人教版高中物理选修3-1《13.5_运动电荷在磁场中受到力》课件(56张ppt)

1、3.5运动电荷在磁场中受到的力运动电荷在磁场中受到的力 高中物理 选修 3-1 都昌一中 刘谆谆 2014年 05月一 【说教材【说教材 学情分析】学情分析】 普通高中课程标准实验教科书物理选修31第三章第五节运动电荷在磁场中受到的力既是安培力知识的延续，又是下一节带电粒子在匀强磁场中的运动的铺垫。 高二的学生已具有一定的观察能力和逻辑推理能力，对现象猜想理论推导实验验证等科学研究方法有一定的基础，本节课通过实验创设各种问题情景、引导，激发学生学习的兴趣，促进学生思维，为日后的学习及进行其它问题探究奠定基础。二 【教学目标】 1知识与技能：知识与技能： 知道什么是洛伦兹力，会判断洛伦兹力的方向

2、；知道什么是洛伦兹力，会判断洛伦兹力的方向； 知道洛伦兹力大小的推导过程；知道洛伦兹力大小的推导过程； 会利用本节课学的知识简单解释电视显像管的工作会利用本节课学的知识简单解释电视显像管的工作原理。原理。 2过程与方法：过程与方法： 通过对安培力微观本质的猜测，培养学生的联想和猜测能力； 通过推导洛伦兹力的公式，培养学生的逻辑推理能力； 通过演示实验，培养学生的观察能力。 3情感态度与价值观：情感态度与价值观： 培养学生的科学思维和研究方法，培养学生的观察、分析、推理能力。激发学生热爱学习、探索宇宙的欲望。三 【教学重点、难点】 重点：洛伦兹力方向的判断方法和洛伦兹力大小计算。 难点：洛伦兹力

3、计算公式的推导过程。四四 【实验器材及教学媒体的选择与使用】实验器材及教学媒体的选择与使用】 阴极射线管、多媒体投影系统 五五 【教学方法】【教学方法】 讲授法、实验法、讨论法。六六 【教学过程】【教学过程】 引入新课： 观看神奇的极光短片。 请问这些美丽的极光一般出现在什么区域？（地球的南、北极地区） 简单介绍极光，并提出疑问：运动电荷在磁场中是否受到力作用？是什么力？方向如何？大小如何？带着一些列的疑问我们走进课堂。人类首次拍到南北极光人类首次拍到南北极光“同放光彩同放光彩”奇奇景景复习回顾复习回顾方向方向:IB3 0IB运用左手定则判断安培力的方向运用左手定则判断安培力的方向安培力安培力

4、: :1、磁场对通电导线的作用力、磁场对通电导线的作用力大小大小:sinBILF FF左手定则左手定则为为B和和I之间的夹角之间的夹角 2、通电导线中的通电导线中的电流是怎样形成的呢电流是怎样形成的呢?【思考思考】既然磁场对电流有力的作用既然磁场对电流有力的作用,而电流是由电荷的定向移动形成的而电流是由电荷的定向移动形成的.那那么磁场是否对运动电荷也有作用力呢么磁场是否对运动电荷也有作用力呢?电荷的定向移动形成的电荷的定向移动形成的nqvSI 为什么磁场对通电导线有作用力为什么磁场对通电导线有作用力?电子射线管的原理电子射线管的原理: 从阴极发射出来电子，在阴阳两从阴极发射出来电子，在阴阳两极

5、间的高压作用下，使电子加速，极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹。的运动轨迹。让事实说话让事实说话实验现象：实验现象： 在没有外磁场时，电子束沿直在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。曲。结论：磁场对运动电荷有作用力结论：磁场对运动电荷有作用力. 荷兰物理学家，他荷兰物理学家，他是电子论的创始人、相是电子论的创始人、相对论中洛伦兹变换的建对论中洛伦兹变换的建立者

6、，并因在原子物理立者，并因在原子物理中的重要贡献（塞曼效中的重要贡献（塞曼效应）获得第二届（应）获得第二届（19021902年）诺贝尔物理学奖。年）诺贝尔物理学奖。被爱因斯坦称为被爱因斯坦称为“我们我们时代最伟大，最高尚的时代最伟大，最高尚的人人”。荷兰物理学家荷兰物理学家 洛伦兹洛伦兹(Lorentz， 18531928)运动电荷在磁场中受到的力，运动电荷在磁场中受到的力，磁场磁场对运动电荷的作用力对运动电荷的作用力 磁场对电流有安培力的作用磁场对电流有安培力的作用,而电流是而电流是由电荷定向运动形成的由电荷定向运动形成的,且磁场对运动电荷且磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用有洛伦兹力的作用.所

7、以所以安培力是洛伦兹力安培力是洛伦兹力的的宏观表现宏观表现.（一）、洛伦兹力的定义（一）、洛伦兹力的定义为什么磁场对通电导线有作用力为什么磁场对通电导线有作用力?安培力是洛伦兹力的安培力是洛伦兹力的宏观表现宏观表现洛伦兹力是安培力的洛伦兹力是安培力的微观本质微观本质安培力安培力洛仑兹力洛仑兹力磁场对磁场对电流电流的作用的作用磁场对磁场对运动电荷运动电荷的作用的作用因因果果微观原因微观原因宏观表现宏观表现+IF-IF1.判定安培力方向。判定安培力方向。2.电流方向和电荷运动方向的关系。电流方向和电荷运动方向的关系。3.安培力方向和洛伦兹力方向的关系。安培力方向和洛伦兹力方向的关系。4.电荷运动方

8、向、磁场方向、洛伦兹力电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系。方向的关系。 想一想（二）、洛伦兹力的方向（二）、洛伦兹力的方向左手定则：左手定则：伸开左手伸开左手, ,使拇指与其余使拇指与其余四指垂直且处于同一平面内四指垂直且处于同一平面内; ;让磁感让磁感线从掌心进入线从掌心进入, ,使四指指向正电荷运使四指指向正电荷运动的方向动的方向, ,拇指所指的方向就是正电拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向荷所受洛伦兹力的方向 如果是如果是负电荷负电荷,我们应如何我们应如何判定洛伦兹力的方向判定洛伦兹力的方向?FFvqv-q四指的方向四指的方向电流的方向电流的方向正电荷的运动方向正电荷的运

9、动方向负电荷运动的负电荷运动的反反方向方向（二）、洛伦兹力的方向（二）、洛伦兹力的方向vFvFvBF垂直于垂直于纸面向外纸面向外F垂直于垂直于纸面向外纸面向外v甲乙丙丁训练巩固：训练巩固：试判断下图中的带电粒子试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向 BBB1、以相同速度进入同一磁场的、以相同速度进入同一磁场的 正、正、负负电荷受到的洛伦兹力方向电荷受到的洛伦兹力方向相反相反2、洛伦兹力的方向、洛伦兹力的方向 垂直垂直于于v和和B组成的平面组成的平面B F洛洛v洛伦兹力大小可能会与哪些因素洛伦兹力大小可能会与哪些因素有关有关?当电荷运动方向跟磁场方向垂

10、直时当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力的大小跟三个因素相关洛伦兹力的大小跟三个因素相关:1.磁感应强度磁感应强度B2.电荷量电荷量q3.电荷运动快慢电荷运动快慢v（三）、洛伦兹力的大小（三）、洛伦兹力的大小vvvv设有一段长为设有一段长为L，横，横截面积为截面积为S的直导线，的直导线，单位体积内的自由电荷单位体积内的自由电荷数为数为n，每个自由电荷，每个自由电荷的电荷量为的电荷量为q，自由电，自由电荷定向移动的速率为荷定向移动的速率为v.这段通电导线垂直磁场这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求的匀强磁场中，求（三）、洛伦兹力的大小（三）、洛伦兹力的

11、大小IFvvvv(1)通电导线中的电流通电导线中的电流(2)通电导线所受的安培力通电导线所受的安培力(3)这段导线内的自由电荷数这段导线内的自由电荷数(4)每个电荷所受的洛伦兹力每个电荷所受的洛伦兹力qvBnSLLnqvSBNFF)(安洛nqvSI LnqvSBBILF)(安单位：单位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T)qvBF洛电荷量为电荷量为q的粒子以速度的粒子以速度v运动时运动时,如果速度方向与磁感应强度方向如果速度方向与磁感应强度方向垂直垂直,那么粒子所受的洛伦兹力为那么粒子所受的洛伦兹力为(v垂直垂直B)（三）（三）、洛伦兹力的大小、洛伦兹力的大小问题问题:若带电粒子不垂直

12、射入磁若带电粒子不垂直射入磁场场,粒子受到的洛伦兹力又如何呢粒子受到的洛伦兹力又如何呢?V2V1(vB)(vB)特例特例: :qvBF 洛0洛F当运动电荷的速度当运动电荷的速度v v方向与磁感应强方向与磁感应强度度B B方向的夹角为方向的夹角为，电荷所受的洛伦兹，电荷所受的洛伦兹力大小为力大小为 单位：单位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T)（三）、（三）、洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小sinqvBF 洛F洛洛=qvB =1.6010-1931060.10N =4.810-14N 电子的速率电子的速率v=3106m/s,垂直射垂直射入入B=0.10T的匀强磁场中的匀强磁场中,它受到的它

13、受到的洛伦兹力是多大洛伦兹力是多大?课课 堂堂 练练 习习解：因为解：因为v垂直垂直B,所以所受洛伦兹力大小所以所受洛伦兹力大小当一带正电当一带正电q的粒子以速度的粒子以速度v沿螺线管中轴沿螺线管中轴线进入该通电螺线管线进入该通电螺线管,若不计重力若不计重力,则则( )A带电粒子带电粒子速度大小改变速度大小改变B带电粒子速度方向改变带电粒子速度方向改变C带电粒子速度大小不变带电粒子速度大小不变D带电粒子速度方向不变带电粒子速度方向不变B课课 堂堂 练练 习习根据洛伦兹力的方向与带电粒子运动方根据洛伦兹力的方向与带电粒子运动方向的关系向的关系(FV FB) ,请你推测请你推测:1、洛伦兹力对带电

14、粒子运动的速度有什、洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么影响么影响?2、带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力、带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功对带电粒子是否做功?思考与讨论：思考与讨论：洛伦兹力只改变速度的方向洛伦兹力只改变速度的方向, 不改变速度的大小不改变速度的大小.洛伦兹力对电荷不做功洛伦兹力对电荷不做功.（四）、（四）、洛伦兹力的特点：洛伦兹力的特点：2、洛伦兹力、洛伦兹力只改变速度的方向只改变速度的方向, 不改变速度的大小不改变速度的大小.3、洛伦兹力对电荷、洛伦兹力对电荷总是不做功总是不做功.1、洛伦兹力的方向、洛伦兹力的方向总是总是既垂直于速度既垂直于速度,又又垂直于

15、磁场垂直于磁场, 即即垂直于垂直于V和和B所组成的平面所组成的平面.总是总是:FV FB FSVB1、构造、构造:电子枪电子枪(阴极阴极)偏转线圈偏转线圈荧光屏等荧光屏等（五）、电视显像管的工作原理（五）、电视显像管的工作原理2、原理：原理：应用电子束磁偏转的原理应用电子束磁偏转的原理（五）、电视显像管的工作原理（五）、电视显像管的工作原理 1、要使电子打在、要使电子打在A点点,偏转磁场偏转磁场应该沿什么方向应该沿什么方向?垂直纸面向外垂直纸面向外2、要是电子打在、要是电子打在B点点,偏转磁场偏转磁场应该沿什么方向应该沿什么方向?垂直纸面向里垂直纸面向里3、要是电子打从、要是电子打从A点向点向

16、B点逐渐移动点逐渐移动,偏转磁偏转磁场应该怎样变化？场应该怎样变化？先垂直纸面向外并逐渐减小先垂直纸面向外并逐渐减小,后垂直纸面向里并逐渐增大后垂直纸面向里并逐渐增大.（五）、电视显像管的工作原理（五）、电视显像管的工作原理2、原理：、原理：应用电子束磁偏转的原理应用电子束磁偏转的原理（五）、电视显像管的工作原理（五）、电视显像管的工作原理 来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将入地球周围的空间时，将( )A竖直向下沿直线竖直向下沿直线射向地面射向地面B相对于

17、预定地面相对于预定地面向东偏转向东偏转C相对于预定点稍向西偏转相对于预定点稍向西偏转D相对于预定点稍向北偏转相对于预定点稍向北偏转V V课课 堂堂 练练 习习以正电荷为例以正电荷为例 在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，有一种能量被称为有一种能量被称为“太阳风太阳风”。这是一束可以。这是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场，公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏磁场使该颗粒流偏向地磁极下落向地磁极下落，

18、它们与氧和氮的原子碰撞，击，它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩，形成极光。在南极地区形成的极光特征色彩，形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象，叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象，称之为北极光。称之为北极光。1.在图所示的平行板之间在图所示的平行板之间,电场强度电场强度E和磁感应强和磁感应强度度B相互垂直相互垂直,具有不同水平速度的带电粒子射入后发具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同生偏转

19、的情况不同.这种装置能把具有某一特定速度的这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来粒子选择出来,所以叫做速度选择器所以叫做速度选择器.若带正电粒子入若带正电粒子入射速度射速度 ,则下列说法正确的是则下列说法正确的是( )BEv A、粒子动能一定增加、粒子动能一定增加,电场力做正功电场力做正功B、粒子所受洛伦兹力一定增大、粒子所受洛伦兹力一定增大,洛伦兹力做正功洛伦兹力做正功C、粒子动能一定减少、粒子动能一定减少, 洛伦兹力不做功洛伦兹力不做功D、电场力不做功、电场力不做功,洛伦兹力做正功洛伦兹力做正功+ + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - BE+qA课课 堂堂 练练 习习试证明：带电粒子具有速度 时，才能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器。【知识应用】：v 速度选择器速度选择器3.在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。（2）若A、B两板相距为d，板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为