第2節(jié)　磁場對運(yùn)動電荷的作用力 教學(xué)課件

物理第一章安培力與洛倫茲力第2節(jié)磁場對運(yùn)動電荷的作用力[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．通過實(shí)驗(yàn)探究，感受磁場對運(yùn)動電荷有力的作用。2．知道什么是洛倫茲力，會用左手定則判斷洛倫茲力的方向。3．了解洛倫茲力公式的推導(dǎo)過程，會用公式分析求解洛倫茲力。4．了解電視顯像管的基本構(gòu)造和工作原理。01必備知識素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)知識點(diǎn)1洛倫茲力的方向1．洛倫茲力：____________在磁場中受到的力。2．電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn)(1)沒有磁場時，電子束是____________。(2)電子束在蹄形磁鐵的磁場中會發(fā)生______。(3)改變蹄形磁鐵磁場方向，電子束偏轉(zhuǎn)方向發(fā)生______。運(yùn)動電荷一條直線偏轉(zhuǎn)改變3．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平面內(nèi)；讓磁感線從_____垂直進(jìn)入，并使四指指向____________的方向，這時______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。4．洛倫茲力方向的特點(diǎn)：F⊥B，F(xiàn)⊥v，即F垂直于____________所決定的平面。掌心正電荷運(yùn)動拇指B與v[判一判]1．(1)洛倫茲力始終與帶電粒子的運(yùn)動方向垂直，故洛倫茲力永遠(yuǎn)不做功。(

)(2)安培力和洛倫茲力是性質(zhì)不同的兩種力。(

)√×知識點(diǎn)2洛倫茲力的大小1．電荷量為q的粒子以速度v運(yùn)動時，如果速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B方向垂直，則F＝______。2．如果電荷運(yùn)動的方向與磁場方向夾角為θ，F(xiàn)＝____________。qvBqvBsin

θ[判一判]2．(1)當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動方向和磁場方向相同時，洛倫茲力最大。(

)(2)洛倫茲力在勻強(qiáng)磁場中一般是變力，而電場力在勻強(qiáng)電場中是恒力。(

)×√知識點(diǎn)3電子束的磁偏轉(zhuǎn)1．顯像管的構(gòu)造：如圖所示，由電子槍、____________和熒光屏組成。偏轉(zhuǎn)線圈2．原理(1)電子槍____________。(2)電子束在磁場中______。(3)熒光屏被電子束撞擊發(fā)光。3．掃描：在偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平方向和豎直方向都有偏轉(zhuǎn)磁場，其方向、強(qiáng)弱都在____________，使得電子束打在熒光屏上的光點(diǎn)不斷移動。發(fā)射電子偏轉(zhuǎn)不斷變化[判一判]3．(1)電子束帶負(fù)電，在顯像管偏轉(zhuǎn)磁場中的偏轉(zhuǎn)方向與磁場方向相反。(

)(2)顯像管中偏轉(zhuǎn)磁場使電子所受到的洛倫茲力方向，仍遵守左手定則。(

)×√1．(洛倫茲力的方向)(多選)三種不同粒子a、b、c從O點(diǎn)沿同一方向進(jìn)入垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動軌跡分別如圖所示。則(

)A．粒子a一定帶正電B．粒子b一定帶正電C．粒子c一定帶負(fù)電D．粒子b一定帶負(fù)電√√解析：由左手定則可以判斷，向左偏的粒子a應(yīng)帶正電，向右偏的粒子c帶負(fù)電，不偏轉(zhuǎn)的粒子b不帶電。A、C正確。2．(洛倫茲力的大小)兩個帶電粒子以相同的速度垂直于磁感線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，兩粒子質(zhì)量之比為1∶4，電荷量之比為1∶2，則兩帶電粒子受洛倫茲力之比為(

)A．2∶1

B．1∶1C．1∶2 D．1∶4解析：帶電粒子的速度方向與磁感線方向垂直時，洛倫茲力F＝qvB，與電荷量成正比，與質(zhì)量無關(guān)，C正確?！?．(帶電體在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動)(多選)如圖所示，一個帶正電荷的小球沿水平光滑絕緣的桌面向右運(yùn)動，飛離桌子邊緣A，最后落到地板上。設(shè)有磁場時飛行時間為t1，水平射程為x1，著地速度為v1；若撤去磁場，其余條件不變時，小球飛行時間為t2，水平射程為x2，著地速度為v2。則下列結(jié)論正確的是(

)

A．x1＞x2

B．t1＞t2C．v1＞v2

D．v1和v2相同√√解析：由左手定則，小球落地前受到的洛倫茲力方向斜向上，使得豎直方向上的合力小于重力，故t1＞t2；而洛倫茲力的水平分量使水平分速度增大，時間又變長，故x1＞x2。由于洛倫茲力不做功，故v1、v2的大小相同，但方向不同。探究一洛倫茲力的方向【問題導(dǎo)引】如圖所示，用陰極射線管研究磁場對運(yùn)動電荷的作用，不同方向的磁場對電子束徑跡有不同影響。那么電子偏轉(zhuǎn)方向與磁場方向、電子運(yùn)動方向的關(guān)系滿足怎樣的規(guī)律？

提示：左手定則1．決定洛倫茲力方向的因素有三個：電荷的電性(正、負(fù))、速度的方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。當(dāng)電性一定時，其他兩個因素決定洛倫茲力的方向，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蛔儭?．F、B、v三者方向間的關(guān)系電荷運(yùn)動方向和磁場方向間沒有因果關(guān)系，兩者關(guān)系是不確定的。電荷運(yùn)動方向和磁場方向確定洛倫茲力方向，F(xiàn)⊥B，F(xiàn)⊥v，即F垂直于B和v所決定的平面。3．特點(diǎn)：洛倫茲力的方向隨電荷運(yùn)動方向的變化而變化。但無論怎樣變化，洛倫茲力都與運(yùn)動方向垂直，故洛倫茲力永不做功，它只改變電荷運(yùn)動方向，不改變電荷速度大小?！纠?】初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導(dǎo)線的方向射出，直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始運(yùn)動方向如圖所示，電子所受重力不計，則(

)A．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變B．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變C．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變D．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變√[解析]

先用右手螺旋定則判斷出通電導(dǎo)線周圍磁場方向，再用左手定則判斷出電子受力方向?？芍獙?dǎo)線右側(cè)磁場方向垂直于紙面向里，電子受到向右的洛倫茲力將向右偏轉(zhuǎn)，由于洛倫茲力不做功，電子的速率不變，A正確。[針對訓(xùn)練1]圖中帶電粒子所受洛倫茲力的方向向上的是(

)

解析：A圖中帶電粒子受力方向向上，B圖中帶電粒子受力方向向外，C圖中帶電粒子受力方向向左，D圖中帶電粒子受力方向向外，A正確?！蘙針對訓(xùn)練2]如圖所示，兩個帶同種電荷的粒子a、b(不計重力)垂直射入勻強(qiáng)磁場。兩粒子的運(yùn)動軌跡可能是(

)

解析：兩個帶同種電荷的粒子，在磁場中都會受洛倫茲力，發(fā)生偏轉(zhuǎn)且偏轉(zhuǎn)方向相同?！烫骄慷鍌惼澚Φ拇笮　締栴}導(dǎo)引】如圖所示，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。設(shè)磁場中有一段長度為L的通電導(dǎo)線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q且定向運(yùn)動的速率都是v。(1)導(dǎo)線中的電流是多少？導(dǎo)線在磁場中所受安培力多大？(2)長為L的導(dǎo)線中含有的自由電荷數(shù)為多少？每個自由電荷所受洛倫茲力多大？1．洛倫茲力與安培力的關(guān)系(1)安培力是導(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)，而洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)。(2)洛倫茲力對電荷不做功，但安培力卻可以對導(dǎo)體做功。2．洛倫茲力的大小(F＝qvBsinθ，θ為v與B的夾角)(1)當(dāng)v⊥B時，θ＝90°，sinθ＝1，F(xiàn)＝qvB，即運(yùn)動方向與磁場垂直時，洛倫茲力最大。(2)當(dāng)v∥B時，θ＝0°，sinθ＝0，F(xiàn)＝0，即運(yùn)動方向與磁場平行時，不受洛倫茲力。(3)當(dāng)粒子運(yùn)動方向v與磁場B夾角為θ時，如圖所示，此時將v分解為v∥和v⊥，其中v⊥＝vsinθ，則F＝qvBsinθ?！纠?】有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電小球停在絕緣平面上，并處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，為了使小球飄離平面，勻強(qiáng)磁場在紙面內(nèi)移動的最小速度應(yīng)為多少？方向如何？[針對訓(xùn)練3]在如圖所示的各圖中，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，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。探究三帶電體在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動

與洛倫茲力相關(guān)的運(yùn)動問題的分析技巧分析帶電體受洛倫茲力作用運(yùn)動的問題，與分析物體在其他力作用下的運(yùn)動一樣，要對研究對象的受力情況、運(yùn)動情況進(jìn)行分析，分析時尤其要注意：(1)洛倫茲力與重力、彈力、摩擦力等都屬于性質(zhì)力，在研究電荷或帶電體的運(yùn)動時應(yīng)注意洛倫茲力，受力分析時不要漏掉洛倫茲力。(2)洛倫茲力的大小不僅與磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān)，而且與帶電體所帶電荷量q有關(guān)，還與帶電體的運(yùn)動速度v有關(guān)，物體的受力會使速度變化，速度的變化則會影響洛倫茲力，洛倫茲力變化也會使物體的合外力和加速度變化。所以，解決此類問題時，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行受力分析，并時刻注意洛倫茲力的變化?！纠?】如圖甲所示，一個質(zhì)量為m、電荷量為q的圓環(huán)可在水平放置的足夠長的粗糙絕緣細(xì)桿上滑動，細(xì)桿處于勻強(qiáng)磁場中，不計空氣阻力，現(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0，在以后運(yùn)動過程中的速度—時間圖像如圖乙所示。則關(guān)于圓環(huán)所帶的電性和勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，下列說法正確的是(重力加速度為g)(

)√【例4】如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場中，有一足夠長的絕緣細(xì)棒OO′在豎直面內(nèi)垂直磁場方向放置，細(xì)棒與水平面間的夾角為α，一質(zhì)量為m、電荷量為＋q的圓環(huán)A套在OO′棒上，圓環(huán)與棒間的動摩擦因數(shù)為μ，且μ<tanα，重力加速度為g?，F(xiàn)讓圓環(huán)A由靜止開始下滑，試問圓環(huán)在下滑過程中：(1)圓環(huán)A的最大加速度為多大？獲得最大加速度時的速度為多大？(2)圓環(huán)A能夠達(dá)到的最大速度為多大？[解析]

(1)由于μ<tanα，所以環(huán)將由靜止開始沿棒下滑，環(huán)A沿棒運(yùn)動的速度為v1時，受到重力mg、洛倫茲力qv1B、棒的彈力FN1和摩擦力Ff1＝μFN1[針對訓(xùn)練4]如圖所示，甲是帶正電的絕緣物塊，乙是不帶電的絕緣物塊，甲、乙疊放在一起置于光滑的水平地面上，空間存在著水平方向的勻強(qiáng)磁場，在水平恒力F的作用下，甲、乙無相對滑動地一起向左加速運(yùn)動，在加速運(yùn)動階段(

)A．甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷增大B．甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷減小C．甲、乙向左運(yùn)動的加速度不變D．乙物塊對地面的壓力不變