物理實用課件選修31人教全國通用第三章磁場5.pptx

5運動電荷在磁場中受到的力,第三章磁場,學習目標1.知道什么是洛倫茲力，會用左手定則判斷洛倫茲力的方向.2.掌握洛倫茲力公式的推導過程，會計算洛倫茲力的大小.3.知道電視顯像管的基本構造及工作的基本原理.,內(nèi)容索引,自主預習預習新知夯實基礎,重點探究啟迪思維探究重點,達標檢測檢測評價達標過關,自主預習,一、洛倫茲力的方向和大小1.洛倫茲力(1)定義：在磁場中所受的力.(2)與安培力的關系：通電導線在磁場中所受的安培力是的宏觀表現(xiàn).2.洛倫茲力的方向左手定則：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平面內(nèi).讓從掌心進入，并使指向正電荷運動方向，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.,運動電荷,洛倫茲力,磁感線,四指,大拇指,3.洛倫茲力的大小(1)當v與B成角時：F.(2)當vB時，F(xiàn).(3)當vB時：F.二、電視顯像管的工作原理1.構造：如圖1所示，由電子槍、和熒光屏組成.,圖1,qvBsin,qvB,0,偏轉線圈,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：在偏轉區(qū)的水平方向和豎直方向都有偏轉磁場，其方向、強弱都在，使得電子束打在熒光屏上的光點從上向下、從左向右不斷移動.4.偏轉線圈：使電子束偏轉的磁場是由產(chǎn)生的.,發(fā)射電子,偏轉,不斷變化,兩對線圈,即學即用1.判斷下列說法的正誤.(1)運動電荷在磁場中一定受洛倫茲力.()(2)同一電荷，以相同大小的速度進入磁場，速度方向不同時，洛倫茲力的大小也可能相同.()(3)洛倫茲力同電場力一樣，可對運動電荷做正功或負功.()(4)判斷電荷所受洛倫茲力的方向時應同時考慮電荷的電性.()(5)顯像管內(nèi)偏轉線圈中的電流恒定不變時，電子打在熒光屏上的光點是不動的.(),答案,2.如圖2所示是電視機中偏轉線圈的示意圖，圓心O處的黑點表示電子束，由紙內(nèi)向紙外而來，當線圈中通以圖示方向的電流時(兩線圈通過的電流都相同)，則電子束將偏轉.,答案,向上,圖2,重點探究,(2)電子運動軌跡附近的磁場方向如何？電子所受洛倫茲力與磁場方向、電子運動方向存在什么關系？,導學探究如圖3所示，電子由陰極向陽極運動(向右運動)過程中發(fā)生了向下偏轉，試問：(1)什么力使電子向下偏轉？該力的方向如何？,一、洛倫茲力的方向,圖3,答案洛倫茲力向下,答案磁場方向向里電子所受洛倫茲力與磁場方向垂直，與電子運動方向垂直，滿足左手定則,答案,知識深化1.決定洛倫茲力方向的三個因素：電荷的正負、速度方向、磁感應強度的方向.2.洛倫茲力的方向總是與電荷運動的方向和磁場方向垂直，即洛倫茲力的方向總是垂直于運動電荷速度方向和磁場方向確定的平面.即F、B、v三個量的方向關系是：FB，F(xiàn)v，但B與v不一定垂直.3.用左手定則判定負電荷在磁場中運動所受的洛倫茲力時，應注意將四指指向負電荷運動的反方向.,例1如圖所示，一帶負電的粒子(不計重力)進入磁場中，圖中的磁場方向、速度方向及帶電粒子所受的洛倫茲力方向標示正確的是,答案,解析,解析A圖中帶負電的粒子向右運動，掌心向外，四指所指的方向向左，大拇指所指的方向是向下，選項A錯誤.B圖中帶負電粒子的運動方向與磁感線平行，此時不受洛倫茲力的作用，選項B錯誤.C圖中帶負電的粒子向右運動，掌心向外，四指所指的方向向左，大拇指所指的方向是向下，選項C正確.D圖中帶負電的粒子向上運動，掌心向里，四指應向下，大拇指的方向向左，選項D錯誤.,導學探究如圖4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？,二、洛倫茲力的大小,圖4,答案InqvSF安ILBnqvSLB,(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？,答案NnSLF洛qvB,答案,知識深化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?。篎qvBsin，為電荷運動的方向與磁感應強度方向的夾角.(1)當90時，vB，sin1，F(xiàn)qvB，即運動方向與磁場垂直時，洛倫茲力最大.(2)當vB時，0，sin0，F(xiàn)0，即運動方向與磁場平行時，不受洛倫茲力.,答案(1)qvB垂直v指向左上方(2)qvB垂直紙面向里(3)不受洛倫茲力(4)qvB垂直v指向左上方,例2如圖5所示，各圖中的勻強磁場的磁感應強度均為B，帶電粒子的速率均為v，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.,答案,解析,圖5,解析(1)因vB，所以FqvB，方向垂直v指向左上方.(2)v與B的夾角為30，將v分解成垂直磁場的分量和平行磁場的分量，vvsin30，F(xiàn)qvBsin30qvB，方向垂直紙面向里.(3)由于v與B平行，所以不受洛倫茲力.(4)v與B垂直，F(xiàn)qvB，方向垂直v指向左上方.,三、帶電粒子在磁場中的直線運動,1.帶電粒子在勻強磁場中做直線運動的兩種情景(1)速度方向與磁場方向平行，不受洛倫茲力作用，可做勻速直線運動，也可在其他力作用下做變速直線運動.(2)速度方向與磁場方向不平行，且除洛倫茲力外的各力均為恒力，若軌跡為直線則必做勻速直線運動，帶電粒子所受洛倫茲力也為恒力.,2.速度選擇器的工作原理(1)裝置及要求如圖6，兩極板間存在勻強電場和勻強磁場，二者方向互相垂直，帶電粒子從左側射入，不計粒子重力.,圖6,(2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qEqvB，即v,(3)速度選擇器的特點v的大小等于E與B的比值，即v.可知速度選擇器只對選擇的粒子速度有要求，而對粒子的質(zhì)量、電荷量大小及帶電正、負無要求.當v時，粒子向F洛方向偏轉，F(xiàn)電做負功，粒子的動能減小，電勢能增大.當v時，粒子向F電方向偏轉，F(xiàn)電做正功，粒子的動能增大，電勢能減小.,例3(多選)在圖7中虛線所示的區(qū)域存在勻強電場和勻強磁場.取坐標如圖所示，一帶電粒子沿x軸正方向進入此區(qū)域，在穿過此區(qū)域的過程中運動方向始終不發(fā)生偏轉，不計重力的影響，電場強度E和磁感應強度B的方向可能是A.E和B都沿x軸方向B.E沿y軸正方向，B沿z軸正方向C.E沿z軸正方向，B沿y軸正方向D.E、B都沿z軸方向,答案,解析,圖7,解析本題沒有說明帶電粒子的帶電性質(zhì)，為便于分析，假定粒子帶正電.A選項中，磁場對粒子作用力為零，電場力與粒子運動方向在同一直線上，運動方向不會發(fā)生偏轉，故A正確；B選項中，電場力方向向上，洛倫茲力方向向下，當這兩個力平衡時，粒子運動方向可以始終不變，B正確；C選項中，電場力、洛倫茲力都沿z軸正方向，將做曲線運動，C錯誤；D選項中，電場力沿z軸方向，洛倫茲力沿y軸方向，兩力不可能平衡，兩力的合力與粒子運動方向不在同一直線上，粒子將做曲線運動，D錯誤.如果粒子帶負電，仍有上述結果.,針對訓練如圖8所示，水平放置的兩塊帶電平行金屬板，板間存在著方向豎直向下、場強大小為E的勻強電場和垂直于紙面的勻強磁場.假設電場、磁場只存在于兩板間.一個帶正電的粒子，以水平速度v0從兩極板的左端正中央沿垂直于電場、磁場的方向射入極板間，恰好做勻速直線運動.不計粒子的重力及空氣阻力，則A.板間所加的勻強磁場B，方向垂直于紙面向里B.若粒子電荷量加倍，將會向下偏轉C.若粒子從極板的右側射入，一定沿直線運動D.若粒子帶負電，其他條件不變，將向上偏轉,答案,解析,圖8,解析因為粒子做勻速直線運動，故它受到的電場力與洛倫茲力應該是相等的，因為粒子帶正電，電場力的方向豎直向下，故洛倫茲力的方向豎直向上，根據(jù)左手定則判斷出磁場的方向是垂直紙面向里的，因為EqBqv0，故B，所以選項A正確；若粒子電荷量加倍，將仍然做勻速直線運動，選項B錯誤；若粒子從極板的右側射入，電場力方向豎直向下，洛倫茲力方向豎直向下，故它受到的力不平衡，所以它一定不會沿直線運動，選項C錯誤；若粒子帶負電，其他條件不變，將仍做勻速直線運動，選項D錯誤.,四、帶電體在勻強磁場中的運動問題,例4一個質(zhì)量為m0.1g的小滑塊，帶有q5104C的電荷量，放置在傾角30的光滑絕緣斜面上，斜面固定且置于B0.5T的勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里，如圖9所示，小滑塊由靜止開始沿斜面滑下，斜面足夠長，小滑塊滑至某一位置時，要離開斜面(g取10m/s2).求：,圖9,答案負電荷,(1)小滑塊帶何種電荷？,答案,解析,解析小滑塊在沿斜面下滑的過程中，受重力mg、斜面支持力FN和洛倫茲力F作用，如圖所示，若要使小滑塊離開斜面，則洛倫茲力F應垂直斜面向上，根據(jù)左手定則可知，小滑塊應帶負電荷.,(2)小滑塊離開斜面時的瞬時速度多大？,答案,解析,解析小滑塊沿斜面下滑的過程中，由平衡條件得FFNmgcos，當支持力FN0時，小滑塊脫離斜面.設此時小滑塊速度為vmax，則此時小滑塊所受洛倫茲力FqvmaxB，,(3)該斜面長度至少多長？,答案,解析,解析設該斜面長度至少為l，則小滑塊離開斜面的臨界情況為小滑塊剛滑到斜面底端時.,答案1.2m,分析帶電體在勻強磁場中運動應注意的問題1.注意受力情況和運動情況的分析.帶電體在勻強磁場中速度變化時洛倫茲力的大小隨之變化，并進一步導致壓力、摩擦力的變化，帶電體在變力作用下將做變加速運動.2.注意規(guī)律的選用和臨界狀態(tài)分析.分析帶電體的運動，注意利用牛頓運動定律和平衡條件分析各物理量的動態(tài)變化.該題中支持力為零是帶電體將要離開接觸面的臨界狀態(tài).,例5(多選)如圖10所示，質(zhì)量為m的帶電絕緣小球(可視為質(zhì)點)用長為l的絕緣細線懸掛于O點，在懸點O下方有勻強磁場.現(xiàn)把小球拉離平衡位置后從A點由靜止釋放，則下列說法中正確的是A.小球從A至C和從D至C到達C點時，速度大小相等B.小球從A至C和從D至C到達C點時，細線的拉力相等C.小球從A至C和從D至C到達C點時，加速度相同D.小球從A至C和從D至C過程中，運動快慢一樣,答案,解析,圖10,解析由題意可知，當進入磁場后，才受到洛倫茲力作用，且力的方向與速度垂直，所以只有重力做功，則小球從A至C和從D至C到達C點時，速度大小相等，加速度相同，從A至C和從D至C過程中，運動快慢也一樣，A、C、D正確；由于進出磁場的方向不同，由左手定則可知，洛倫茲力方向不同，所以細線的拉力的大小不同，故B錯誤.,達標檢測,解析由左手定則知打到a、b點的粒子帶負電，打到c、d點的粒子帶正電，D正確.,1.(洛倫茲力的方向)帶電粒子(重力不計)穿過飽和蒸汽時，在它走過的路徑上飽和蒸汽便凝成小液滴，從而顯示粒子的徑跡，這是云室的原理，如圖11所示是云室的拍攝照片，云室中加了垂直于照片向外的勻強磁場，圖中Oa、Ob、Oc、Od是從O點發(fā)出的四種粒子的徑跡，下列說法中正確的是A.四種粒子都帶正電B.四種粒子都帶負電C.打到a、b點的粒子帶正電D.打到c、d點的粒子帶正電,答案,1,2,3,4,解析,圖11,2.(速度選擇器)(多選)如圖12所示為速度選擇器裝置，場強為E的勻強電場與磁感應強度為B的勻強磁場互相垂直.一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的粒子(不計重力)以速度v水平向右射入，粒子恰好沿直線穿過，則下列說法正確的是A.若帶電粒子帶電荷量為2q，粒子將向下偏轉B.若帶電粒子帶電荷量為2q，粒子仍能沿直線穿過C.若帶電粒子速度為2v，粒子不與極板相碰，則從右側射出時電勢能一定增加D.若帶電粒子從右側水平射入，粒子仍能沿直線穿過,1,2,3,4,圖12,答案,解析,解析粒子恰好沿直線穿過，電場力和洛倫茲力均垂直于速度，故合力為零，粒子做勻速直線運動；根據(jù)平衡條件，有：qvBqE，解得：v，只要粒子速度為，就能沿直線勻速通過速度選擇器，故A錯誤，B正確；若帶電粒子速度為2v，電場力不變，洛倫茲力變?yōu)樵瓉淼?倍，故會偏轉，克服電場力做功，電勢能增加，故C正確；若帶電粒子從右側水平射入，電場力方向不變，洛倫茲力方向反向，故粒子一定偏轉，故D錯誤.,1,2,3,4,3.(帶電粒子在磁場中的直線運動)帶電油滴以水平速度v0垂直進入磁場，恰做勻速直線運動，如圖13所示，若油滴質(zhì)量為m，磁感應強度為B，則下述說法正確的是A.油滴必帶正電荷，電荷量為B.油滴必帶正電荷，比荷C.油滴必帶負電荷，電荷量為D.油滴帶什么電荷都可以，只要滿足q,答案,圖13,1,2,3,4,解析,解析油滴水平向右做勻速直線運動，其所受的洛倫茲力必向上與重力平衡，故帶正電荷，其電荷量為q，A正確，C、D錯誤；,1,2,3,4,4.(帶電體在磁場中的運動)如圖14所示，a為帶正電的小物塊，b是一不帶電的絕緣物塊(設a、b間無電荷轉移)，a、b疊放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直于紙面向里的勻強磁場.現(xiàn)用水平恒力F拉b物塊，使a、b一起無相對滑動地向左做加速運動，則在加速運動階段A.a對b的壓力不變B.a對b的壓力變大C.a、b物塊間的摩擦力變