2019-2020学年高中物理 第2章 4 磁场对运动电荷的作用课件 新人教版选修1-1

第二章磁场四、磁场对运动电荷的作用学习目标知识脉络1.理解安培力是导线中定向运动的电荷受到的洛伦兹力的宏观表现．(难点)2．学会用左手定则判断带电粒子在磁场中运动方向的问题．(重点)3．知道电子束的磁偏转原理及其在技术中的应用．(难点)自主探新知预习一、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的洛伦兹力的________．运动电荷宏观表现3．洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向遵循____定则．即伸开____，使拇指跟其余四指____，并且都跟手掌在同一个____内，让磁感线穿入手心，并使四指指向______运动的方向，那么，____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；负电荷的受力方向与正电荷的受力方向____．左手左手垂直平面正电荷拇指相反二、显像管的工作原理1．在洛伦兹力演示仪中可以观察到，没有磁场时，电子束是直进的，外加磁场以后，电子束的径迹变成____．磁场的____和电子的____都能影响圆的半径．圆形强弱速度2．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．3．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．电子束经过____偏转磁场和____偏转磁场，且偏转磁场的强弱都在________，因此电子束打在荧光屏上的光点________．运动电荷洛伦兹力电子水平竖直不断变化不断移动1．思考判断(1)静止的电荷在磁场中可能受洛伦兹力．()(2)电荷若沿磁场方向运动不受洛伦兹力．()(3)洛伦兹力的方向总是与粒子运动方向垂直．()(4)电视机显像管中电子束的偏转是利用的洛伦兹力．()×√√√(5)电子束撞击荧光屏时荧光屏会发光．()(6)电视机显像管中若磁场加强，电子束偏转幅度变小．()√×2．航天员若要走出舱外，所穿的宇航服必须要能阻挡宇宙射线的辐射．而射向地球的绝大多数宇宙射线，在地磁场洛伦兹力的作用下发生偏转，基本到达不了地球表面．如图所示，一束带正电粒子流(类似于宇宙射线)沿图中箭头所示方向通过两磁极间时，其偏转方向为()A．向上B．向下C．向N极D．向S极A[蹄形磁铁磁极之间的磁场方向由N极指向S极，带电粒子沿题图箭头的方向运动，根据左手定则，洛伦兹力方向向上，则粒子向上偏转，故A正确，B、C、D错误．]3．(多选)关于电场力和洛伦兹力，下列说法正确的是()A．电荷只要处在电场中，就会受到电场力，而电荷静止在磁场中，不可能受到磁场力B．电场对在其中的电荷一定做功，磁场对放入其中的电荷也一定做功C．电场力和洛伦兹力一样，受力方向都在电场线和磁感线上D．只有运动的电荷在磁场中才可能受到洛伦兹力的作用AD[电荷在电场中一定受到电场力的作用，但只有运动的电荷在磁场中才可能受到洛伦兹力的作用，洛伦兹力永远不做功．]4．如图所示，阴极射线管发出的电子束在阳极和阴极间强电场的作用下沿直线运动，如果在射线管所在区域内加上垂直纸面向里的匀强磁场，则电子束的偏转方向为()A．向上偏转B．向下偏转C．垂直纸面向里偏转D．垂直纸面向外偏转B[带电粒子所受洛伦兹力的方向决定电子束的偏转方向，可用左手定则判定，但在运用左手定则判定洛伦兹力方向时，磁场垂直穿过手心，四指应指向电子运动的反方向，则大拇指所指的方向即为洛伦兹力的方向，方向为竖直向下，故电子束向下偏转，选项B正确．]合作攻重难探究对洛伦兹力的理解1.洛伦兹力与安培力的关系通电导线受安培力是内部大量定向移动电荷受洛伦兹力的宏观表现；而洛伦兹力是安培力的微观本质．2．洛伦兹力的作用特点由于洛伦兹力遵守左手定则，其方向总是与电荷的运动方向垂直，因此洛伦兹力只改变速度方向不改变速度大小，对运动电荷不做功．3．洛伦兹力和电场力的比较洛伦兹力电场力性质磁场对在其中运动电荷的作用力电场对放入其中电荷的作用力产生条件磁场中静止电荷、沿磁场方向运动的电荷不受洛伦兹力电场中的电荷无论是静止还是沿任何方向运动，都要受到电场的作用力方向①方向由电荷正负、磁场方向以及电荷运动方向决定，各方向之间关系遵循左手定则②洛伦兹力方向一定垂直于磁场方向以及电荷运动方向(电荷运动方向与磁场方向不一定垂直)①方向由电荷正负、电场方向决定②正电荷受力方向与电场方向一致，负电荷受力方向与电场方向相反做功情况一定不做功可能做正功，可能做负功，也可能不做功【例1】(多选)一个电子穿过某一空间而未发生偏转，则()A．此空间一定不存在磁场B．此空间可能有磁场，方向与电子速度方向平行C．此空间可能有磁场，方向与电子速度方向垂直D．此空间可能有正交的磁场和电场，它们的方向均与电子速度方向垂直思路点拨：①“未发生偏转”说明电子做直线运动．②做直线运动的条件是物体所受合力为零或合力与运动方向在一条直线上．BD[依据对洛伦兹力的说明可知：当v的方向与磁感应强度B的方向平行时，运动电荷不受洛伦兹力的作用，带电粒子仍然以速度v做匀速直线运动．因此一个电子穿过某一空间而未发生偏转不能说此空间一定不存在磁场，只能说明此空间可能有磁场，方向与电子速度方向平行，或者说明此空间可能有正交的磁场和电场，它们的方向均与电子速度方向垂直，导致电子所受合力为零．因此，本题的正确选项为B、D.][注意事项](1)电荷在电场中一定受电场力，而在磁场中不一定受洛伦兹力．(2)洛伦兹力方向与速度方向一定垂直，而电场力的方向与速度方向无必然联系．1．在以下几幅图中，洛伦兹力的方向判断不正确的是()C[根据左手定则，垂直纸面向里的磁感线穿过手心，四指指向正电荷的运动方向向右，大拇指指向洛伦兹力的方向，判断出来洛伦兹力向上，故A正确．根据左手定则，垂直纸面向外的磁感线穿过手心，四指指向正电荷运动的方向向右，大拇指指向洛伦兹力的方向，判断出来洛伦兹力向下，故B正确．当速度与磁感线平行时，电荷不受洛伦兹力，故C错误．根据左手定则，水平向左的磁感线穿过手心，四指指向负电荷运动的反方向即向上，拇指指向洛伦兹力的方向，判断出来洛伦兹力方向垂直纸面向外，故D正确．]显像管的工作原理1.磁偏转借助磁场的作用，使电子束(或其他的运动电荷)改变运动方向的现象，称为磁偏转．2．工作原理显像管原理示意图如图所示，显像管的最前端为荧光屏，最后端是电子枪，管颈处是两个偏转线圈．当偏转线圈未加磁场时，电子枪发出的电子束将轰击在荧光屏的中心，荧光屏的中心就出现一个亮点．当显像管接收到影像信号时，磁偏转装置就会产生一个变化的磁场，使电子束从荧光屏左上角开始向右扫描出一条水平线，之后再扫描下面一条线．如此高频率地反复扫描，并利用人眼的视觉暂留效应，使荧光屏上的亮点构成我们看到的影像．【例2】如图所示为显像管工作原理示意图，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，在管颈区域加有偏转磁场(由偏转线圈产生)．(1)要使电子束在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应该沿什么方向？(2)电子束打在图中的B点，偏转磁场应该沿什么方向？思路点拨：解此题关键是电子枪发出电子带负电，应用左手定则时四指指向运动反方向．[解析](1)电子打到A点时，运动过程中向上偏转，由左手定则可知，偏转磁场的方向应该垂直纸面向外，电子才能打在A点．(2)电子向下偏转，由左手定则知，偏转磁场的方向应该垂直纸面向里，电子才能打在B点．[答案](1)垂直纸面向外(2)垂直纸面向里2．如图为说明电视机显像管偏转线圈作用的示意图．当线圈中通过图示方向的电流时，一束沿中心轴线O自纸内射向纸外的电子流，将()A．向左偏转B．向右偏转C．向上偏转D．向下偏转B[根据左右两侧通电螺线管的电流方向，可判断出磁场的方向．在O点，磁感线的方向为竖直向上，再由左手定则判断出电子受到向右的洛伦兹力，故电子流向右偏转，B项正确．]当堂固双基达标1．(多选)关于洛伦兹力的方向的判定，以下说法正确的是()A．用左手定则判定洛伦兹力的方向时，“四指指向”与电荷定向运动的方向相同B．用左手定则判定洛伦兹力的方向时，“四指指向”与电荷运动形成等效电流方向相同C．正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向即是该处磁场方向D．若将在磁场中的运动电荷＋q换为－q且速度方向反向，则洛伦兹力方向不变BD[运用左手定则时，“四指指向”应沿电荷定向移动形成的等效电流方向，而不一定沿电荷定向移动方向，因为负电荷定向移动形成电流的方向与其运动方向反向．通过左手定则所确定的洛伦兹力与磁场之间关系可知：两者方向相互垂直，而不是相互平行．]2．如图所示，匀强磁场水平向右，电子在磁场中的运动方向水平向右，则该电子()A．不受洛伦兹力B．受洛伦兹力，方向向上C．受洛伦兹力，方向向下D．受洛伦兹力，方向向左A[电子运动的方向与磁场方向平行，该电子不受洛伦兹力，故以原来的速度做匀速直线运动，故A正确，B、C、D错误．]3．(多选)如图所示，一阴极射线管左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线的径迹向下弯曲，则()A．导线中的电流从A到BB．导线中的电流从B到AC．若要使电子束的径迹向上弯曲，可以改变AB中的电流方向来实现D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关BC[电子在通电直导线产生的磁场中运动，无论直导线中的电流方向如何，电子的运动速度都是和磁感应强度的方向是垂直的．根据左手定则，由于是负电荷，四指应指向左方，根据电子的偏转方向可以确定磁感应强度的方向为垂直纸面向里．根据安培定则，导线中的电流方向为B到A.如果导线中的电流方向相反，则其产生磁场方向也相反，会影响到电子的偏转方向，所以本题的正确选项是B、C.]4．试判断各图中带电粒子所受洛伦兹力的方向或粒子的带电性．[解析](a)、(b)中已知B、v方向，由左手定则可判定洛伦兹力方向，图(a)竖直向上，图(b)垂直纸面向里，如解析图(a)、(b)所示；(c)中已知B、v和F，由左手定则可判定粒子带负电；同理(d)中由左手定则可判断洛伦兹力方向垂直纸面向里，如解析图(d)所示．[答案]见解析图