洛倫茲力大小的推理過(guò)程。4.掌握垂直進(jìn)入磁場(chǎng)方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計(jì)算。（重點(diǎn)）5.了解電視機(jī)顯像管的工作原理。復(fù)習(xí)回顧方向:IB30°IB安培力:1、通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力大小:FF左手定則磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線（電流）有力的作用，而電流是電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成的，由此你想到了什么？磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷也有力的作用。導(dǎo)體中的電流是由電荷的定向移動(dòng)產(chǎn)生的電流是如何形成的？洛倫茲（1853─1928）一、洛倫茲力2.洛倫茲力與安培力的關(guān)系：

1.磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用，這個(gè)力叫做洛侖茲力。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本質(zhì)。安培力洛侖茲力磁場(chǎng)對(duì)電流的作用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用因果微觀原因宏觀表現(xiàn)猜想：能不能用左手定則來(lái)判定？推理：我們?cè)?jīng)用左手定則判定安培力的方向。大量定向移動(dòng)電荷所受洛倫茲力宏觀表現(xiàn)為安培力，因此，可以用左手定則判定洛倫茲力的方向。驗(yàn)證：嘗試不同方向的磁場(chǎng)對(duì)電子束的不同影響，判斷運(yùn)動(dòng)的電子束在各種方向的磁場(chǎng)中的受力方向。

洛侖茲力F洛

的方向如何確定？v1.伸開(kāi)左手，使拇指與其余四指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過(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是正電荷所受洛倫茲力的方向。F洛F洛二、洛倫茲力的方向─左手定則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。v7BvF洛1.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．洛倫茲力的方向既垂直于磁場(chǎng)，又垂直于速度，即垂直于v和B所組成的平面。3．洛倫茲力對(duì)電荷不做功，只改變速度的方向，不改變速度的大小。例1.試判斷下圖中的帶電粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受洛倫茲力的方向。FFF

垂直于紙面向外F

垂直于紙面向外vBvBvBvB變式．電荷的速度方向、磁場(chǎng)方向和電荷的受力方向之間關(guān)系正確的是()A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

v0

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)試判斷：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？v0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。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洛=0。實(shí)驗(yàn)表明：磁場(chǎng)越強(qiáng)（磁感強(qiáng)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?？梢?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。v0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洛最大。洛倫茲力大小可能會(huì)與哪些因素有關(guān)?vvvv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)通電導(dǎo)線中的電流.(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(gè)電荷所受的洛倫茲力.（1）通電導(dǎo)線中的電流（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(gè)電荷所受的洛倫茲力IF安洛倫茲力公式理論推導(dǎo)：設(shè)有一段長(zhǎng)為L(zhǎng)，橫截面積為S的直導(dǎo)線(如圖)，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:vI=nqvSF安

=BIL=B(nqvS)LN=nSL(v⊥B)三、洛倫茲力的大小電荷量為q

的粒子以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，那么粒子所受的洛倫茲力為：F洛

=qvB當(dāng)

v∥B時(shí)，

F洛

=0問(wèn)題:若帶電粒子不垂直射入磁場(chǎng),粒子受到的洛倫茲力又如何呢?v2v1vθF洛

=qvBsinθ

(θ

為

B與

v的夾角

)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(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)電荷的作用力。洛倫茲力與安培力的關(guān)系思考與討論（1）洛倫茲力方向與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向有什么關(guān)系？洛倫茲力方向與帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直（2）洛倫茲力帶電粒子運(yùn)動(dòng)的速度有什么影響？只改變粒子速度的方向，不改變粒子速度的大?。?）洛倫茲力對(duì)帶電粒子做的功是多少？由于洛倫茲力方向始終與帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直，所以洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功

F洛=qvB=1.60×10-19×3×106×0.10N=4.8×10-14N電子的速率v=3×106m/s,垂直射入B=0.10T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,它受到的洛倫茲力是多大?變式練習(xí)解：因?yàn)関垂直B,所以所受洛倫茲力大小1.關(guān)于安培力和洛倫茲力，下列說(shuō)法正確的是()A.安培力和洛倫茲力是性質(zhì)完全不同的兩種力B.安培力和洛倫茲力，其本質(zhì)都是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力C.安培力和洛倫茲力，二者是等價(jià)的D.安培力對(duì)通電導(dǎo)體能做功，但洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不能做功BD1、構(gòu)造:電子槍(陰極)偏轉(zhuǎn)線圈熒光屏等四、應(yīng)用：電視顯像管的工作原理

（1）要使電子打在A點(diǎn),偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向?垂直紙面向外（2）要是電子打在B點(diǎn),偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向?垂直紙面向里（3）要是電子打從A點(diǎn)向B點(diǎn)逐漸移動(dòng),偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該怎樣變化？先垂直紙面向外并逐漸減小,后垂直紙面向里并逐漸增大.2、工作原理：【思考與討論】

電子束從最上一行到掃描到最后一行叫做一場(chǎng)。電視中每秒要進(jìn)行50場(chǎng)掃描，因?yàn)槿搜鄣摹耙曈X(jué)暫留”，所以我們會(huì)感覺(jué)整個(gè)熒光屏都在發(fā)光。1.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(diǎn)粒子的運(yùn)動(dòng)方向。vF洛vv洛倫茲力方向垂直紙面向里洛倫茲力方向垂直紙面向外vF洛BC2.下列說(shuō)法中正確的是（）

A.

磁場(chǎng)方向、電荷運(yùn)動(dòng)方向、洛侖茲力方向三者總是互相垂直的

B.洛侖茲力方向一定既垂直于磁場(chǎng)方向，又垂直于電荷運(yùn)動(dòng)方向

C.

電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向可能垂直，也可能不垂直，但洛侖茲力方向一定與磁場(chǎng)方向和運(yùn)動(dòng)方向都垂直

D.

根據(jù)電荷運(yùn)動(dòng)方向和洛侖茲力方向，一定能確定磁場(chǎng)方向3．一個(gè)帶電粒子，沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，粒子的一段徑跡如圖所示，徑跡上的每小段都可近似看成圓弧，由于帶電粒子使沿途空氣電離，粒子的能量逐漸減少(帶電荷量不變)，從圖中情況可以確定()A．粒子從a運(yùn)動(dòng)到b，帶正電B．粒子從b運(yùn)動(dòng)到a，帶正電C．粒子從a運(yùn)動(dòng)到b，帶負(fù)電D．粒子從b運(yùn)動(dòng)到a，帶負(fù)電B4.有一質(zhì)量為m，電荷量為q的帶正電的小球停在絕緣平面上，并處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示．為了使小球飄離平面，勻強(qiáng)磁場(chǎng)在紙面內(nèi)移動(dòng)的最小速度應(yīng)為多少？方向如何？5．兩個(gè)帶電粒子以相同的速度垂直磁感線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩粒子質(zhì)量之比為1∶4，電量之比為1∶2，則兩帶電粒子受洛倫茲力之比為()A．2∶1B．1∶1C．1∶2 D．1∶4C6.一個(gè)帶正電的小球以速度v0沿光滑的水平絕緣桌面向右運(yùn)動(dòng)，飛離桌子邊緣后，通過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，落在地板上，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里(如圖所示)，其水平射程為s1，落地速度為v1；撤去磁場(chǎng)后，其他條件不變，水平射程為s2，落地速度為v2，則()A．s1＝s2B．s1＞s2C．v1＝v2D．v1＞v2

BC7.如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向豎直向下，磁場(chǎng)中有光滑的水平桌面，在桌面上平放著內(nèi)壁光滑、底部有帶電小球的試管．在水平拉力F的作用下，試管向右勻速運(yùn)動(dòng)，帶電小球能從試管口處飛出，則()A．小球帶負(fù)電B．小球運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條拋物線C．洛倫茲力對(duì)小球做正功D．維持試管勻速運(yùn)動(dòng)的拉力F應(yīng)逐漸增大BD8.擺長(zhǎng)為

L

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，細(xì)繩與豎直方向的夾角為

α

。當(dāng)小球從如圖所示的位置擺到最低處時(shí)，擺線上拉力T

多大？α當(dāng)擺球向右擺到最低點(diǎn)時(shí)，速度方向水平向右，洛倫茲力方向豎直向上，如圖所示。則：Tmg=m

解析:擺球在運(yùn)動(dòng)中洛倫茲力