高中物理 第三章 磁場 磁場對運動電荷的作用力課件 新人教版選修31

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1、 高中物理高中物理3.5 3.5 磁場對運動電荷的作用力磁場對運動電荷的作用力極光極光 一、教學(xué)目標(biāo)一、教學(xué)目標(biāo)v一、知識與技能一、知識與技能 1.知道什么是洛倫茲力，利用左手定則判斷洛倫茲力的方向知道什么是洛倫茲力，利用左手定則判斷洛倫茲力的方向 2.知道洛倫茲力大小的推理過程知道洛倫茲力大小的推理過程 3.掌握垂直進(jìn)入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算掌握垂直進(jìn)入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算 4.了解了解v和和B垂直時洛倫茲力大小及方向的判斷，理解洛倫茲力對電垂直時洛倫茲力大小及方向的判斷，理解洛倫茲力對電荷不做功荷不做功 5.了解電視機(jī)顯像管的工作原理了解電視機(jī)顯像

2、管的工作原理v二、過程與方法二、過程與方法 通過觀察形成洛倫茲力的概念，同時明確洛倫茲力與安培力的關(guān)系通過觀察形成洛倫茲力的概念，同時明確洛倫茲力與安培力的關(guān)系（微觀與宏觀），洛倫茲力的方向也可以用右手定則判斷。通過思考（微觀與宏觀），洛倫茲力的方向也可以用右手定則判斷。通過思考與討論，推導(dǎo)出洛倫茲力的大小公式與討論，推導(dǎo)出洛倫茲力的大小公式F=qvB。最后了解洛倫茲力的一。最后了解洛倫茲力的一個應(yīng)用個應(yīng)用電視顯像管中的磁偏轉(zhuǎn)。電視顯像管中的磁偏轉(zhuǎn)。v三、情感態(tài)度與價值觀三、情感態(tài)度與價值觀 引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)會觀察、分析、推理，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和研引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)會觀察、分析、推理，培養(yǎng)學(xué)生

3、的科學(xué)思維和研究方法。讓學(xué)生認(rèn)真體會科學(xué)研究最基本的思維方法：究方法。讓學(xué)生認(rèn)真體會科學(xué)研究最基本的思維方法：“推理推理假假設(shè)設(shè)實驗驗證實驗驗證”。二、復(fù)習(xí)引入新課二、復(fù)習(xí)引入新課1、安培力：、安培力：2、公式：、公式：3、方向：左手定則、方向：左手定則sinBILF 0180000F時或當(dāng)為最大值時當(dāng)BILF ,900,不垂直時與當(dāng)IBsin/BILILBF磁場對電流（通電導(dǎo)線）的作用磁場對電流（通電導(dǎo)線）的作用力力電流是如何形成的？電流是如何形成的？思考思考電流是電荷的定向運動形成的，而磁場對電流是電荷的定向運動形成的，而磁場對電流（通電導(dǎo)線）有力的作用，由此想電流（通電導(dǎo)線）有力的作用，

4、由此想到到磁場可能對運動電荷有力的作用磁場可能對運動電荷有力的作用。陰極陰極陽極陽極狹縫狹縫熒光屏熒光屏電子束電子束實驗：用實驗：用陰極射線管陰極射線管（CRT）研究磁場對運動電荷的作用。研究磁場對運動電荷的作用。NSSN實驗結(jié)果：實驗結(jié)果：(1).在沒有外磁場時在沒有外磁場時,電子沿直線前進(jìn)，電子沿直線前進(jìn)，表明運動的電荷表明運動的電荷沒有受到力沒有受到力的作用的作用.(2).當(dāng)有外磁場時當(dāng)有外磁場時,電子束運動的軌跡發(fā)生電子束運動的軌跡發(fā)生彎曲彎曲,表明表明運動電荷受到磁場的作用力運動電荷受到磁場的作用力.(3).當(dāng)磁場方向發(fā)生變化時，電子束的偏當(dāng)磁場方向發(fā)生變化時，電子束的偏轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)方向

5、發(fā)生改變發(fā)生改變。實驗結(jié)論：磁場對運動電荷有實驗結(jié)論：磁場對運動電荷有力的作用力的作用洛倫茲力洛倫茲力（一）洛倫茲力（一）洛倫茲力1.定義：磁場對運動電荷的作用力。定義：磁場對運動電荷的作用力。2.驗證：驗證：三、新課講授三、新課講授通電導(dǎo)線在磁場中所受的通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力是洛倫茲力的宏安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)觀表現(xiàn)。3.與安培力的關(guān)系與安培力的關(guān)系：4.洛倫茲：洛倫茲： 荷蘭物理學(xué)家，首先提出運動電荷產(chǎn)生磁場荷蘭物理學(xué)家，首先提出運動電荷產(chǎn)生磁場和磁場對運動電荷有作用力的觀點。和磁場對運動電荷有作用力的觀點。請同學(xué)們利用網(wǎng)絡(luò)搜索一下洛請同學(xué)們利用網(wǎng)絡(luò)搜索一下洛倫茲的生平簡介倫茲的

6、生平簡介洛倫茲生平簡介：洛倫茲生平簡介：v1853年年7月月18日生于荷蘭的阿納姆，少年日生于荷蘭的阿納姆，少年時就對物理學(xué)感興趣，同時還廣泛地閱讀時就對物理學(xué)感興趣，同時還廣泛地閱讀歷史和小說，并且熟練地掌握多門外語。歷史和小說，并且熟練地掌握多門外語。v1870年洛倫茲考入萊頓大學(xué)，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、年洛倫茲考入萊頓大學(xué)，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、物理和天文物理和天文,主要方向是數(shù)學(xué)和物理學(xué)。主要方向是數(shù)學(xué)和物理學(xué)。v1873年，洛倫茲以優(yōu)異的成績通過了博士年，洛倫茲以優(yōu)異的成績通過了博士考試?？荚?。v1875年獲博士學(xué)位。年獲博士學(xué)位。 v1877年，萊頓大學(xué)聘請他為理論物理學(xué)教年，萊頓大學(xué)聘請他為理論物理學(xué)教

7、授，這個職位最早是為授，這個職位最早是為J。D。范瓦耳斯設(shè)。范瓦耳斯設(shè)的，其學(xué)術(shù)地位很高，而這時洛倫茲年僅的，其學(xué)術(shù)地位很高，而這時洛倫茲年僅23歲。在萊頓大學(xué)任教歲。在萊頓大學(xué)任教35年，他對物理學(xué)年，他對物理學(xué)的貢獻(xiàn)都是在這期間作出的。的貢獻(xiàn)都是在這期間作出的。v1895年他提出了著名的洛倫茲力公式。年他提出了著名的洛倫茲力公式。v1896年，洛倫茲用電子論成功地解釋了由年，洛倫茲用電子論成功地解釋了由萊頓大學(xué)的塞曼新近發(fā)現(xiàn)的原子光譜磁致萊頓大學(xué)的塞曼新近發(fā)現(xiàn)的原子光譜磁致分裂現(xiàn)象。洛倫茲斷定該現(xiàn)象是由原子中分裂現(xiàn)象。洛倫茲斷定該現(xiàn)象是由原子中負(fù)電子的振動引起的。他從理論上導(dǎo)出的負(fù)電子的振

8、動引起的。他從理論上導(dǎo)出的負(fù)電子的荷質(zhì)比，與湯姆遜翌年從陰極射負(fù)電子的荷質(zhì)比，與湯姆遜翌年從陰極射線實驗得到的結(jié)果相一致。由于塞曼效應(yīng)線實驗得到的結(jié)果相一致。由于塞曼效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和解釋，洛倫茲和塞曼分享了的發(fā)現(xiàn)和解釋，洛倫茲和塞曼分享了1902年度的諾貝爾獎。年度的諾貝爾獎。1.洛倫茲力的方向由左手定則來判定：洛倫茲力的方向由左手定則來判定：（二）洛倫茲力的方向（二）洛倫茲力的方向左手定則：左手定則：伸開左手，伸開左手，使拇指與其余四個手指垂使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在一個直，并且都與手掌在一個平面內(nèi)，讓磁感線從掌心平面內(nèi)，讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向進(jìn)入，并使四指指向正電正電荷

9、荷運動的方向，這時拇指運動的方向，這時拇指所指的方向就是運動的正所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。力的方向。2.注意：注意： （1 1）洛倫茲力的方向垂直于）洛倫茲力的方向垂直于v v和和B B二者所決定的二者所決定的平面。平面。F F垂直于垂直于v v和和B B，但是，但是v v和和B B不一定垂直。不一定垂直。（2 2）四指的指向：）四指的指向：正電荷正電荷運動的方向，運動的方向，負(fù)電荷負(fù)電荷運動的運動的反方向反方向。3. .特點：洛倫茲力總是跟運動的電荷的速特點：洛倫茲力總是跟運動的電荷的速度方向垂直，所以洛倫茲力只能改變運動度方向垂直，所以洛倫

10、茲力只能改變運動電荷的速度方向，而不改變速度的大小。電荷的速度方向，而不改變速度的大小。 例例1 1、下列各圖中帶電粒子剛剛進(jìn)入磁場，試、下列各圖中帶電粒子剛剛進(jìn)入磁場，試判斷這時粒子所受洛倫茲力的方向判斷這時粒子所受洛倫茲力的方向 + +V Vf fV VV V垂直紙面向外垂直紙面向外 垂直紙面向里垂直紙面向里V VV Vf ff fV Vf f+V Vf=0f=0V V例例2 2、如圖：磁場方向，正電荷的、如圖：磁場方向，正電荷的運動方向，電荷所受洛倫茲力的方運動方向，電荷所受洛倫茲力的方向兩兩垂直，則正確的是（向兩兩垂直，則正確的是（ ）+f fV VB B+V VB Bf f+B Bf

11、 fV V+B Bf fV VD DABCD1.公式推導(dǎo)：公式推導(dǎo)：（三）洛倫茲力的大小（三）洛倫茲力的大小F = qvB通電導(dǎo)體的長度：通電導(dǎo)體的長度：L 每個電荷的帶電量：每個電荷的帶電量：q橫截面積：橫截面積：S 單位體積的電荷數(shù)：單位體積的電荷數(shù)：n 定向移動的速率：定向移動的速率：v2.定義：定義： 當(dāng)電荷在垂直于磁場的方向上運動時，當(dāng)電荷在垂直于磁場的方向上運動時，磁場對運動電荷的洛倫茲力磁場對運動電荷的洛倫茲力F等于電荷量等于電荷量q、速率速率v、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度B三者的乘積。三者的乘積。 F = qvB3.提醒提醒： F = qvB只適用于只適用于vB的情況的情況 若若v

12、與與B間的夾角為間的夾角為，則，則F =qvBsin 解：解：f = Bqv = 0.21.6 10-19 3 106 N =9.6 10-14N例例3、電子的速率、電子的速率V=3106m/s垂直射入垂直射入B=0.2T的勻的勻強(qiáng)磁場中，它所受的洛倫茲力為多大（強(qiáng)磁場中，它所受的洛倫茲力為多大（e=1.610-19 C）延伸思考：一長直螺線管通有交流電，一電子以速度延伸思考：一長直螺線管通有交流電，一電子以速度v沿著螺線管的軸線射入管內(nèi)，則電子在管內(nèi)的運動情況沿著螺線管的軸線射入管內(nèi)，則電子在管內(nèi)的運動情況是（是（ ）A、勻加速運動、勻加速運動 B、勻減速運動、勻減速運動 C、勻速直線運動、

13、勻速直線運動 D、在螺線管內(nèi)來回往復(fù)運動、在螺線管內(nèi)來回往復(fù)運動C（四）洛倫茲力的作用（四）洛倫茲力的作用地球是一個大磁場，宇宙射線中含有大量高能地球是一個大磁場，宇宙射線中含有大量高能粒子，地磁場能改變宇宙射線中帶電粒子的運粒子，地磁場能改變宇宙射線中帶電粒子的運動方向嗎？如果這些粒子都射到地球上，會對動方向嗎？如果這些粒子都射到地球上，會對地球上的生物造成什么影響？地球上的生物造成什么影響？地磁場改變宇宙射線中帶電粒子的運動方向地磁場改變宇宙射線中帶電粒子的運動方向地磁場對直射地球的宇宙射線的阻擋作用在赤道附近最強(qiáng)地磁場對直射地球的宇宙射線的阻擋作用在赤道附近最強(qiáng),南北兩極最弱南北兩極最弱

14、 （五）電視顯像管的原理（五）電視顯像管的原理請同學(xué)們利用網(wǎng)絡(luò)搜索一下電請同學(xué)們利用網(wǎng)絡(luò)搜索一下電視機(jī)顯像管的工作原理視機(jī)顯像管的工作原理（五）電視顯像管的原理（五）電視顯像管的原理顯像管的基本構(gòu)造顯像管的基本構(gòu)造顯像管由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極、熒光屏、玻璃外殼組成；顯像管由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極、熒光屏、玻璃外殼組成； 電子槍由燈絲、陰極、柵極、加速極、聚焦極、高壓陽極組成；電子槍由燈絲、陰極、柵極、加速極、聚焦極、高壓陽極組成； 燈絲的作用：加熱陰極；燈絲的作用：加熱陰極； 陰極的作用：發(fā)射電子；陰極的作用：發(fā)射電子；偏轉(zhuǎn)電極的作用：電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，打在熒光屏的不同位置。偏轉(zhuǎn)電極的作用：電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)

15、，打在熒光屏的不同位置。熒光屏：被電子撞擊時發(fā)光熒光屏：被電子撞擊時發(fā)光電子束受到洛倫茲力而偏轉(zhuǎn)電子束受到洛倫茲力而偏轉(zhuǎn) 如圖所示如圖所示 （1 1）要是電子打在）要是電子打在A A點，偏點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？（2 2）要是電子打在）要是電子打在B B點，偏點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？（3 3）要是電子束打在熒光屏）要是電子束打在熒光屏上的位置由中心上的位置由中心O O逐漸向逐漸向A A點點移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？化？顯像管的工作原理顯像管的工作原理1.1.電子以初速度電子以初速度V V垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為垂直進(jìn)入磁

16、感應(yīng)強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場中的勻強(qiáng)磁場中, ,則則( )( ) A. A.磁場對電子的作用力始終不變磁場對電子的作用力始終不變. . B. B.磁場對電子的作用力始終不做功磁場對電子的作用力始終不做功 C. C.電子的動量始終不變電子的動量始終不變. . D. D.電子的動能始終不變電子的動能始終不變2.下列說法正確的是：（下列說法正確的是：（ ） A、運動電荷在磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零的地方，一定受到洛侖茲力的作用、運動電荷在磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零的地方，一定受到洛侖茲力的作用 B、運動電荷在某處不受洛侖茲力，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零、運動電荷在某處不受洛侖茲力，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 C、電荷受到

17、洛侖茲力，該電荷一定是運動的、電荷受到洛侖茲力，該電荷一定是運動的 D、電荷受到洛侖茲力，該電荷相對磁場一定是運動的、電荷受到洛侖茲力，該電荷相對磁場一定是運動的3.關(guān)于帶電粒子所受洛倫茲力關(guān)于帶電粒子所受洛倫茲力F和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B及粒子速度及粒子速度v三者之間的關(guān)三者之間的關(guān)系，下列說法中正確的是（系，下列說法中正確的是（ ） A.F、B、v三者必定均保持垂直三者必定均保持垂直 B.F必定垂直于必定垂直于B、v，但，但B不一定垂直于不一定垂直于v C.B必定垂直于必定垂直于F、v，但，但F不一定垂直于不一定垂直于v D.v必定垂直于必定垂直于F、B，但，但F不一定垂直于不一定垂直于

18、BB、D四、課堂練習(xí)四、課堂練習(xí)DB4、來自宇宙的電子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空來自宇宙的電子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些電子在進(jìn)入地球周圍的空間時，將的某一點，則這些電子在進(jìn)入地球周圍的空間時，將 （ ）A、豎直向下沿直線射向地球、豎直向下沿直線射向地球 B、相對于預(yù)定地面向東偏轉(zhuǎn)、相對于預(yù)定地面向東偏轉(zhuǎn)C、相對于預(yù)定點稍向西偏轉(zhuǎn)、相對于預(yù)定點稍向西偏轉(zhuǎn) D、相對于預(yù)定地點稍向北偏轉(zhuǎn)、相對于預(yù)定地點稍向北偏轉(zhuǎn)C五、課堂小結(jié)五、課堂小結(jié)1 1、定義：、定義： 磁場對運動電荷的作用力，叫做洛倫茲力。磁場對運動電荷的作用力，叫做洛倫茲力。2 2、方向：、方向：

19、 由左手定則判斷由左手定則判斷3 3、洛倫茲力的大小、洛倫茲力的大小：（1 1）洛侖茲力）洛侖茲力F一定和一定和B、V決定的平面垂直。決定的平面垂直。（2 2）洛侖茲力只改變速度的方向而不改變其大?。┞鍋銎澚χ桓淖兯俣鹊姆较蚨桓淖兤浯笮?。（3 3）洛倫茲力永遠(yuǎn)不做功。）洛倫茲力永遠(yuǎn)不做功。（1 1）當(dāng)）當(dāng)v v平行于平行于B B時：時：（2 2）當(dāng)）當(dāng)v v垂直于垂直于B B時：時： F=qvBF=0cosFSW )90(04.4.電視機(jī)顯像管的工作原理：電視機(jī)顯像管的工作原理：1 1、兩個相同的單擺擺長、兩個相同的單擺擺長L，擺球質(zhì)量為，擺球質(zhì)量為m，帶有電，帶有電荷荷q，在垂直于紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為，在垂直于紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)的勻強(qiáng)磁場中從相同高度擺下，當(dāng)其向左、向右通過最低磁場中從相同高度擺下，當(dāng)其向左、向右通過最低點時，動能是否相同，洛倫茲力是否相同，向心力點時，動能是否相同，洛倫茲力是否相同，向心力是否相同，線上拉力大小是否相同？是否相同，線上拉力大小是否相同？ 六、課后作業(yè)：六、課后作業(yè)：