高中物理(新教材)選修二課件4：1-2磁場對運(yùn)動電荷的作用力 人教版

第一章安培力與洛倫茲力2磁場對運(yùn)動電荷的作用力極光你知道極光是怎么形成的嗎？新課導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)：觀察電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn)陰極射線管中的電子束加磁場后,電子束偏轉(zhuǎn)磁場對運(yùn)動電荷有力的作用洛倫茲力課堂探究

左手定則：磁感線穿掌心，四指指向電流的方向，大拇指所指的方向就是安培力的方向。判斷安培力的方向判斷洛倫茲力的方向正電荷定向移動的方向

左手定則：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個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，并使四指指向正電荷運(yùn)動的方向（負(fù)電荷運(yùn)動的反方向），這時拇指所指的方向就是運(yùn)動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。一、洛倫茲力的方向

F、B、v三者方向間的關(guān)系(1)電荷運(yùn)動方向和磁場方向間沒有因果關(guān)系,B與v不一定垂直,兩者關(guān)系是不確定的。(2)電荷運(yùn)動方向和磁場方向確定洛倫茲力方向。(3)F⊥B,F⊥v,即F垂直于B和v所決定的平面。例1

如圖所示的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電荷的運(yùn)動速度v和電荷所受洛倫茲力F的相互關(guān)系圖中,畫得正確的是(其中B、F、v兩兩垂直)(

)解析

由于B、F、v兩兩垂直,根據(jù)左手定則得A、B、D選項(xiàng)中電荷所受的洛倫茲力都與圖示F的方向相反,故A、B、D錯誤,C正確。答案

C

安培力是洛倫茲力的宏觀體現(xiàn)洛倫茲力是安培力的微觀描述

二、洛倫茲力的大小洛倫茲力與安培力的關(guān)系

分類洛倫茲力安培力區(qū)別洛倫茲力是指單個運(yùn)動的帶電粒子所受到的磁場力安培力是指通電直導(dǎo)線所受到的磁場力洛倫茲力不做功安培力可以做功聯(lián)系①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);②大小關(guān)系:F安=NF洛(N是導(dǎo)體中定向運(yùn)動的電荷數(shù));③方向關(guān)系:洛倫茲力與安培力均可用左手定則進(jìn)行判斷洛倫茲力與安培力的關(guān)系

分類洛倫茲力安培力區(qū)別洛倫茲力是指單個運(yùn)動的帶電粒子所受到的磁場力安培力是指通電直導(dǎo)線所受到的磁場力洛倫茲力不做功安培力可以做功聯(lián)系①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);②大小關(guān)系:F安=NF洛(N是導(dǎo)體中定向運(yùn)動的電荷數(shù));③方向關(guān)系:洛倫茲力與安培力均可用左手定則進(jìn)行判斷洛倫茲力大小的理解要點(diǎn)洛倫茲力:F=qvBsinθ,θ為電荷運(yùn)動的方向與磁場方向的夾角。(1)當(dāng)θ=90°時,即電荷運(yùn)動方向與磁場方向垂直時,洛倫茲力最大,F=qvB。(2)當(dāng)θ=0°或θ=180°時,即電荷運(yùn)動方向與磁場方向平行時,F=0。(3)當(dāng)v=0,即電荷在磁場中靜止時,F=0。例2

如圖所示,各圖中的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B,帶電粒子的速率均為v,所帶電荷量均為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。

電子槍電子束熒光屏偏轉(zhuǎn)線圈

原理圖三、電子束的磁偏轉(zhuǎn)速度選擇器原理圖

原理圖

等離子體

磁流體發(fā)電機(jī)原理圖

等離子體

磁流體發(fā)電機(jī)洛倫茲力與電場力的比較

分類洛倫茲力電場力作用條件運(yùn)動電荷的速度方向與B不平行時,運(yùn)動電荷才受到洛倫茲力帶電粒子只要處在電場中,就一定受到電場力大小方向F=qvBsin

θ,方向與B垂直,與v垂直,用左手定則判斷F=qE,F的方向與E同向或反向特點(diǎn)洛倫茲力永不做功電場力可做正功、負(fù)功或不做功相同點(diǎn)反映了電場和磁場都具有能施加力的性質(zhì)例3

如圖所示,兩個完全相同的帶等量正電荷的小球a和b,從同一高度自由落下,分別穿過高度相同的水平方向的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場,落到地面上。(1)設(shè)兩球運(yùn)動所用的總時間分別為ta、tb,則(

)A.ta=tb

B.ta>tb

C.ta<tb

D.條件不足,無法比較解析

分析兩球在豎直方向上的受力和運(yùn)動情況。(1)a球進(jìn)入勻強(qiáng)電場后,始終受到水平向右的靜電力F電=qE作用,這個力不會改變a在豎直方向運(yùn)動的速度,故它下落的總時間ta與沒有電場時自由下落的時間t0相同。b球以某一速度進(jìn)入勻強(qiáng)磁場瞬間它就受到水平向右的洛倫茲力作用,這個力只改變速度方向,會使速度方向向右發(fā)生偏轉(zhuǎn),又因?yàn)槁鍌惼澚κ冀K與速度方向垂直,當(dāng)速度方向變化時,洛倫茲力的方向也發(fā)生變化,不再沿水平方向。如圖為小球b在磁場中某一位置時的受力情況,從圖中可以看出洛倫茲力F洛的豎直分量F1會影響小球豎直方向的運(yùn)動,使豎直下落的加速度減小(小于g),故其下落的時間tb大于沒有磁場時小球自由下落的總時間t0。綜上所述,ta<tb。C例3

如圖所示,兩個完全相同的帶等量正電荷的小球a和b,從同一高度自由落下,分別穿過高度相同的水平方向的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場,落到地面上。(1)設(shè)兩球運(yùn)動所用的總時間分別為ta、tb,則(

)A.ta=tb

B.ta>tb

C.ta<tb

D.條件不足,無法比較(2)小球落地時的動能Eka與Ekb相等嗎?解析

(2)設(shè)兩球運(yùn)動的豎直高度為h,a球運(yùn)動的水平位移為x,則對a球:Eka=mgh+qEx,對b球:Ekb=mgh。則Eka>Ekb。備用工具&資料例3

如圖所示,兩個完全相同的帶等量正電荷的小球a和b,從同一高度自由落下,分別穿過高度相同的水平方向的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場,落到地面上。(1)設(shè)兩球運(yùn)動所用的總時間分別為ta、tb,則(

)A.ta=tb

B.ta>tb

C.ta<tb

D.條件不足,無法比較解析

分析兩球在豎直方向上的受力和運(yùn)動情況。(1)a球進(jìn)入勻強(qiáng)電場后,始終受到水平向右的靜電力F電=qE作用,這個力不會改變a在豎直方向運(yùn)動的速度,故它下落的總時間ta與沒有電場時自由下落的時間t0相同。b球以某一速度進(jìn)入勻強(qiáng)磁場瞬間它就受到水平向右的洛倫茲力作用,這個力只改變速度方向,會使速度方向向右發(fā)生偏轉(zhuǎn),又因?yàn)槁鍌惼澚κ冀K與速度方向垂直,當(dāng)速度方向變化時,洛倫茲力的方向也發(fā)生變化,不再沿水平方向。如圖為小球b在磁場中某一位置時的受力情況,從圖中可以看出洛倫茲力F洛的豎直分量F1會影響小球豎直方向的運(yùn)動,使豎直下落的加速度減小(小于g),故其下落的時間tb大于沒有磁場時小球自由下落的總時間t0。綜上所述,ta<tb。C原理圖

等離子體

磁流體發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)：觀察電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn)陰極射線管中的電子束加磁場后,電子束偏轉(zhuǎn)磁場對運(yùn)動電荷有力的作用洛倫茲力課堂探究例1

如圖所示的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電荷的運(yùn)動速度v和電荷所受洛倫茲力F的相互關(guān)系圖中,畫得正確的是(其中B、F、v兩兩垂直)(

)解析

由于B、F、v兩兩垂直,根據(jù)左手定則得A、B、D選項(xiàng)中電荷所受的洛倫茲力都與圖示F的方向相反,故A、B、D錯誤,C正確。答案

C

安培力是洛倫茲力的宏觀體現(xiàn)洛倫茲力是安培力的微觀描述洛倫茲力與安培力的關(guān)系