2015-2016学年高二物理鲁科版选修3-1课件62磁场对运动电荷的作用

-1-第2节磁场对运动电荷的作用-2-第2节磁场对运动电荷的作用首页JICHUZHISHI基础知识ZHONGDIANNANDIAN重点难点SUITANGLIANXI随堂练习情境导入课程目标1.能从安培力公式推导洛伦兹力公式的计算式,体会洛伦兹力与安培力之间的关系。2.知道洛伦兹力公式f=qvB,并会用公式解答有关问题。3.会用左手定则判断洛伦兹力的方向,并解答有关问题。-3-第2节磁场对运动电荷的作用JICHUZHISHI基础知识首页ZHONGDIANNANDIAN重点难点SUITANGLIANXI随堂练习1.磁场对运动电荷的作用探究(1)观察磁场对静止电荷的作用:将带电通草球悬挂于磁场中,带电通草球并没有运动,改变通草球的电荷量或改变磁感应强度的大小和方向,通草球依然没有运动。结论:磁场对静止的电荷没有磁场力的作用。(2)磁场对运动电荷的作用:给阴极射线管接上电源,在射线管内形成电子流,没有磁场时观察电子流的运动轨迹,将蹄形磁体靠近阴极射线管,电子流的运动轨迹发生了偏转。结论:磁场对运动电荷有磁场力的作用。-4-第2节磁场对运动电荷的作用JICHUZHISHI基础知识首页ZHONGDIANNANDIAN重点难点SUITANGLIANXI随堂练习2.洛伦兹力的大小和方向(1)定义:磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力。(2)公式:F=qvBsinθ,其中θ为速度v的方向与磁场强度B的方向夹角。当θ=90°时,F=qvB;当θ=0°时,F=0。(3)方向:用左手定则判定。伸开左手,拇指与其余四指垂直,且处于同一平面内,让磁感线垂直穿过手心,四指指向正电荷运动的方向,那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。-5-第2节磁场对运动电荷的作用JICHUZHISHI基础知识首页ZHONGDIANNANDIAN重点难点SUITANGLIANXI随堂练习思考在用左手定则判断运动的电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向时,四指一定指向电荷的运动方向吗?提示:不一定,对于正电荷,四指指向电荷的运动方向;但对于负电荷,四指应指向运动的反方向。-6-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三对洛伦兹力方向的理解●问题导引●如果在电子射线管上方平行于管轴放置一根载流导线,电流方向如图所示,电子射线将朝什么方向偏转?电流反向后情况如何?想一想为什么禁止将磁铁靠近正在播放节目的电视机?提示:由安培定则可得导线产生的磁场在导线下方垂直纸面向里。再由左手定则可得电子射线向下偏。电流反向后同理可得电子射线向上偏。因为电视显像管应用了电子束磁偏转的原理,所以当磁铁靠近正在播放节目的电视机时磁铁的磁场会影响电子的偏转使图像变形。-7-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三●名师精讲●1.决定洛伦兹力方向的因素有三个:电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向。当电性一定时,其他两个因素决定洛伦兹力的方向,如果只让一个因素相反,则洛伦兹力方向必定相反;如果同时让两个因素相反,则洛伦兹力方向将不变。2.f、B、v三者方向间关系:电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系,两者关系是不确定的。电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向,f⊥B,f⊥v,即f垂直于B和v所决定的平面。-8-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三3.特点:洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化。但无论怎样变化,洛伦兹力都与运动方向垂直,故洛伦兹力永不做功,它只改变电荷运动方向,不改变电荷速度大小。-9-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三4.洛伦兹力与安培力的联系和区别区别联系①洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力,而安培力是指通电导线(即大量带电粒子)所受到的磁场力②洛伦兹力永不做功,而安培力可以做功①安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观解释②大小关系:F安=NF洛(N是导体中定向运动的电荷数)③方向关系:洛伦兹力与安培力的方向一致,均可用左手定则进行判断-10-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三特别提醒(1)判断负电荷在磁场中运动受洛伦兹力的方向,四指要指向负电荷运动的相反方向,也就是电流的方向,或者让磁感线穿过手背也可判断。(2)电荷运动的方向v和B不一定垂直,但洛伦兹力一定垂直于磁感应强度和速度方向。-11-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三【例题1】关于电荷在磁场中的运动速度、磁场和电荷受到的洛伦兹力三者之间的方向关系,如图所示,其中正确的是()解析:根据左手定则,A中电荷所受洛伦兹力方向向下,A正确;B中电荷所受洛伦兹力方向向下,B错误;C中电荷运动方向与磁场方向平行,不受洛伦兹力,C错误;D中电荷所受洛伦兹力方向垂直纸面向外,D错误。答案:A-12-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三反思做题时需看清本题考查的是负电荷所受洛伦兹力的问题。用左手定则判断负电荷所受洛伦兹力的方向时四指指向负电荷运动的反方向,这里容易弄混。触类旁通如图所示,阴极射线管的阴极(左侧极板)不断有电子射出,若在管的正下方放一通电直导线ab,射线的径迹往下偏,导线ab中的电流方向是怎样的?提示:电子向下偏转说明电子所受洛伦兹力向下,根据左手定则可判知,导线上方存在垂直纸面向里的磁场。再根据安培定则,导线中存在从b流向a的电流。-13-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三对洛伦兹力大小的理解●问题导引●如图所示,直导线中自由电荷的电荷量为q,定向移动的速度为v,单位体积的自由电荷数为n,导线长度为L,横截面积为S,磁场的磁感应强度为B。-14-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三(1)导线中的电流是多少?导线在磁场中所受安培力多大?(2)长为L的导线中含有的自由电荷数为多少?如果把安培力看成是每个自由电荷所受洛伦兹力的合力,则每个自由电荷所受洛伦兹力是多少?提示:(1)I=nqvSF=ILB=nqvSLB(2)N=nSLF洛=𝐹𝑁=qvB-15-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三●名师精讲●1.洛伦兹力的大小在一般情况下,当电荷运动的方向与磁场方向的夹角为θ时,电荷所受的洛伦兹力为F=qvBsinθ。(1)当电荷运动的方向与磁场方向垂直时,电荷所受的洛伦兹力最大,F=qvB。(2)当电荷运动的方向与磁场方向平行时,F=0。(3)当v=0时,F=0,即静止的电荷不受洛伦兹力。-16-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三2.洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力电场力产生条件仅在运动电荷的速度方向与B不平行时,运动电荷才受到洛伦兹力带电粒子只要处在电场中,一定受到电场力大小方向F=qvBsinθ,方向与B垂直,与v垂直,用左手定则判断F=qE,F的方向与E同向或反向特点洛伦兹力永不做功电场力可做正功、负功或不做功相同点反映了电场和磁场都具有力的性质-17-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三特别提醒(1)运动电荷不受洛伦兹力作用的位置,磁感应强度不一定为零,但电荷不受电场力作用的位置,电场强度一定为零。(2)洛伦兹力在匀强磁场中一般是变力,而电场力在匀强电场中是恒力。-18-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三【例题2】在图所示的各图中,匀强磁场的磁感应强度均为B,带电粒子的速率均为v,带电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小,并指出洛伦兹力的方向。思路:-19-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三解析:(1)因v⊥B,所以F=qvB,方向与v垂直向左上方。(2)v与B的夹角为30°,将v分解成垂直磁场的分量和平行磁场的分量,v⊥=vsin30°,F=qvBsin30°=12qvB,方向垂直纸面向里。(3)由于v与B平行,所以不受洛伦兹力。(4)v与B垂直,F=qvB,方向与v垂直向左上方。答案:(1)qvB垂直v向左上方(2)12qvB垂直纸面向里(3)不受洛伦兹力(4)qvB垂直v向左上方-20-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三反思(1)在计算洛伦兹力的大小时,要注意v取与B垂直的分量。(2)确定洛伦兹力的方向还需明确运动电荷的电性,特别注意负电荷的运动方向与左手四指的指向应相反。-21-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三带电粒子在磁场中运动分析●问题导引●磁流体发电机是一种新型发电机,下图表示它的发电原理。将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和带负电的微粒,而从整体来说呈中性)喷射入磁场,磁场中有两块金属板A、B,这时金属板上就聚集电荷,产生电压。试说明金属板上为什么聚集电荷。在磁极配置如图中所示的情况下,电路中的电流方向如何?-22-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三提示:由左手定则判知正、负电荷分别向B、A两板聚集,B、A两板即相当于电源的正、负极。当发电机稳定时,等离子体做匀速直线运动,电路中电流自下而上流过电阻。-23-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三●名师精讲●分析带电粒子在磁场中运动时应注意以下几点:1.确定研究对象即带电粒子。2.确定带电粒子所带电荷量的正、负以及速度方向。3.由左手定则,判断带电粒子所受洛伦兹力的方向,并作出受力分析图。4.由平行四边形定则、矢量三角形或正交分解法等方法,根据物体的平衡条件或牛顿第二定律列方程。5.由题设条件和要求解方程或方程组,求出相关的物理量。6.对于定性分析的问题还可以采用极限法进行推理,从而得出结论。-24-第2节磁场对运动电荷的作用ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三【例题3】质量为0.1g的小物块,带有5×10-4C的电荷量,放在倾角为30°的绝缘光