第三章第五节运动电荷在磁场中受到的力课件

1、第五节运动电荷在磁场中受到的力学习目标1.了解洛伦兹力的产生原因，会判断洛伦兹力的方向2.掌握洛伦兹力的公式，能计算洛伦兹力的大小3.了解显像管的原理,学生用书P84)一、洛伦兹力的方向和大小(阅读教材第95页第1段至第97页第1段)1洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的力通电导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力的宏观表现2洛伦兹力的方向判定：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负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反3洛伦兹力的大小：电荷量为q的粒子

2、以速度v运动时，如果速度方向与磁感应强度方向垂直，那么粒子所受的洛伦兹力为FqvB在一般情况下，当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为时，电荷所受的洛伦兹力为FqvBsin_拓展延伸(解疑难)1洛伦兹力的方向(1)决定因素：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)判定方法：同安培力一样，洛伦兹力的方向遵守左手定则但要注意负电荷受力方向与正电荷的相反(3)方向特点：洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化但无论怎么变化，洛伦兹力都与电荷运动方向垂直，故

3、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2洛伦兹力大小的推导过程(1)如图所示，设有一段长度为L的通电导线，垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中若导线中的电流为I，则该导线所受的安培力大小为F安ILB.(2)若导线的横截面积为S，单位体积内含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的速度为v，则在时间t内通过截面的电荷量QnSvtq.由电流的定义知InSvq，这段导线内含有的自由电荷数为NnSL.(3)整段导线所受的安培力F安可看成是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力F的合力，即F安NF，则每个自由电荷所受洛伦兹力F的大小为FqvB.二、电视显像管的工作原理(阅读教材

4、第97页第2段至第98页第1段)1电视显像管由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成2电视显像管应用了电子束磁偏转的道理3显像管中有一个阴极，工作时它能发射电子，荧光屏被电子束撞击就能发光在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断地变化洛伦兹力的方向的判断学生用书P84 1判断方法：左手定则2FB，Fv，F垂直于B、v确定的平面，但B与v不一定垂直3洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化但无论怎么变化，洛伦兹力都与运动方向垂直，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷速度大小(自选例题，启迪思维)1.如图所示的磁感应强度B、电荷的运动速度v和磁场对电荷的作用力F的相互

5、关系图中，画得正确的是(其中B、F、v两两垂直)()解析由于B、F、v两两垂直，根据左手定则得：A、B、D选项中受洛伦兹力都与图示F的方向相反，故A、B、D错误，C正确答案C2.试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向，其中垂直于纸面指向纸里的是()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D3. 汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子如图所示，把电子射线管(阴极射线管)放在蹄形磁铁的两极之间，可以观察

6、到电子束偏转的方向是()A向上B向下C向左 D向右解析电子束带负电，电子束由负极向正极运动，在电子束运动的过程中，条形磁铁产生的磁场由N极指向S极，根据左手定则可判断出电子受到的洛伦兹力方向向下，故电子束的偏转方向向下，B正确，A、C、D错误答案B借题发挥判断洛伦兹力方向的易错点(1)注意电荷的正负，尤其是判断负电荷所受洛伦兹力方向时，四指应指向负电荷运动的反方向(2)注意洛伦兹力的方向一定垂直于B和v所决定的平面(3)当v与B的方向平行时，电荷受到的洛伦兹力为零洛伦兹力的大小学生用书P85 对运动电荷在匀强磁场中的受力情况的考查，一般考查速度v和磁感应强度B垂直和平行两种情况，即FqvB或F

7、0.(自选例题，启迪思维)1.如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速度均为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解析(1)因vB，所以FqvB，方向垂直v指向左上方(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，vvsin 30°，FqvBsin 30°qvB.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，FqvB，方向垂直v指向左上方答案(1)qvB垂直v指向左上方(2)qvB垂直纸面向里(3)不受洛伦兹力(4)qvB垂直v指向左上方2.一带电粒子在匀强磁

8、场中沿着磁感线方向运动，现将该磁场的磁感应强度增大一倍，则带电粒子受到的洛伦兹力()A增大两倍B增大一倍C减小一半 D依然为零解析粒子速度方向与磁场方向平行，粒子所受洛伦兹力为零，故A、B、C错误，D正确答案D3. 一个运动电荷在某个空间里没有受到洛伦兹力的作用，那么()A这个空间一定没有磁场B这个空间不一定没有磁场C这个空间可能有方向与电荷运动方向平行的磁场D这个空间可能有方向与电荷运动方向垂直的磁场解析由题意，运动电荷在某个空间里没有受到洛伦兹力，可能空间没有磁场，也可能存在磁场，磁场方向与电荷运动方向平行，故A错误，B、C正确若磁场方向与电荷运动方向垂直，电荷一定受到洛伦兹力，不符合题意

9、，故D错误故选B、C.答案BC借题发挥计算洛伦兹力的大小时，应注意弄清v与磁感应强度B的方向关系当vB时，洛伦兹力FqvB，当vB时，F0，当v与B成角(0<<90°)时，应将v(或B)进行分解取它们垂直的分量计算扫一扫进入91导学网() 磁场对运动电荷的作用力,学生用书P85)规范答题带电体在匀强磁场中的运动问题范例(12分)一个质量为m0.1 g的小滑块，带有q5×104 C的电荷量，放置在倾角30°的光滑斜面上(绝缘)，斜面置于B0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块由静止开始沿斜面下滑，其斜面足够长，小滑块滑至某一位置时

10、要离开斜面求：(取g10 m/s2)(1)小滑块带何种电荷？(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？(3)该斜面的长度至少多长？审题点睛“小滑块滑至某一位置要离开斜面”是解决本题的关键，从这个临界条件中得到此时斜面对滑块的支持力FN0.解析(1)小滑块沿斜面下滑的过程中，受重力mg、斜面支持力FN和洛伦兹力F.若要小滑块离开斜面，洛伦兹力F方向应垂直斜面向上，根据左手定则可知，小滑块应带有负电荷(2分)(2)小滑块沿斜面下滑时，垂直斜面方向的加速度为零，有qvBFNmgcos 0(2分)当FN0时，小滑块开始脱离斜面(1分)所以v m/s2 m/s3.46 m/s.(2分)(3)法一：下滑过程中

11、，只有重力做功，由动能定理得：mgxsin mv2(3分)斜面的长度至少应是x m1.2 m(2分)法二：下滑过程中，小滑块做初速度为零的匀加速直线运动，对小滑块：由牛顿第二定律得：mgsin ma(2分)由运动学公式得：v22ax.(2分)解得x1.2 m(1分)答案(1)带负电(2)3.46 m/s(3)1.2 m名师点评洛伦兹力是一个大小、方向都与速度v有关的力，所以从受力分析及平衡条件求解洛伦兹力，从而能求解v；相反，已知v也能求解洛伦兹力F.如图所示，甲是一个带正电的小物块，乙是一个不带电的绝缘物块，甲、乙叠放在一起静止于粗糙的水平地板上，地板上方空间有水平方向的匀强磁场现用水平恒力

12、F拉乙物块，使甲、乙无相对滑动地一起水平向左加速运动在加速运动阶段()A地面对乙物块的摩擦力逐渐减小B甲、乙两物块的加速度逐渐增大C乙对甲的摩擦力逐渐增大D甲对乙的摩擦力逐渐减小解析：选D.加速过程中，甲受向下的洛伦兹力逐渐增大，乙对地板的压力逐渐增大，乙受摩擦力增大，则加速度逐渐减小，A、B错误甲的加速度是由乙对它的摩擦力产生的，由牛顿第二定律知，甲、乙间的摩擦力逐渐减小，C错误D正确故选D.,学生用书P86)随堂达标1带电粒子垂直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

13、子的速度方向解析：选B.洛伦兹力的方向总跟速度方向垂直，所以洛伦兹力永不做功，不会改变粒子的动能，故选B.2(2015·北京东城区检测)在如图所示的四幅图中，正确标明了带正电的粒子在磁感应强度为B的磁场中以速度v运动时所受洛伦兹力F的方向的是()解析：选B.磁感线穿过手心，四指指向正粒子运动的方向，拇指所指的方向就是正粒子所受洛伦兹力的方向，即为左手定则在A中，粒子所受洛伦兹力的方向应竖直向下；B中，粒子所受洛伦兹力的方向竖直向上；C中，粒子所受洛伦兹力的方向应垂直纸面向里；D中，粒子所受洛伦兹力的方向应垂直纸面向外，故选B.3.如图所示，一束电子流沿管的轴线进入螺线管，忽略重力，电

14、子在管内的运动应该是()A当从a端通入电流时，电子做匀加速直线运动B当从b端通入电流时，电子做匀加速直线运动C不管从哪端通入电流，电子都做匀速直线运动D不管从哪端通入电流，电子都做匀速圆周运动解析：选C.电子的速度vB，F洛0，电子做匀速直线运动4.匀强磁场中一个运动的带电粒子，受到洛伦兹力F的方向如图所示，则该粒子所带电性和运动方向可能是()A粒子带负电，向下运动B粒子带正电，向左运动C粒子带负电，向上运动D粒子带正电，向右运动解析：选A.根据左手定则，让磁感线穿过掌心，拇指指向F的方向，可判断出四指向上，这样存在两种可能：粒子带正电向上运动或粒子带负电向下运动，故选项A正确，选项C错误；而

15、粒子左右运动，则所受力F的方向不会向右故选项B、D错误5.(选做题)光滑绝缘杆与水平面保持角，磁感应强度为B的匀强磁场充满整个空间，一个带正电q、质量为m、可以自由滑动的小环套在杆上，如图所示，小环下滑过程中对杆的压力为零时，小环的速度为_解析：对小环进行受力分析：压力为0时，F洛mgcos 即qvBmgcos v.答案：课时作业一、选择题1在以下几幅图中，对洛伦兹力的方向判断不正确的是()解析：选C.根据左手定则可以判断A、B、D都是正确的，C项中vB，F0，所以C错2有关洛伦兹力和安培力的描述，正确的是()A通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用B安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观

16、表现C带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力做正功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解析：选B.通电导线与磁场平行时不受安培力，选项A错洛伦兹力始终与速度方向垂直，始终不做功，选项C错通电导线在磁场中受到的安培力方向始终与磁场方向垂直，选项D错B正确3宇宙中的电子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些电子在进入地球周围的空间时，将()A竖直向下沿直线射向地面B相对于预定点稍向东偏转C相对于预定点稍向西偏转D相对于预定点稍向北偏转解析：选C.地球表面的磁场方向由南向北，电子带负电，根据左手定则可判定，电子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向西，故C项正确4(多

17、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解析：选BD.由洛伦兹力公式可知：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作用，因此电子未发生偏转，不能说明此空间一定不存在磁场，只能说明此空间可能有磁场，磁场方向与电子速度方向平行，则选项B正确此空间也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则选项D正确5(多选)带电荷量为q的粒子在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是()A只要速度

18、大小相同，所受洛伦兹力就相同B如果把q改为q，且速度反向、大小不变，则洛伦兹力的大小不变C洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直D粒子只受到洛伦兹力的作用，不可能做匀速直线运动答案：BD6.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，速率改变解析：选A.由右手定则判定直线电流右侧磁场的方向垂直纸面向里，再根据左手定则判定电子所受洛伦兹力偏离电流，由于洛伦兹力不做功，电子动能不变，速率不变7.带电油滴以水平速度v0

19、垂直进入匀强磁场，恰做匀速直线运动，如图所示，若油滴质量为m，磁感应强度为B，则下述说法正确的是()A油滴必带正电荷，电荷量为B油滴必带正电荷，比荷C油滴必带负带荷，电荷量为D油滴带什么电荷都可以，只要满足q解析：选A.油滴水平向右匀速运动，其所受洛伦兹力必向上与重力平衡，故带正电，其电荷量q，A正确8.如图所示，在竖直平面内放一个光滑绝缘的半圆形轨道，水平方向的匀强磁场与半圆形轨道所在的平面垂直一个带负电荷的小滑块由静止开始从半圆轨道的最高点M滑下到最右端，则下列说法中正确的是()A滑块经过最低点时的速度比磁场不存在时大B滑块从M点到最低点的加速度比磁场不存在时小C滑块经过最低点时对轨道的压

20、力比磁场不存在时小D滑块从M点到最低点所用时间与磁场不存在时相等解析：选D.由于洛伦兹力不做功，故与磁场不存在时相比，滑块经过最低点时的速度不变，选项A错误；由a，与磁场不存在时相比，滑块经过最低点时的加速度不变，选项B错误；由左手定则，滑块经最低点时受的洛伦兹力向下，而滑块所受的向心力不变，故滑块经最低点时对轨道的压力比磁场不存在时大，因此选项C错误；由于洛伦兹力始终与运动方向垂直，在任意一点，滑块经过时的速度均不变，选项D正确9.(2015·淄博高二检测)质量为m、带电量为q的小球，从倾角为的光滑绝缘斜面上由静止下滑，整个斜面置于方向水平向外的匀强磁场中，其磁感应强度为B，如图所

21、示若带电小球下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零，下面说法中正确的是()A小球带负电B小球在斜面上运动时做匀加速直线运动C小球在斜面上运动时做加速度增大、速度也增大的变加速直线运动D小球在斜面上下滑过程中，当小球对斜面压力为零时的速率为解析：选B.小球在斜面上运动时受力如图所示，由左手定则可判定小球带正电，选项A错误；小球运动时受的合力为mgsin ，故小球做匀加速直线运动，选项B正确，C错误，当小球对斜面压力为零时，mgcos Bqv，则v，选项D错误10.(2015·福州高二检测)如图，在一个匀强磁场中，水平放置一粗糙的绝缘杆，在杆上套有一个带正电的环，环正在沿杆运动磁场的方向与环的运动方向如图所示对环在此后的运动，下列说法正确的是()A环一定做减速运动，且最终速度一定为零B环一定做减速运动，且最终速度一定大于零C若环的动能发生了变化，可能是磁场力对环做了功D若环的动能发生了变化，环一定克服摩擦力做了功解析：选D.对环的运动分三种情况讨论：当F洛<mg时，杆对环的支持力FN向上，环