2019-2020学年高中物理 第二章 磁场 4 第四节 磁场对运动电荷的作用课件 新人教版选修1-

第四节磁场对运动电荷的作用第二章磁场第二章磁场1.知道什么是洛伦兹力，知道影响洛伦兹力的大小和方向的因素．(重点)2.会用左手定则解答有关带电粒子在磁场中运动方向的问题．(重点＋难点)3.了解电子束的磁偏转原理及其在技术中的应用．一、洛伦兹力1．定义：磁场对__________的力叫洛伦兹力．2．洛伦兹力与安培力的关系：通电导线受到的安培力，是导线中定向运动的电荷受到洛伦兹力的______表现．运动电荷宏观1．洛伦兹力和安培力是同一种性质的力吗？提示：是同种性质的力．安培力是磁场对通电导线的作用力，其实质是磁场对电流的作用力，而电流又是由电荷的定向移动形成的，所以磁场对运动电荷的作用力和磁场对电流的作用力是同种性质的力．安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观形式．二、洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向遵循______定则．即伸开______，使拇指与其余四指______，并且都与手掌在同一个______内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向________运动的方向，这时______所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向．左手左手垂直平面正电荷拇指2．用左手定则判断正电荷和负电荷所受洛伦兹力时四指所指方向是否相同？提示：不同．四指所指的方向为正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，也就是电流的方向．三、电子束的磁偏转洛伦兹力演示仪是由一个球形电子________和一组______组成．在演示仪中可以观察到，没有磁场时，电子束是______的；外加磁场后，电子束的径迹变成______．影响其半径的因素有磁场的强弱和电子的______．四、显像管的工作原理1．电视机显像管中电子束的偏转利用的就是__________在磁场中受到__________的原理来工作的．2．显像管中有一个阴极，工作时它能发射______，荧光屏被电子束撞击就能发光．射线管线圈直进圆形速度运动电荷洛伦兹力电子对洛伦兹力的理解及方向判断1．对洛伦兹力的理解(1)洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力，对静止的电荷无洛伦兹力作用．(2)当磁场方向与电荷运动方向一致时，洛伦兹力为零，当磁场方向与电荷运动方向垂直时，洛伦兹力最大．2．判断洛伦兹力方向的方法判断洛伦兹力方向的方法——左手定则：伸开左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，并使四指指向正电荷的运动方向(或负电荷运动方向的反方向)，那么，拇指所指的方向就是运动电荷所受洛伦兹力的方向．由于洛伦兹力的方向一定与电荷的运动方向垂直，所以洛伦兹力一定不做功．命题视角1对洛伦兹力的理解关于洛伦兹力的下列说法中正确的是()A．洛伦兹力的方向总是垂直于磁场方向但不一定垂直电荷运动的方向B．洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动方向，所以它对电荷永远不做功C．在磁场中，静止的电荷不受洛伦兹力，运动的电荷一定受洛伦兹力D．运动电荷在某处不受洛伦兹力，则该处的磁感应强度一定为零[关键提醒]带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力与粒子的电性、运动速度及磁场的方向都有关．[解析]根据左手定则可得洛伦兹力的方向总是垂直于磁场方向和电荷运动方向，A错误，B正确；当电荷平行磁场方向在磁场中运动时，电荷不受磁场力作用，C、D错误．[答案]B命题视角2洛伦兹力方向的判断试判断图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向，其中垂直于纸面向里的是()[思路点拨](1)明确磁场方向，带电粒子速度方向，带电粒子电性情况．(2)利用左手定则判断带电粒子所受的洛伦兹力的方向．[解析]根据左手定则可以判断，选项A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下；选项B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上；选项C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸外；选项D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里，D正确．[答案]D【通关练习】1．(多选)下列关于电荷所受静电力和洛伦兹力的说法中，正确的是()A．电荷在磁场中一定受洛伦兹力的作用B．电荷在电场中一定受静电力的作用C．电荷受静电力的方向与该处的电场方向一致D．电荷若受洛伦兹力，则受力方向与该处的磁场方向垂直解析：选BD.静止电荷在磁场中不受洛伦兹力的作用，但在电场中一定受静电力的作用，选项A错误，选项B正确；只有正电荷的受力方向与该处的电场方向一致，选项C错误；根据左手定则知运动电荷若受洛伦兹力，则受力方向与该处的磁场方向垂直，选项D正确．2．如图所示，表示磁场B、电荷运动方向v和磁场对电荷的作用力F的相互关系图中正确的是()答案：D电子束的磁偏转及应用1．电子束的磁偏转电子束在磁场中运动时，若速度的方向和磁场的方向垂直，根据左手定则，运动电荷所受洛伦兹力的方向始终与其速度方向垂直，因此洛伦兹力不能改变运动电荷的速率，只能改变电荷的运动方向，使其发生偏转．所以垂直入射到匀强磁场中的带电粒子做匀速圆周运动．2．显像管的工作原理(1)构造：如图所示(2)加速：显像管中有一个阴极，用低压电源加热时放出电子，经高电压加速后电子束打在荧光屏上，荧光屏就能发光．但一细束电子打在荧光屏上只能使一个点发光，而实际上整个荧光屏发光，这是由磁场作用于电子束的结果．(3)偏转：①使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的，叫做偏转线圈．②在偏转区的水平方向和竖直方向都加有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点就不断来回移动(扫描)．电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫做一场，电视机中每秒要进行50场扫描，所以我们感到整个荧光屏都在发光．(1)磁场和电场都能使带电粒子偏转，但磁偏转的角度更大且不会改变粒子的速度．(2)电性相反的两个带电粒子沿同一方向垂直进入同一磁场，偏转方向相反．初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图所示，则()A．电子将向右偏转，速率不变B．电子将向左偏转，速率改变C．电子将向左偏转，速率不变D．电子将向右偏转，速率改变[思路点拨]本题主要考查对洛伦兹力的方向判定及性质理解．[解析]电子在通电长直导线产生的磁场中运动，由安培定则判定直导线右侧区域内的磁场方向是垂直纸面向里的，再由左手定则判定电子所受洛伦兹力方向向右，所以电子向右偏转，但洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，洛伦兹力始终对电子不做功，电子的动能保持不变，速率不变，故选A.[答案]A(1)用左手定则判断洛伦兹力的方向时，应注意四指所指的方向与电荷运动方向的关系．(2)洛伦兹力不改变速度大小，只改变速度方向，洛伦兹力永不做功．1.如图所示，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点．为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场．(1)如果要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应该沿什么方向？(2)如果要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向？解析：由左手定则，(1)中偏转磁场应该垂直于纸面向外；(2)中偏转磁场应该垂直于纸面向里．答案：见解析洛伦兹力与电场力的比较两个完全相同的带等量的正电荷的小球a和b，从同一高度自由落下，分别穿过高度相同的水平方向的匀强电场和匀强磁场，如图所示，然后再落到地面上，两球运动所用的总时间分别为ta和tb哪个大？[思路点拨]解答本题的关键是弄清电场力和洛伦兹力两个力各自的特点及区别．[解析]a球进入匀强电场后，始终受到匀强电场水平向右的电场力F电＝qE作用，这个力不会改变a在竖直方向运动的速度，故它下落的总时间ta与没有电场时自由下落的时间t0相同．b球以某一速度进入匀强磁场瞬间它就受到水平向右的洛伦兹力作用，这个力只改变速度方向，会使速度方向向右发生偏转，又因为洛伦兹力始终与速度方向垂直．当速度方向变化时，洛伦兹力的方向也发生变化，不再沿水平方向．如图所示为小球在磁场中某一位置时的受力图，从图中可以看出洛伦兹力F洛的竖直分量F1会影响小球竖直方向的运动，使竖直下落的加速度减小(小于g)，故其下落的时间tb大于没有磁场时小球自由下落的总时间t0.综上所述，ta＜tb.[答案]tatb(1)认为带电粒子在电场中加速，速度变大了，而洛伦兹力不做功，不改变速度大小，故电场中粒子的速度大，用时少，虽然结果正确，但分析是错误的．(2)认为洛伦兹力总垂直于速度不改变速度大小，也就不改变竖直方向的速度大小，因此和电场力一样在竖直方向没有分力，竖直方向仅受重力，故运动时间相同的分析也是错误的．2.关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动，下列说法中正确的是()A．带电粒子沿电场线方向射入，静电力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加B．带电粒子垂直于电场线方向射入，静电力对带电粒子不做功，粒子动能不变C．带电粒子沿磁感线方向射入，洛伦兹力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加D．不管带电粒子怎样射入磁场，洛伦兹力对带电粒子都不做功，粒子动能不变解析：选D.带电粒子在电场中受到的静电力F＝qE，只与电场有关，与粒子的运动状态无关，做功的正负由θ角(力与位移方向的夹角)决定．对选项A，只有粒子带正电时才成立；垂直射入匀强电场的带电粒子，不管带电性质如何，静电力都会做正功，动能一定增加．带电粒子在磁场中的受力——洛伦兹力F洛＝qvBsinθ，其大小除与运动状态有关，还与θ角(磁场方向与速度方向之间的夹角)有关，带电粒子沿平行磁感线方向射入，不受洛伦兹力作用，粒子做匀速直线运动．在其他方向上由于洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，故洛伦兹力对带电粒子始终不做功．综上所述，正确选项为D.