人教版高中物理选修3-1《第三章第五节_运动电荷在磁场中受到的力》课件(56张ppt)

1、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: :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

2、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

3、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，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作用力运动电荷在磁场中受到的作用力磁场对运动电荷的作用力磁场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,而电而电流是由

4、电荷定向运动形成的流是由电荷定向运动形成的,且磁场对且磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用运动电荷有洛伦兹力的作用.所以所以安培安培力是洛伦兹力的力是洛伦兹力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

5、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

6、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

7、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

8、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nSLN 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

9、垂直垂直B)三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小问题问题:若带电粒子不垂直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、洛伦兹力的大小三、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,

10、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 电荷量为电荷量为q的粒子在匀强磁场中运的粒子在匀强磁场中运动，下列说法

11、正确的是动，下列说法正确的是( )A只要速度大小相同，所受洛伦兹力就只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同相同B如果把如果把q改为改为- -q，且速度反向，大，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小方向不变小不变，则洛伦兹力的大小方向不变C洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂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直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直D粒子的速度一定变化粒子的速度一定变化课课 堂堂 练练 习习1、洛伦兹力、洛伦兹力:磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力 安培力是洛伦兹力的宏观表现安培力是洛伦兹力的宏观表现2、洛伦兹力方向：左手定则、洛伦兹力方向：左手定

12、则 F V F B 3、洛伦兹力大小：、洛伦兹力大小： F洛洛=qVBsin VB F洛洛=qVB VB F洛洛= 0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、洛伦兹力的特点

13、：四、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、电子以初速度电子以初速度V垂直进入磁感应强度垂直进入磁感应强度为为B的匀强磁场中的匀强磁场中,则则 ( ) A、磁场对电子的作用力始终不变、磁场对电子的作用力始终不变. B、磁场对电子的作用力始终不做功、磁场对电子的作用力始终不做功. C、电子的速度

14、始终不变、电子的速度始终不变. D、电子的动能始终不变、电子的动能始终不变.BD课课 堂堂 练练 习习2、一带负电的小滑块从光滑的斜面顶、一带负电的小滑块从光滑的斜面顶端滑至底端时的速率为端滑至底端时的速率为V；若加一个垂；若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，则它滑至底端直纸面向外的匀强磁场，则它滑至底端时的速率将时的速率将( )A、变大、变大 B、变小、变小 C、不变、不变 D、条件不足，无法判断、条件不足，无法判断C课课 堂堂 练练 习习3、将一半径为、将一半径为R的半圆形光滑绝缘滑轨的半圆形光滑绝缘滑轨,固定在垂直向里的匀强磁场固定在垂直向里的匀强磁场B中。一带电中。一带电量量+q，质量，质

15、量m的小球在的小球在A点无初速释放，点无初速释放，沿滑轨运动，求小球第一次经过最低点沿滑轨运动，求小球第一次经过最低点时对滑轨的压力。时对滑轨的压力。课课 堂堂 练练 习习221mvmgR RmvqvBmgN2 gRqBmgqvBmgN233 思考与讨论：思考与讨论：带电粒子在磁场中运动时带电粒子在磁场中运动时受洛伦兹力受洛伦兹力.而带电粒子在电而带电粒子在电场中受电场力场中受电场力.那么那么洛伦兹力洛伦兹力与电场力有何区别与电场力有何区别?洛伦兹力和电场力的区别：洛伦兹力和电场力的区别：受力：受力：电荷在电场中电荷在电场中一定一定受到电场受到电场力力的作用，与其运动状态无关；而的作用，与其运

16、动状态无关；而电电荷在磁场中荷在磁场中不一定不一定受到磁场力受到磁场力作用，作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用场方向不平行的电荷才受磁场力作用.2.大小：大小：F电电qE F洛洛=qvBsin3、方向：、方向：电荷所受电荷所受电场力方向总是电场力方向总是平行于平行于电电场方向场方向；电荷所受电荷所受磁场力方向总是磁场力方向总是垂直于垂直于磁磁场方向场方向，垂直于运动方向。，垂直于运动方向。4、做功：、做功：电场力对运动电荷电场力对运动电荷要要做功做功(电荷在等电荷在等势面上运动除外势面上运动除外)； 磁场力对运动电荷磁场力对运

17、动电荷一定不一定不做功。做功。1、定义：磁场对运动电荷的作用力、定义：磁场对运动电荷的作用力 安培力是洛伦兹力的宏观表现安培力是洛伦兹力的宏观表现2、方向：左手定则、方向：左手定则 F V F B 3、大小：、大小： F洛洛=qVBsin VB F洛洛=qVB VB F洛洛= 04、特点：洛伦兹力只改变力的方向、特点：洛伦兹力只改变力的方向; 洛伦兹力对运动电荷不做功洛伦兹力对运动电荷不做功.B1.半导体靠自由电子半导体靠自由电子(带负电带负电)和空穴和空穴(相相当于带正电当于带正电)导电导电, 分为分为p型和型和n型两种型两种.p型中型中空穴为多数载流子空穴为多数载流子;n型中自由电子为多数

18、型中自由电子为多数载流子载流子.用以下实验可以判定一块半导体材用以下实验可以判定一块半导体材料是料是p型还是型还是n型型:将材料放在匀强磁场中将材料放在匀强磁场中.通通以图示方向的电流以图示方向的电流I.用电压表判定上下两个用电压表判定上下两个表面的电势高低表面的电势高低.从而判定判定一块半导体从而判定判定一块半导体材料是材料是p型还是型还是n型型.试分析原因试分析原因.I若上极板电势高若上极板电势高.就是就是p型半导体型半导体;若下极板电势高若下极板电势高.就是就是n型半导体型半导体.1、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

19、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、

20、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”奇奇景景以正电荷为

21、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，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。地球磁场地球磁场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