江苏省太仓市实验中学人教高中物理选修31课件3.5磁场对运动电荷的作用力共51

1、宇宙射线,绚丽多彩的极光,【思考 】从宇宙深处射来的带电粒子，为什么只在地球的两极引起极光？,宇宙射线,【思考 】从宇宙深处射来的带电粒子，为什么只在地球的两极引起极光？,【思考 】在电视显像管中，很细的一束电子打在荧光屏上，为什么能使整个荧光屏发光呢？,磁场对运动电荷的作用力,江苏省宿迁市马陵中学 李伟成,一、洛伦兹力的定义,二、洛伦兹力的方向,三、洛伦兹力的大小,四、电视显像管的工作原理,磁场对运动电荷的作用力,1、什么叫做安培力？,把通电导线在磁场中受到的力叫做安培力。,【复习回顾】,2、如何计算安培力的大小？,【复习回顾】,(1) 当电流方向与磁场方向垂直时，它所受的安培力最大为 F

2、= ILB 。,(2) 当电流方向与磁场方向一致时，导线不受安培力。,2、如何计算安培力的大小？,【复习回顾】,(3) 当电流方向与磁场方向成 角时，导线所受安培力介于最大值和 0 之间。,F = ILB sin,B,B,3、如何判定安培力的方向？,【复习回顾】,左手定则：伸开左手，使拇指跟与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受的安培力的方向。,【问题1】既然磁场对电流有安培力的作用，而电流是由电荷的定向运动形成的，那么磁场对运动电荷是否有力的作用呢？,【引入新课】,阴极射线管的原理：从阴极发射出来的电子

3、，在阴、阳两极之间的高压作用下加速，形成电子束，掠射到长条形的荧光板上，显示出电子束的径迹。,【演示】观察阴极射线在磁场中的偏转,实验现象：没有磁场时，电子束沿一条直线运动；用一个蹄形磁铁在电子束的路径上加磁场时，发现电子束径迹发生了弯曲。,【演示】观察阴极射线在磁场中的偏转,实验结论：磁场对运动电荷有力的作用。,【演示】观察阴极射线在磁场中的偏转,运动电荷在磁场中所受的力叫做洛伦兹力。,安培力是洛伦兹力的宏观表现。,洛伦兹力是安培力的微观本质。,一、洛伦兹力的定义,【进行新课】,【问题2】洛伦兹力与安培力有什么关系？,二、洛伦兹力的方向,【问题3】如何判定洛伦兹力的方向？,如何判定正电荷所受

4、洛伦兹力方向呢？,v 与 B 垂直,左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指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。,二、洛伦兹力的方向,【问题3】如何判定洛伦兹力的方向？,v 与 B 垂直,二、洛伦兹力的方向,【问题3】如何判定洛伦兹力的方向？,如何判定负电荷所受洛伦兹力方向呢？,v 与 B 垂直,左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向负电荷运动的反方向，这时拇指所指的方向就是运动的负电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。,二

5、、洛伦兹力的方向,【问题3】如何判定洛伦兹力的方向？,二、洛伦兹力的方向,v 与 B 不垂直时，如何判定洛伦兹力的方向？,【问题3】如何判定洛伦兹力的方向？,F 垂直于纸面向外,(1) 以相同速度进入同一磁场的正、负电荷受到的洛伦兹力方向相反。,【问题4】洛伦兹力方向有什么特点？,(2) 洛伦兹力的方向垂直于 v 和 B 组成的平面。,【问题4】洛伦兹力方向有什么特点？,v 与 B 垂直时,v 与 B 不垂直时,例题1(2008北京崇文区)每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来，地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义。假设有一个带正电的宇

6、宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将 A向东偏转 B向南偏转 C向西偏转 D向北偏转,A,从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为宇宙射线。这些高能粒子流，如果都到达地球，将对地球上的生物带来危害。庆幸的是，地球周围存在地磁场，改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，对宇宙射线起了一定的阻挡作用。,在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它们和空气分子碰撞产生辐射就形成了绚丽多彩的极光。,【问题5】洛伦兹力大小可能与哪些因素有关？,当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力的大小可能跟以下三个因素有关：,(3) 磁感应强度

7、B,(1) 电荷量 q,(2) 电荷运动速度 v,三、洛伦兹力的大小,【问题6】导线中带电粒子的定向运动形成了电流。电荷定向运动所受的洛伦兹力的合力，表现为导线所受的安培力。你能由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式吗？,(1) 设导线中每个带电粒子定向运动的速度都是 v ，单位体积内的带电粒子数为 n 。算出图中一段导线中的粒子数，这就是在时间 t 内通过截面 a 的粒子数。如果每个带电粒子的电荷量为 q，由此可以算出 q 与电流 I 的关系。,导线中的粒子数为,导线中的电流大小为,N = Svt n,I = Nq/t = Svnq,(2) 写出这段长为 vt 的导线所受的安培力 F安 。,

8、F安 = ILB,= Svnq vt B,(3) 求出每个带电粒子所受的力，就是洛伦兹力 F洛。,F洛 = qvB,F洛= qvB ( v 垂直于 B ),三、洛伦兹力的大小,1、电荷量为 q 的带电粒子以速度 v 运动时，如果速度方向与磁感应强度方向垂直，那么带电粒子所受的洛伦兹力为,F洛= qvB sin (v与B成角),【问题7】若电荷运动方向与磁场方向夹角为，则电荷受到的洛伦兹力又如何计算呢？,【思考与讨论】洛伦兹力对运动电荷是否做功？,【思考与讨论】洛伦兹力对运动电荷是否做功？,(1) 洛伦兹力方向垂直于 v 和 B 所组成的平面。,(2) 洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小

9、。,(3) 洛伦兹力不做功。,(1) 带电粒子在电场中一定受到电场力的作用，且与其运动状态无关；而带电粒子在磁场中不一定受到洛伦兹力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行时才受洛伦兹力作用。,【思考与讨论】带电粒子在磁场中运动时受到的洛伦兹力与在电场中受到的电场力有什么区别？,(2) 大小：F电qE，F洛= qvB sin。,(3) 带电粒子所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向；而带电粒子所受洛伦兹力方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向。,(4) 电场力对运动电荷要做功 ( 电荷在等势面上运动除外 )；而洛伦兹力对运动电荷一定不做功。,【思考与讨论】带电粒子在磁场中运动时

10、受到的洛伦兹力与在电场中受到的电场力有什么区别？,例题2、质量 m = 110-4 kg 的带正电小物块，电荷量为 q = 510-4 C ，放在绝缘斜面上，斜面的倾角= 30，物块与斜面间的动摩擦因数= 0.4。整个斜面放在匀强磁场中，B = 0.5 T，方向如图，斜面足够长，求：(1) 物块下滑时，能达到的最大速率为多少？,mg,FN,F滑,F洛,例题2、质量 m = 110-4 kg 的带正电小物块，电荷量为 q = 510-4 C ，放在绝缘斜面上，斜面的倾角= 30，物块与斜面间的动摩擦因数= 0.4，整个斜面放在匀强磁场中，B = 0.5 T，方向如图，斜面足够长，求：(2) 如果

11、将磁场反向，其它条件不变，物块下滑时将发生什么情况？,mg,FN,F滑,F洛,四、电视显像管的工作原理,1、电视显像管的主要构造是什么？,【思考与讨论】,(1) 若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、电视显像管的工作原理是什么？,电子束磁偏转：靠磁场来使电子束偏转,四、电视显像管的工作原理,(2) 若要使电子束打在 B 点，磁场应该沿什么方向？,2、电视显像管的工作原理是什么？,【思考与讨论】,四、电视显像管的工作原理,(3) 若要使电子束打在荧光屏上的位置由 B 逐渐向 A 点移动，偏转磁场应该怎样变化？,2、电视显像管的工作原理是什么？,【思

12、考与讨论】,减,增,四、电视显像管的工作原理,(4) 若要使电子束在荧光屏上扫描一行之后，迅速返回，再做下一行扫描，直到荧光屏的下端，偏转磁场应该怎样变化？,四、电视显像管的工作原理,四、电视显像管的工作原理,例题3、(南京市2009高三)电视显像管上的图像是电子束打在荧光屏上形成的。为了获得清晰的图像电子束应该准确地打在相应的荧光点上。若考虑地磁场的影响，则电子从电子枪射出后自西向东飞向荧光屏的过程中，由于受到地磁场的作用 ( 重力不计 ) ，应 ( 假设电视机位于赤道位置 ) A、相对于预定荧光点，稍向北偏转 B、相对于预定荧光点，稍向南偏转 C、相对于预定荧光点，稍向上偏转 D、相对于预

13、定荧光点，稍向下偏转,D,一、洛伦兹力的定义,二、洛伦兹力的方向,三、洛伦兹力的大小,四、电视显像管的工作原理,磁场对运动电荷的作用力,1、( 2009广东 )带电粒子垂直于匀强磁场方向运动时，其受到的洛伦兹力的方向，下列表述正确的是 A、与磁场方向相同 B、与运动方向相同 C、与运动方向相反 D、与磁场方向垂直,D,【课堂练习】,2、( 2008广东 )有关洛仑兹力和安培力的描述，正确的是 A、通电直导线处于匀强磁场中一定受安培力的作用 B、安培力是大量运动电荷所受洛仑兹力的宏观表现 C、带电粒子在匀强磁场中运动时，受到的洛仑兹力做正功 D、通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行,

14、B,3、( 2009广东 )带电粒子垂直于匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用，下列表述正确的是 A、洛伦兹力对带电粒子做功 B、洛伦兹力不改变带电粒子的动能 C、洛伦兹力的大小与速度无关 D、洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向,B,4、( 2008北京顺义区 )两块金属 a、b平行放置，板间存在与匀强电场正交的匀强磁场，假设电场、磁场只存在于两板间的空间区域。一束电子以一定的初速度 v0 从两极板中间，沿垂直于电场、磁场的方向射入场中，无偏转地通过场区。已知板长 l = 10 cm，两板间距d = 3.0 cm，两板间电势差 U = 150 V，v0 = 2.0 107 m/s。求： 求磁感应强度 B 的大小。,2.510-4 T,5、(广东惠州市2009高三)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把气体的内能直接转化为电能。平行金属板 A、B 之间有一个很强的匀强磁场，磁感应强度为 B 。将一束等离子体 ( 即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子 )垂直于 B 的方向喷入磁场，每个离子的速度为 v，电荷量大小为 q，A、B 两扳