安培力、洛伦兹力

安培力洛伦兹力教学内容安培力洛伦兹力教学目标1.知道安培力的概念。知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流、磁场方向都垂直时，它的方向的判断----左手定那么。知道左手定那么的内容，会用左手定那么熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题.2.会用安培力公式F=BIL解答有关问题.知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL.3.了解磁电式电流表的内部构造和原理。4.知道什么是洛伦兹力.利用左手定那么判断洛伦兹力的方向.5.知道洛伦兹力大小的推理过程.6.了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向判断.理解洛伦兹力对电荷不做功.7.了解电视显像管的工作原理.教学重点难点重点：1.安培力的方向确定和大小的计算。2.利用左手定那么会判断洛伦兹力的方向.3.掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算难点：1.左手定那么的运用〔尤其是当电流和磁场不垂直时，左手定那么如何变通使用〕。2.洛伦兹力对带电粒子不做功.3.洛伦兹力方向的判断.教学过程第1课时导入让学生回忆在在第二节中通电导线在磁场中受力大小与什么因素有关。知识要点安培力的方向通电导线在磁场中受到的力叫安培力，安培力的方向可以用左手定那么判断：左手定那么：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手放人磁场中，让磁感线垂直穿人手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的受力方向．说明：电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定那么时，磁场不一定垂直穿过手心，只要不从手背传过就行。二、安培力的大小通电导线〔电流为I、导线长为L〕和磁场〔B〕方向垂直时，通电导线所受的安培力的大小：F=BIL〔最大〕两种特例：即F=ILB(I⊥B)和F=0(I∥B)。一般情况：当磁感应强度B的方向与导线成θ角时，有F=ILBsinθ还应该注意的是：尽管公式F=ILB是从公式B=F/IL变形而得的，但两者的物理意义却有不同。①公式B=F/IL是根据放置于给定磁场中的给定点上的检验电流(电流元)受力情况，来确定这一位置的磁场的性质，它对任何磁场中的任何点都是适用的。②公式F=ILB那么是在磁场性质的根底上，确定在给定位置上给定的一小段通电直导线的受力情况，在中学阶段，它只适用于匀强磁场。磁电式电流表1.构造电流表的组成：永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘.〔最根本的是磁铁和线圈〕2.电流表的工作原理-------引导学生弄清楚以下几点：①线圈的转动是怎样产生的?②线圈为什么不一直转下去？③为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱?④如何根据指针偏转的方向来确定电路上电流的方向?⑤使用时要特别注意什么?典型例题例1：如下图，条形磁铁放在水平桌面上，其中央正上方固定一根直导线，导线与磁铁垂直，并通以垂直纸面向外的电流，〔〕A．磁铁对桌面的压力减小、不受桌面摩擦力的作用B．磁铁对桌面的压力减小、受到桌面摩擦力的作用C．磁铁对桌面的压力增大，不受桌面摩擦力的作用D．磁铁对桌面的压力增大，受到桌面摩擦力的作用例2：在两个倾角均为α的光滑斜面上各放有一个相同的金属棒，金属棒中分别通有电流I1和I2，磁场的磁感应强度的大小相同，方向如图甲、乙所示，两根金属棒均处于平衡状态，那么两种情况下的电流的比值I1：I2为〔〕A．cosα B． C．sinα D．例3：在赤道上空，地磁场可以看成是与地面平行且沿南北方向的匀强磁场，磁感应强度为0.50×10﹣4T，如果沿赤道架直流输电线路，每隔40m竖一电线杆，其中一根导线通有从西向东的电流30A，那么每两个相邻电线杆间的这根导线受到来自地磁场的作用力的大小和方向是〔〕A．6.0×10﹣2N，方向竖直向下B．6.0×10﹣2N，方向竖直向上C．3.0×10﹣2N，方向水平向东D．3.0×10﹣2N，方向水平向南例4：如下图为电流天平的工作原理图，可用来测定匀强磁场的磁感应强度．天平的右臂下面挂一个矩形线圈，匝数为n，底边长为L．线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面．当线圈中通有方向如图的电流I时，在天平左、右两边加上质量各为m1、m2的砝码，天平平衡；当电流反向〔大小不变〕时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡．重力加速度大小为g．那么〔〕A．磁场的方向垂直线圈平面向外B．磁场的方向垂直线圈平面向里C．磁感应强度的大小为D．磁感应强度的大小为例5：实验室经常使用的电流表是磁电式仪表．这种电流表的构造如图甲所示．蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的．当线圈通以如图乙所示的电流，以下说法正确的选项是〔〕A．线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动C．当线圈转到如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向上D．当线圈转到如图乙所示的位置，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动精选习题1.如下图，一条形磁铁放在水平桌面上，在其左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线中通以图示方向的电流时〔〕A．磁铁对桌面的压力增大 B．磁铁对桌面的压力减小C．磁铁受到向右的摩擦力作用 D．磁铁受到向左的摩擦力作用2.在赤道上竖立一避雷针，当一团带负电的乌云经过其正上方时，避雷针发生放电，那么地磁场对避雷针的作用力的方向〔〕A．向东 B．向南 C．向西 D．向北3.如下图，质量为M、长为L的直导线通有垂直纸面向外的电流I，被一绝缘线拴着并处在匀强磁场中，导线能静止在倾角为θ的光滑斜面上，那么磁感应强度B的大小和方向可能是〔〕A．大小为，方向垂直斜面向上B．大小为方向垂直纸面向里C．大小为，方向水平向右D．大小为，方向沿斜面向下4.如下图，四个放在匀强磁场的通电线圈，能够由图示位置开始绕转动轴OO'发生转动的是〔〕A． B． C． D．5.通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内，如下图，ab边与MN平行．关于MN的磁场对线框的作用力，以下说法正确的选项是〔〕A．线框有两条边所受的安培力方向相同B．线框有两条边所受的安培力大小相等C．线框所受的安培力的合力方向向左D．线框所受的安培力的合力方向向右6.如下图，一根长度为L的直导体棒中通以大小为I的电流，静止放在导轨上，垂直于导体棒的匀强磁场的磁感应强度为B，B的方向与竖直方向成θ角．以下说法中正确的选项是〔〕A．导体棒受到磁场力大小为BILB．导体棒对轨道压力大小为mg﹣BILcosθC．导体棒受到导轨摩擦力为μ〔mg﹣BILsinθ〕D．导体棒受到导轨摩擦力为BILcosθ7.如下图，两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源，电动势为E，导轨平面与水平面间的夹角θ=30°．金属杆ab垂直于导轨放置，导轨与金属杆接触良好，整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中．当磁场方向垂直导轨平面向上时，金属杆ab刚好处于静止状态．要使金属杆能沿导轨向上运动，可以采取的措施是〔〕A．减小磁感应强度BB．将滑动变阻器触头P向左移C．增大导轨平面与水平面间的夹角θD．将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变小结学生自己总结安培力的大小和方向及电流表的构造和原理。第2课时引入：磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，我们会想到：这个力可能是作用在运动电荷上的，而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现.知识要点一.洛伦兹力的方向和大小1.洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力.通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现.2．洛伦兹力方向的判断——左手定那么伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，假设四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所受的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向；假设四指指向是电荷运动的反方向，那么拇指所指的正方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向.3．洛伦兹力的大小设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，导线每单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中.推导：I的微观表达式为I=nqSv，通电导线受到安培力F安=BIL，安培力可以看作是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力F的合力，这段导体中含有的自由电荷数为nLS,所以F=F安/nLS=BIL/nLS=nqvSLB/nLS=qvB洛伦兹力的计算公式〔1〕当粒子运动方向与磁感应强度垂直时〔v┴B〕F=qvB〔2〕当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时F=qvBsinθ4.洛伦兹力永不做功：洛伦兹力与速度总是垂直的，W=0.二、显像管的工作原理1．原理：应用电子束磁偏转的道理。2．构造：由电子枪〔阴极〕、偏转线圈、荧光屏等组成。典型例题例1：质量为m、带电量为q的小物块，从倾角为θ的光滑绝缘斜面上由静止下滑，整个斜面置于方向水平向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，如下图．假设带电小物块下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零，下面说法中正确的选项是〔〕A．小物块一定带有正电荷B．小物块在斜面上运动时做匀加速直线运动C．小物块在斜面上运动时做加速度增大，而速度也增大的变加速直线运动D．小物块在斜面上下滑过程中，当小球对斜面压力为零时的速率为例2：如下图，甲带正电，乙是不带电的绝缘物块，甲、乙叠放在一起，置于粗糙的固定斜面上，地面上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场，现用平行于斜面的恒力F拉乙物块，在使甲、乙一起无相对滑动沿斜面向上加速运动的阶段中〔〕A．甲、乙两物块间的摩擦力不断增大B．甲、乙两物块间的摩擦力保持不变C．甲、乙两物块间的摩擦力不断减小D．乙物块与斜面之间的摩擦力不断减小例3：假设有一固定的S极磁单极子，其磁场分布与负点电荷电场分布相似，周围磁感线呈均匀辐射状分布，如下图．距离它r处磁感应强度大小为B=，k为常数．现有一带电小球在S极附近做匀速圆周运动．那么关于小球做匀速圆周运动的判断正确的选项是〔〕A．假设小球带正电，其运动轨迹平面在S的正上方，如图甲所示B．假设小球带正电，其运动轨迹平面在S的正下方，如图乙所示C．假设小球带负电，其运动轨迹平面在S的正上方，如图甲所示D．假设小球带负电，其运动轨迹平面在S的正下方，如图乙所示例4：如下图，空间有一垂直纸面向外、磁感应强度为0.5T的匀强磁场，一质量为0.2kg且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上，在木板左端无初速放置一质量为0.1kg、电荷量q=+0.2C的滑块，滑块与绝缘木板之间的动摩擦因数为0.5，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力．t=0时对木板施加方向水平向左，大小为0.6N的恒力F，g取10m/s2．那么〔〕A．木板和滑块一直做加速度为2m/s2的匀加速运动B．滑块开始做加速度减小的变加速运动，最后做速度为10m/s匀速运动C．木板先做加速度为2m/s2匀加速运动，再做加速度增大的运动，最后做加速度为3m/s2的匀加速运动D．t=5s后滑块未脱离木板且有相对运动例5：足够长的光滑绝缘槽，与水平方向的夹角分别为α和β〔α＜β，如下图，加垂直于纸面向里的磁场，分别将质量相等，带等量正、负电荷的小球a和b，依次从两斜面的顶端由静止释放，关于两球在槽上的运动，以下说法中正确的选项是〔〕A．在槽上a、b两球都做匀加速直线运动，aa＞abB．在槽上a、b两球都做变加速直线运动，但总有aa＞abC．a，b两球沿直线运动的最大位移分别为Sa，Sb，那么Sa＜SbD．a、b两球沿槽运动的时间分别为ta、tb，那么ta＞tb例6：如下图，水平方向垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B．其间有水平固定的足够长的粗糙绝缘杆，杆上套有一带电量为﹣q，质量为m的小环，环内径略大于杆直径．小环与杆之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，现给小环水平向右的初速度v0，那么〔〕A．小环的加速度一定一直减小B．小环可能先做减速运动，再做匀速运动C．小环可能一直做匀速运动D．小环运动过程中最终速度为v=例7：如下图，外表光滑绝缘的半圆弧形槽固定在地面上，其直径AB在水平方向上，与槽面垂直的空间加上图中所示的匀强磁场．将质量为m的带正电小球自槽口A处由静止释放，小球第一次到达槽最低点时，对槽的压力大小为mg，那么小球在以后的运动过程中，对槽的最大压力大小为〔〕A．2mgB．4mgC．5mgD．6mg例8：如下图，质量为m，带电量为q的小球在倾角为a的光滑斜面上，由静止开始下滑，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外，假设带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力位零．问：〔1〕小球的带电性如何？〔2〕此时小球下滑的速度为多少？〔3〕小球下滑的位移为多少？精选习题1.在光滑绝缘水平面上，一轻绳拉着一个带电小球绕竖直方向的轴O在匀强磁场中做逆时针方向的水平匀速圆周运动，磁场的方向竖直向下，其俯视图如图，假设小球运动到A点时，绳子突然断开，关于小球在绳断开后可能的运动情况，以下说法不可能的是〔〕A．小球做逆时针匀速圆周运动，半径不变B．小球做逆时针匀速圆周运动，半径减小C．小球做顺时针匀速圆周运动，半径不变D．小球做顺时针匀速圆周运动，半径减小2.甲图中a、b是电流相等的两直线电流，乙图中c，d是电荷量相同的两正点电荷，O为两电流〔或电荷〕连线的中点，在O点正上方有一电子以较小的速度v射向O点，不计重力．关于电子的运动，以下说法正确的选项是〔〕A．甲图中的电子将做变速运动B．乙图中的电子在O点电势最小C．乙图中的电子将做往复运动D．乙图中的电子在向O点运动的过程中，加速度一定在减小3.如图，一个带负电的物体从绝缘粗糙斜面顶端滑到底端时的速度为v，假设加上一个垂直纸面向外的磁场，那么滑到底端时〔〕A．v变大B．v变小C．v不变D．不能确定v的变化4.如下图，在一绝缘、粗糙且足够长的水平管道中有一带电量为q、质量为m的带电球体，管道半径略大于球体半径．整个管道处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，磁感应强度方向与管道垂直．现给带电球体一个水平速度v0，那么在整个运动过程中，带电球体克服摩擦力所做的功不可能为〔〕A．0B．mC．mv02D．m[v02﹣]5.如下图，质量为m的带电绝缘小球〔可视为质点〕用长为L的绝缘细线悬挂于O点，在悬点O下方有匀强磁场．现把小球拉离平衡位置后从A点由静止释放，那么以下说法中正确的选项是〔〕A．小球从A至C和从D至C到达C点时，速度大小相等B．小球从A至C和从D至C到达C点时，绳子上的拉力相等C．小球从A至C和从D至C过程中，运动快慢不一样D．小球从A至C和从D至C过程中，运动快慢一样6.如下图，为电视机显像管的偏转线圈示意图，圆心黑点表示电子枪射出的电子，它的方向由纸内指向纸外，当偏转线圈通以图示方