第2節(jié)　磁場對運動電荷的作用力 教學課件

物理第一章安培力與洛倫茲力第2節(jié)磁場對運動電荷的作用力[學習目標]1．通過實驗探究，感受磁場對運動電荷有力的作用。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關鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達標知識點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_____垂直進入，并使四指指向____________的方向，這時______所指的方向就是運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：F⊥B，F(xiàn)⊥v，即F垂直于____________所決定的平面。掌心正電荷運動拇指B與v[判一判]1．(1)洛倫茲力始終與帶電粒子的運動方向垂直，故洛倫茲力永遠不做功。(

)(2)安培力和洛倫茲力是性質(zhì)不同的兩種力。(

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

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

)(2)洛倫茲力在勻強磁場中一般是變力，而電場力在勻強電場中是恒力。(

)×√知識點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、強弱都在____________，使得電子束打在熒光屏上的光點不斷移動。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點沿同一方向進入垂直于紙面向里的勻強磁場中的運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一定帶負電D．粒子b一定帶負電√√解析：由左手定則可以判斷，向左偏的粒子a應帶正電，向右偏的粒子c帶負電，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入同一勻強磁場，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，C正確?！?．(帶電體在勻強磁場中的運動)(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動，飛離桌子邊緣A，最后落到地板上。設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【問題導引】如圖所示，用陰極射線管研究磁場對運動電荷的作用，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、電子運動方向的關系滿足怎樣的規(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)、速度的方向、磁感應強度的方向。當電性一定時，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三者方向間的關系電荷運動方向和磁場方向間沒有因果關系，兩者關系是不確定的。電荷運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：洛倫茲力的方向隨電荷運動方向的變化而變化。但無論怎樣變化，洛倫茲力都與運動方向垂直，故洛倫茲力永不做功，它只改變電荷運動方向，不改變電荷速度大小。【例1】初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導線的方向射出，直導線中電流方向與電子的初始運動方向如圖所示，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線周圍磁場方向，再用左手定則判斷出電子受力方向。可知導線右側(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)垂直射入勻強磁場。兩粒子的運動軌跡可能是(

)

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}導引】如圖所示，磁場的磁感應強度為B。設磁場中有一段長度為L的通電導線，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且定向運動的速率都是v。(1)導線中的電流是多少？導線在磁場中所受安培力多大？(2)長為L的導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系(1)安培力是導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體做功。2．洛倫茲力的大小(F＝qvBsinθ，θ為v與B的夾角)(1)當v⊥B時，θ＝90°，sinθ＝1，F(xiàn)＝qvB，即運動方向與磁場垂直時，洛倫茲力最大。(2)當v∥B時，θ＝0°，sinθ＝0，F(xiàn)＝0，即運動方向與磁場平行時，不受洛倫茲力。(3)當粒子運動方向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，并處在磁感應強度為B，方向垂直于紙面向里的勻強磁場中，如圖所示，為了使小球飄離平面，勻強磁場在紙面內(nèi)移動的最小速度應為多少？方向如何？[針對訓練3]在如圖所示的各圖中，勻強磁場的磁感應強度均為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磁場中的運動

與洛倫茲力相關的運動問題的分析技巧分析帶電體受洛倫茲力作用運動的問題，與分析物體在其他力作用下的運動一樣，要對研究對象的受力情況、運動情況進行分析，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動時應注意洛倫茲力，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強度B有關，而且與帶電體所帶電荷量q有關，還與帶電體的運動速度v有關，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，應認真進行受力分析，并時刻注意洛倫茲力的變化。【例3】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桿上滑動，細桿處于勻強磁場中，不計空氣阻力，現(xiàn)給圓環(huán)向右的初速度v0，在以后運動過程中的速度—時間圖像如圖乙所示。則關于圓環(huán)所帶的電性和勻強磁場的磁感應強度B，下列說法正確的是(重力加速度為g)(

)√【例4】如圖所示，在磁感應強度為B的水平勻強磁場中，有一足夠長的絕緣細棒OO′在豎直面內(nèi)垂直磁場方向放置，細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動，在加速運動階段(

)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、乙向左運動的加速度不變D．乙物塊對地面的壓力不變