人教版高中物理選修3-1《第三章第五節(jié)_運動電荷在磁場中受到的力》課件(56張ppt)

1、復習回顧復習回顧方向方向:IB3 0IB運用左手定則判斷安培力的方向運用左手定則判斷安培力的方向安培力安培力: :1、磁場對通電導線的作用力、磁場對通電導線的作用力大小大小:sinBILF FF左手定則左手定則為為B和和I之間的夾角之間的夾角 2、通電導線中的通電導線中的電流是怎樣形成的呢電流是怎樣形成的呢?【思考思考】既然磁場對電流有力的作用既然磁場對電流有力的作用,而電流是由電荷的定向移動形成的而電流是由電荷的定向移動形成的.那那么磁場是否對運動電荷也有作用力呢么磁場是否對運動電荷也有作用力呢?電荷的定向移動形成的電荷的定向移動形成的nqvSI 為什么磁場對通電導線有作用力為什么磁場對通電

2、導線有作用力?電子射線管的原理電子射線管的原理: 從陰極發(fā)射出來電子，在陰陽兩從陰極發(fā)射出來電子，在陰陽兩極間的高壓作用下，使電子加速，極間的高壓作用下，使電子加速，形成電子束，轟擊到長條形的熒光形成電子束，轟擊到長條形的熒光屏上激發(fā)出熒光，可以顯示電子束屏上激發(fā)出熒光，可以顯示電子束的運動軌跡。的運動軌跡。讓事實說話讓事實說話實驗現(xiàn)象：實驗現(xiàn)象： 在沒有外磁場時，電子束沿直在沒有外磁場時，電子束沿直線運動，將蹄形磁鐵靠近陰極射線線運動，將蹄形磁鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了彎管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了彎曲。曲。結(jié)論：磁場對運動電荷有作用力結(jié)論：磁場對運動電荷有作用力. 荷蘭物理

3、學家，他荷蘭物理學家，他是電子論的創(chuàng)始人、相是電子論的創(chuàng)始人、相對論中洛倫茲變換的建對論中洛倫茲變換的建立者，并因在原子物理立者，并因在原子物理中的重要貢獻（塞曼效中的重要貢獻（塞曼效應）獲得第二屆（應）獲得第二屆（19021902年）諾貝爾物理學獎。年）諾貝爾物理學獎。被愛因斯坦稱為被愛因斯坦稱為“我們我們時代最偉大，最高尚的時代最偉大，最高尚的人人”。荷蘭物理學家荷蘭物理學家 洛倫茲洛倫茲(Lorentz， 18531928)運動電荷在磁場中受到的作用力運動電荷在磁場中受到的作用力磁場對運動電荷的作用力磁場對運動電荷的作用力 磁場對電流有安培力的作用磁場對電流有安培力的作用,而電而電流是由

4、電荷定向運動形成的流是由電荷定向運動形成的,且磁場對且磁場對運動電荷有洛倫茲力的作用運動電荷有洛倫茲力的作用.所以所以安培安培力是洛倫茲力的力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)宏觀表現(xiàn).一、洛倫茲力的定義一、洛倫茲力的定義為什么磁場對通電導線有作用力為什么磁場對通電導線有作用力?安培力是洛倫茲力的安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)宏觀表現(xiàn)洛倫茲力是安培力的洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)微觀本質(zhì)安培力安培力洛侖茲力洛侖茲力磁場對磁場對電流電流的作用的作用磁場對磁場對運動電荷運動電荷的作用的作用因因果果微觀原因微觀原因宏觀表現(xiàn)宏觀表現(xiàn)+IF-IF1.判定安培力方向。判定安培力方向。2.電流方向和電荷運動方向的關(guān)系。電流方向

5、和電荷運動方向的關(guān)系。3.安培力方向和洛倫茲力方向的關(guān)系。安培力方向和洛倫茲力方向的關(guān)系。4.電荷運動方向、磁場方向、洛倫茲力電荷運動方向、磁場方向、洛倫茲力方向的關(guān)系。方向的關(guān)系。 想一想二、洛倫茲力的方向二、洛倫茲力的方向左手定則：左手定則：伸開左手伸開左手, ,使拇指與其余使拇指與其余四指垂直且處于同一平面內(nèi)四指垂直且處于同一平面內(nèi); ;讓磁感讓磁感線從掌心進入線從掌心進入, ,使四指指向正電荷運使四指指向正電荷運動的方向動的方向, ,拇指所指的方向就是正電拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向荷所受洛倫茲力的方向 如果是如果是負電荷負電荷,我們應如何我們應如何判定洛倫茲力的方向判定

6、洛倫茲力的方向?FFvqv-q四指的方向四指的方向電流的方向電流的方向正電荷的運動方向正電荷的運動方向負電荷運動的負電荷運動的反反方向方向二、洛倫茲力的方向二、洛倫茲力的方向vFvFvBF垂直于垂直于紙面向外紙面向外F垂直于垂直于紙面向外紙面向外v甲乙丙丁訓練鞏固：訓練鞏固：試判斷下圖中的帶電粒子試判斷下圖中的帶電粒子剛進入磁場時所受洛倫茲力的方向剛進入磁場時所受洛倫茲力的方向 BBB1、以相同速度進入同一磁場的、以相同速度進入同一磁場的 正、正、負負電荷受到的洛倫茲力方向電荷受到的洛倫茲力方向相反相反2、洛倫茲力的方向、洛倫茲力的方向 垂直垂直于于v和和B組成的平面組成的平面B F洛洛v洛倫

7、茲力大小可能會與哪些因素洛倫茲力大小可能會與哪些因素有關(guān)有關(guān)?當電荷運動方向跟磁場方向垂直時當電荷運動方向跟磁場方向垂直時洛倫茲力的大小跟三個因素相關(guān)洛倫茲力的大小跟三個因素相關(guān):1.磁感應強度磁感應強度B2.電荷量電荷量q3.電荷運動快慢電荷運動快慢v三、洛倫茲力的大小三、洛倫茲力的大小vvvv設有一段長為設有一段長為L，橫，橫截面積為截面積為S的直導線，的直導線，單位體積內(nèi)的自由電荷單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為數(shù)為n，每個自由電荷，每個自由電荷的電荷量為的電荷量為q，自由電，自由電荷定向移動的速率為荷定向移動的速率為v.這段通電導線垂直磁場這段通電導線垂直磁場方向放入磁感應強度為方向放入磁感應

8、強度為B的勻強磁場中，求的勻強磁場中，求三、洛倫茲力的大小三、洛倫茲力的大小IFvvvv(1)通電導線中的電流通電導線中的電流(2)通電導線所受的安培力通電導線所受的安培力(3)這段導線內(nèi)的自由電荷數(shù)這段導線內(nèi)的自由電荷數(shù)(4)每個電荷所受的洛倫茲力每個電荷所受的洛倫茲力qvBnSLLnqvSBNFF)(安洛nSLN nqvSI LnqvSBBILF)(安單位：單位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T)qvBF洛電荷量為電荷量為q的粒子以速度的粒子以速度v運動時運動時,如果速度方向與磁感應強度方向如果速度方向與磁感應強度方向垂直垂直,那么粒子所受的洛倫茲力為那么粒子所受的洛倫茲力為(v

9、垂直垂直B)三、洛倫茲力的大小三、洛倫茲力的大小問題問題:若帶電粒子不垂直射入磁若帶電粒子不垂直射入磁場場,粒子受到的洛倫茲力又如何呢粒子受到的洛倫茲力又如何呢?V2V1(vB)(vB)特例特例: :qvBF 洛0洛F當運動電荷的速度當運動電荷的速度v v方向與磁感應強方向與磁感應強度度B B方向的夾角為方向的夾角為，電荷所受的洛倫茲，電荷所受的洛倫茲力大小為力大小為 單位：單位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T)三、洛倫茲力的大小三、洛倫茲力的大小sinqvBF 洛F洛洛=qvB =1.6010-1931060.10N =4.810-14N 電子的速率電子的速率v=3106m/s,

10、垂直射垂直射入入B=0.10T的勻強磁場中的勻強磁場中,它受到的它受到的洛倫茲力是多大洛倫茲力是多大?課課 堂堂 練練 習習解：因為解：因為v垂直垂直B,所以所受洛倫茲力大小所以所受洛倫茲力大小當一帶正電當一帶正電q的粒子以速度的粒子以速度v沿螺線管中軸沿螺線管中軸線進入該通電螺線管線進入該通電螺線管,若不計重力若不計重力,則則( )A帶電粒子帶電粒子速度大小改變速度大小改變B帶電粒子速度方向改變帶電粒子速度方向改變C帶電粒子速度大小不變帶電粒子速度大小不變D帶電粒子速度方向不變帶電粒子速度方向不變B課課 堂堂 練練 習習 電荷量為電荷量為q的粒子在勻強磁場中運的粒子在勻強磁場中運動，下列說法

11、正確的是動，下列說法正確的是( )A只要速度大小相同，所受洛倫茲力就只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同相同B如果把如果把q改為改為- -q，且速度反向，大，且速度反向，大小不變，則洛倫茲力的大小方向不變小不變，則洛倫茲力的大小方向不變C洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直，磁場方向一定與電荷運動方向垂直直，磁場方向一定與電荷運動方向垂直D粒子的速度一定變化粒子的速度一定變化課課 堂堂 練練 習習1、洛倫茲力、洛倫茲力:磁場對運動電荷的作用力磁場對運動電荷的作用力 安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)2、洛倫茲力方向：左手定則、洛倫茲力方向：左手定

12、則 F V F B 3、洛倫茲力大?。骸⒙鍌惼澚Υ笮。?F洛洛=qVBsin VB F洛洛=qVB VB F洛洛= 0根據(jù)洛倫茲力的方向與帶電粒子運動方根據(jù)洛倫茲力的方向與帶電粒子運動方向的關(guān)系向的關(guān)系(FV FB) ,請你推測請你推測:1、洛倫茲力對帶電粒子運動的速度有什、洛倫茲力對帶電粒子運動的速度有什么影響么影響?2、帶電粒子在磁場中運動時，洛倫茲力、帶電粒子在磁場中運動時，洛倫茲力對帶電粒子是否做功對帶電粒子是否做功?思考與討論：思考與討論：洛倫茲力只改變速度的方向洛倫茲力只改變速度的方向, 不改變速度的大小不改變速度的大小.洛倫茲力對電荷不做功洛倫茲力對電荷不做功.四、洛倫茲力的特點

13、：四、洛倫茲力的特點：2、洛倫茲力、洛倫茲力只改變速度的方向只改變速度的方向, 不改變速度的大小不改變速度的大小.3、洛倫茲力對電荷、洛倫茲力對電荷總是不做功總是不做功.1、洛倫茲力的方向、洛倫茲力的方向總是總是既垂直于速度既垂直于速度,又又垂直于磁場垂直于磁場, 即即垂直于垂直于V和和B所組成的平面所組成的平面.總是總是:FV FB FSVB1、電子以初速度電子以初速度V垂直進入磁感應強度垂直進入磁感應強度為為B的勻強磁場中的勻強磁場中,則則 ( ) A、磁場對電子的作用力始終不變、磁場對電子的作用力始終不變. B、磁場對電子的作用力始終不做功、磁場對電子的作用力始終不做功. C、電子的速度

14、始終不變、電子的速度始終不變. D、電子的動能始終不變、電子的動能始終不變.BD課課 堂堂 練練 習習2、一帶負電的小滑塊從光滑的斜面頂、一帶負電的小滑塊從光滑的斜面頂端滑至底端時的速率為端滑至底端時的速率為V；若加一個垂；若加一個垂直紙面向外的勻強磁場，則它滑至底端直紙面向外的勻強磁場，則它滑至底端時的速率將時的速率將( )A、變大、變大 B、變小、變小 C、不變、不變 D、條件不足，無法判斷、條件不足，無法判斷C課課 堂堂 練練 習習3、將一半徑為、將一半徑為R的半圓形光滑絕緣滑軌的半圓形光滑絕緣滑軌,固定在垂直向里的勻強磁場固定在垂直向里的勻強磁場B中。一帶電中。一帶電量量+q，質(zhì)量，質(zhì)

15、量m的小球在的小球在A點無初速釋放，點無初速釋放，沿滑軌運動，求小球第一次經(jīng)過最低點沿滑軌運動，求小球第一次經(jīng)過最低點時對滑軌的壓力。時對滑軌的壓力。課課 堂堂 練練 習習221mvmgR RmvqvBmgN2 gRqBmgqvBmgN233 思考與討論：思考與討論：帶電粒子在磁場中運動時帶電粒子在磁場中運動時受洛倫茲力受洛倫茲力.而帶電粒子在電而帶電粒子在電場中受電場力場中受電場力.那么那么洛倫茲力洛倫茲力與電場力有何區(qū)別與電場力有何區(qū)別?洛倫茲力和電場力的區(qū)別：洛倫茲力和電場力的區(qū)別：1.受力：受力：電荷在電場中電荷在電場中一定一定受到電場受到電場力力的作用，與其運動狀態(tài)無關(guān)；而的作用，與

16、其運動狀態(tài)無關(guān)；而電電荷在磁場中荷在磁場中不一定不一定受到磁場力受到磁場力作用，作用，只有相對于磁場運動且運動方向與磁只有相對于磁場運動且運動方向與磁場方向不平行的電荷才受磁場力作用場方向不平行的電荷才受磁場力作用.2.大?。捍笮。篎電電qE F洛洛=qvBsin3、方向：、方向：電荷所受電荷所受電場力方向總是電場力方向總是平行于平行于電電場方向場方向；電荷所受電荷所受磁場力方向總是磁場力方向總是垂直于垂直于磁磁場方向場方向，垂直于運動方向。，垂直于運動方向。4、做功：、做功：電場力對運動電荷電場力對運動電荷要要做功做功(電荷在等電荷在等勢面上運動除外勢面上運動除外)； 磁場力對運動電荷磁場力

17、對運動電荷一定不一定不做功。做功。1、定義：磁場對運動電荷的作用力、定義：磁場對運動電荷的作用力 安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)2、方向：左手定則、方向：左手定則 F V F B 3、大?。骸⒋笮。?F洛洛=qVBsin VB F洛洛=qVB VB F洛洛= 04、特點：洛倫茲力只改變力的方向、特點：洛倫茲力只改變力的方向; 洛倫茲力對運動電荷不做功洛倫茲力對運動電荷不做功.B1.半導體靠自由電子半導體靠自由電子(帶負電帶負電)和空穴和空穴(相相當于帶正電當于帶正電)導電導電, 分為分為p型和型和n型兩種型兩種.p型中型中空穴為多數(shù)載流子空穴為多數(shù)載流子;n型中自由電子為

18、多數(shù)型中自由電子為多數(shù)載流子載流子.用以下實驗可以判定一塊半導體材用以下實驗可以判定一塊半導體材料是料是p型還是型還是n型型:將材料放在勻強磁場中將材料放在勻強磁場中.通通以圖示方向的電流以圖示方向的電流I.用電壓表判定上下兩個用電壓表判定上下兩個表面的電勢高低表面的電勢高低.從而判定判定一塊半導體從而判定判定一塊半導體材料是材料是p型還是型還是n型型.試分析原因試分析原因.I若上極板電勢高若上極板電勢高.就是就是p型半導體型半導體;若下極板電勢高若下極板電勢高.就是就是n型半導體型半導體.1、構(gòu)造、構(gòu)造:電子槍電子槍(陰極陰極)偏轉(zhuǎn)線圈偏轉(zhuǎn)線圈熒光屏等熒光屏等五、電視顯像管的工作原理五、電視

19、顯像管的工作原理2、原理：、原理：應用電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理應用電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理五、電視顯像管的工作原理五、電視顯像管的工作原理 1、要使電子打在、要使電子打在A點點,偏轉(zhuǎn)磁場偏轉(zhuǎn)磁場應該沿什么方向應該沿什么方向?垂直紙面向外垂直紙面向外2、要是電子打在、要是電子打在B點點,偏轉(zhuǎn)磁場偏轉(zhuǎn)磁場應該沿什么方向應該沿什么方向?垂直紙面向里垂直紙面向里3、要是電子打從、要是電子打從A點向點向B點逐漸移動點逐漸移動,偏轉(zhuǎn)磁偏轉(zhuǎn)磁場應該怎樣變化？場應該怎樣變化？先垂直紙面向外并逐漸減小先垂直紙面向外并逐漸減小,后垂直紙面向里并逐漸增大后垂直紙面向里并逐漸增大.五、電視顯像管的工作原理五、電視顯像管的工作原理

20、2、原理：、原理：應用電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理應用電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理五、電視顯像管的工作原理五、電視顯像管的工作原理 來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂直的來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質(zhì)子在進方向射向赤道上空的某一點，則這些質(zhì)子在進入地球周圍的空間時，將入地球周圍的空間時，將( )A豎直向下沿直線豎直向下沿直線射向地面射向地面B相對于預定地面相對于預定地面向東偏轉(zhuǎn)向東偏轉(zhuǎn)C相對于預定點稍向西偏轉(zhuǎn)相對于預定點稍向西偏轉(zhuǎn)D相對于預定點稍向北偏轉(zhuǎn)相對于預定點稍向北偏轉(zhuǎn)V V課課 堂堂 練練 習習人類首次拍到南北極光人類首次拍到南北極光“同放光彩同放光彩”奇奇景景以正電

21、荷為例以正電荷為例 在太陽創(chuàng)造的諸如光和熱等形式的能量中，在太陽創(chuàng)造的諸如光和熱等形式的能量中，有一種能量被稱為有一種能量被稱為“太陽風太陽風”。這是一束可以。這是一束可以覆蓋地球的強大的帶電亞原子顆粒流，該太陽覆蓋地球的強大的帶電亞原子顆粒流，該太陽風在地球上空環(huán)繞地球流動，以大約每秒風在地球上空環(huán)繞地球流動，以大約每秒400公里的速度撞擊地球磁場，公里的速度撞擊地球磁場，磁場使該顆粒流偏磁場使該顆粒流偏向地磁極下落向地磁極下落，它們與氧和氮的原子碰撞，擊，它們與氧和氮的原子碰撞，擊走電子，使之成為激發(fā)態(tài)的離子，這些離子發(fā)走電子，使之成為激發(fā)態(tài)的離子，這些離子發(fā)射不同波長的輻射，產(chǎn)生出紅、綠或藍等色的射不同波長的輻射，產(chǎn)生出紅、綠或藍等色的極光特征色彩，形成極光。在南極地區(qū)形成的極光特征色彩，形成極光。在南極地區(qū)形成的叫南極光。在北極地區(qū)同樣可看到這一現(xiàn)象，叫南極光。在北極地區(qū)同樣可看到這一現(xiàn)象，稱之為北極光。稱之為北極光。地球磁場地球磁場1.在圖所示的平行板之間在圖所示的平行板之間,電場強度電場強度E和磁感應強和磁感應強度度B相互垂直相互垂直,具有不同水平速度的帶電粒子射入后發(fā)具有不同水平速度的帶電粒子射入后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同生偏轉(zhuǎn)的情況不同.這種裝置能把具有某一特定速度的這種裝置能把具有某一特定速度的粒子選擇出來粒子