高中物理-磁場對通電導(dǎo)線的作用力課件-新人教版選修3

第三章?磁場?第五節(jié)

?磁場對運(yùn)動(dòng)電荷

的作用力?第一頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。教學(xué)目標(biāo)

〔一〕知識與技能1、知道什么是安培力。知道通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向與電流、磁場方向都垂直時(shí)，它的方向的判斷----左手定那么。知道左手定那么的內(nèi)容，會用左手定那么熟練地判定安培力的方向，并會用它解答有關(guān)問題.2、會用安培力公式F=BIL解答有關(guān)問題.知道電流方向與磁場方向平行時(shí)，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場方向垂直時(shí)，電流受的安培力最大，等于BIL.3、了解磁電式電流表的內(nèi)部構(gòu)造的原理。〔二〕過程與方法通過演示、分析、歸納、運(yùn)用使學(xué)生理解安培力的方向和大小的計(jì)算。培養(yǎng)學(xué)生的間想像能力。第二頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。〔三〕情感態(tài)度與價(jià)值觀使學(xué)生學(xué)會由個(gè)別事物的個(gè)性來認(rèn)識一般事物的共性的認(rèn)識事物的一種重要的科學(xué)方法.并通過對磁電式電流表的內(nèi)部構(gòu)造的原理了解，感受物理知識之間的聯(lián)系。二、重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)：安培力的方向確定和大小的計(jì)算。難點(diǎn)：左手定那么的運(yùn)用〔尤其是當(dāng)電流和磁場不垂直時(shí)，左手定那么如何變通使用〕。三、教具：磁鐵、電源、金屬桿、導(dǎo)線、鐵架臺、滑動(dòng)變阻器、多媒體。第三頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。復(fù)習(xí)知識:1.帶電粒子在磁場中受洛倫茲力的計(jì)算公式？帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直于磁場方向，f=qvB，該公式的設(shè)用條件是V與B相互垂直,帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向平行于磁場方向，f=0。2.帶電粒子進(jìn)入磁場時(shí)所受的洛倫茲力的方向？第四頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。顯象管的工作原理第五頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。問題討論：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)1、帶電粒子的軌跡在哪個(gè)方位？2、速度如何變化？3、受力如何變化？4、軌跡是什么形狀?v＋第六頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。軌跡平面與磁場垂直因?yàn)閹щ娏Ｗ拥某跛俣群退苈鍌惼澚Φ姆较蚨荚诟艌龇较虼怪钡钠矫鎯?nèi)，沒有任何作用使粒子離開這個(gè)平面速度大小不變因?yàn)槁鍌惼澚偸歉Ｗ拥倪\(yùn)動(dòng)方向垂直,所以洛倫茲力不對粒子做功，粒子的速度大小不變速度方向時(shí)刻改變因?yàn)槁鍌惼澚偸歉Ｗ拥倪\(yùn)動(dòng)方向垂直，所以速度方向改變受力大小不變因?yàn)樗俣却笮〔蛔?所以洛倫茲力大小也不變受力方向時(shí)刻改變因?yàn)樗俣确较蚋淖儯月鍌惼澚Ψ较蛞哺淖冘壽E形狀圓因?yàn)閹щ娏Ｗ邮艿揭粋€(gè)大小不變，方向總與粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直的力，因此帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其向心力就是洛倫茲力第七頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。洛倫茲力演示儀工作原理：由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管的低壓水銀蒸汽發(fā)出輝光，顯示出電子的徑跡。兩個(gè)平行的通電環(huán)形線圈可產(chǎn)生沿軸線方向的勻強(qiáng)磁場第八頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。結(jié)論：帶電粒子垂直進(jìn)入磁場中，粒子在垂直磁場方向的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此洛倫茲力不做功。問題：一帶電量為q，質(zhì)量為m，速度為v的帶電粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，其半徑r和周期T為多大？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在暗室中可以清楚地看到，在沒有磁場作用時(shí)，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強(qiáng)磁場，電子的徑跡變彎曲成圓形。第九頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。推導(dǎo):粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力是由粒子所受的洛倫茲力提供的,所以說明:1、軌道半徑和粒子的運(yùn)動(dòng)速率成正比。2、帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期和運(yùn)動(dòng)速率無關(guān)。第十頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。例題2：如以以下圖，一束帶正電的相同的粒子垂直磁場邊界自O(shè)點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場中后分成了3束，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖，粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向垂直，不計(jì)粒子的重力作用，OA=OC/2=OD/3，那么這三束粒子的速率之比︰︰=＿＿＿＿＿第十一頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。電荷的勻強(qiáng)磁場中的三種運(yùn)動(dòng)形式如運(yùn)動(dòng)電荷在勻強(qiáng)磁場中除洛侖茲力外其他力均忽略不計(jì)〔或均被平衡〕(2)當(dāng)υ⊥B時(shí)，所受洛侖茲力提供向心力，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；(3)當(dāng)υ與B夾一般角度時(shí)，由于可以將υ正交分解為υ∥和υ⊥〔分別平行于和垂直于〕B，因此電荷一方向以υ∥的速度在平行于B的方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，另一方向以υ⊥的速度在垂直于B的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。(1)當(dāng)υ∥B時(shí)，所受洛侖茲力為零，做勻速直線運(yùn)動(dòng)；qvB=mv2/RR=mv/qBT=2πR/v=2πm/qB在同一磁場中，不同的速度的運(yùn)動(dòng)粒子，其周期與速度無關(guān)，只與其荷質(zhì)比有關(guān)．等距螺旋

第十二頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。例題氘核()、氚核()、氦核()都垂直磁場方向入射同一勻強(qiáng)磁場，求以下幾種情況下，它們軌道半徑之比及周期之比各是多少？〔1〕以相同速率射入磁場；〔2〕以相同動(dòng)能射入磁場．第十三頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法－圓心確實(shí)定〔１〕入射方向和出射方向,可以通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直與入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心V0PMOV第十四頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法－圓心確實(shí)定〔２〕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，這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心．VPMO第十五頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。半徑確實(shí)定和計(jì)算利用平面幾何的關(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)：１．粒子速度的偏向角φ等與圓心角α，并等于AB弦與切線的夾角θ〔弦切角〕的２倍．即φ=α=2θ=ωt２．相對的弦切角〔θ〕相等，與相鄰的弦切角〔θ’〕互補(bǔ)，即θ＋θ’＝１８０°Φ(偏向角〕ＡvvO’αＢθθθ‘第十六頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。運(yùn)動(dòng)時(shí)間確實(shí)定利用偏轉(zhuǎn)角〔即圓心角α〕與弦切角的關(guān)系，或者利用四邊形的內(nèi)角和等與360°計(jì)算出圓心角α的大小,由公式t=αT/360°可求出粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間第十七頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。注意圓周運(yùn)動(dòng)中的有關(guān)對稱規(guī)律如從同一邊界射入的粒子,從同一邊界射出時(shí),速度與邊界的夾角相等,在圓形磁場區(qū)域內(nèi),沿徑向射入的粒子,必沿徑向射出.第十八頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的多解問題帶電粒子的電性不確定形成多解受洛侖茲力作用的帶電粒子,可能帶正電荷,也可能帶負(fù)電荷,在相同的初速度下,正、負(fù)粒子在磁場中的軌跡不同，導(dǎo)致形成雙解。第十九頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的多解問題臨界狀態(tài)不唯一形成多解帶電粒子在洛侖茲力作用下飛越有界磁場時(shí)，由于粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓弧狀，因此它可能穿過去了，也可能轉(zhuǎn)過180°從有界磁場的這邊反向飛出，形成多解第二十頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的多解問題運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性形成多解帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于某些因素的變化，例如磁場的方向反向或者速度方向突然反向，往往運(yùn)動(dòng)具有反復(fù)性，因而形成多解。第二十一頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。例題一個(gè)帶電粒子，沿垂直于磁場的方向射入一勻強(qiáng)磁場，粒子的一段徑跡如圖4所示，徑跡上的每一小段可近似看成圓?。捎趲щ娏Ｗ邮寡赝镜目諝怆婋x，粒子的能量逐漸減小〔帶電量不變〕．從圖中可以確定[]A.粒子從a到b，帶正電B．粒子從b到a，帶正電C．粒子從a到b，帶負(fù)電D．粒子從b到a，帶負(fù)電第二十二頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。例題如以以下圖，abcd為絕緣擋板圍成的正方形區(qū)域，其邊長為L，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場．正、負(fù)電子分別從ab擋板中點(diǎn)K，沿垂直擋板ab方向射入場中，其質(zhì)量為m，電量為e．假設(shè)從d、P兩點(diǎn)都有粒子射出，那么正、負(fù)電子的入射速度分別為多少？〔其中bP=L/4〕第二十三頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。例題如以以下圖，為一有圓形邊界的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，一束質(zhì)子流以不同速率由圓周上同一點(diǎn)沿半徑方向射入磁場，那么質(zhì)子在磁場中A.路程長的運(yùn)動(dòng)時(shí)間長B.速率大的運(yùn)動(dòng)時(shí)間長C.速度偏轉(zhuǎn)角大的運(yùn)動(dòng)時(shí)

間長D.運(yùn)動(dòng)時(shí)間有可能無限長

〔設(shè)質(zhì)子不受其它力〕第二十四頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。思路分析與解答：粒子只受洛侖茲力，且速度與磁場垂直，粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。周期T=2πm/qB與速度無關(guān)，但這并不能保證本例中的粒子在同一磁場區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，因?yàn)榱Ｗ釉陬}設(shè)磁場區(qū)內(nèi)做了一段不完整的圓周運(yùn)動(dòng)。設(shè)速度偏轉(zhuǎn)角〔入射速度與出射速度之間的夾角〕為θ，那么由角速度定義ω=θ/t可知：以速度v入射的粒子在磁場區(qū)飛行時(shí)間t=θ/ω而ω=v/R，R=mv/qB，那么有t=mθ/qB。粒子m/q一定，磁場一定，偏轉(zhuǎn)角越大，運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長。速度大，軌道半徑大，偏轉(zhuǎn)角小，盡管軌道較長但飛行時(shí)間短。此題C正確第二十五頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。例題如以以下圖，在y＜0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于xy平面并指向紙面外，磁感強(qiáng)度為B.一帶正電的粒子以速度v0從O點(diǎn)射入磁場，入射方向在xy平面內(nèi)，與x軸正向的夾角為θ，假設(shè)粒子射出磁場的位置與O點(diǎn)的距離為l，求該粒子的電量和質(zhì)量之比.第二十六頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。例題圖為電視機(jī)中顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖，它由繞在磁環(huán)上的兩個(gè)相同的線圈串聯(lián)而成，線圈中通有方向如以以下圖的電流，當(dāng)電子束從紙里經(jīng)磁環(huán)中心向紙外射出時(shí)，它將：〔〕A．向上偏轉(zhuǎn)B．向下偏轉(zhuǎn)C．向左偏轉(zhuǎn)D．向右偏轉(zhuǎn)A第二十七頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。例題截面為矩形的金屬導(dǎo)體，放在圖所示的磁場中，當(dāng)導(dǎo)體中通有圖示方向電流時(shí)，導(dǎo)體上、下外表的電勢、之間有：〔〕A． B．C．D．無法判斷第二十八頁，編輯于星期五：十點(diǎn)五十九分。在真空中，半徑為r=3×10-2m的圓形區(qū)域內(nèi)，有一勻