2019-2020學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 5 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力課件 新人教版選修3-1.ppt

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5運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 一 洛倫茲力的方向閱讀教材第95頁(yè)第一自然段至教材第96頁(yè)圖3 5 2 知道洛倫茲力的定義 了解洛倫茲力的方向判斷法則 1 洛倫茲力運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力 2 洛倫茲力的方向左手定則 伸開(kāi)左手 使拇指與其余四個(gè)手指垂直 并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi) 讓磁感線從掌心進(jìn)入 并使四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向 這時(shí)拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向 負(fù)電荷受力的方向與正電荷受力的方向相反 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 二 洛倫茲力的大小閱讀教材第96頁(yè) 思考與討論 至教材第97頁(yè)第一自然段 初步了解洛倫茲力的公式推導(dǎo)過(guò)程 知道洛倫茲力的計(jì)算公式 1 安培力與洛倫茲力的關(guān)系電荷定向移動(dòng)時(shí)所受洛倫茲力的矢量和 在宏觀上表現(xiàn)為通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的安培力 2 電荷在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力需要滿足的條件只有電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向有一定夾角時(shí)才會(huì)受到洛倫茲力 3 洛倫茲力的計(jì)算公式F qvBsin 其中q為電荷的電荷量 單位庫(kù)侖 C v為電荷運(yùn)動(dòng)的速度 單位米每秒 m s B為磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 單位特斯拉 T 為電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 三 電視機(jī)顯像管的工作原理閱讀教材第97 98頁(yè) 電視機(jī)顯像管的工作原理 部分 知道電視機(jī)顯像管的結(jié)構(gòu) 初步了解其工作原理 1 電視機(jī)顯像管的構(gòu)成由電子槍 偏轉(zhuǎn)線圈和熒光屏構(gòu)成 2 電子束在熒光屏上的移動(dòng)規(guī)律 1 電子束在熒光屏上從左至右掃描一行之后迅速返回 再做下一行掃描 直到熒光屏的下端 2 電子束從最上一行到最下一行掃描一遍叫作一場(chǎng) 電視機(jī)中每秒要進(jìn)行50場(chǎng)掃描 由于人的 視覺(jué)暫留 我們感到整個(gè)熒光屏在發(fā)都光 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 1 正誤判斷 1 運(yùn)動(dòng)電荷在磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零的地方 一定會(huì)受到洛倫茲力的作用 解析 若運(yùn)動(dòng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向平行 則電荷受到的洛倫茲力為零 答案 2 運(yùn)動(dòng)電荷在某處不受洛倫茲力的作用 則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 解析 若運(yùn)動(dòng)電荷在某處不受洛倫茲力的作用 則可能是電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)的方向平行 也可能是磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 答案 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 3 電荷垂直磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受洛倫茲力最小 平行磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受洛倫茲力最大 答案 4 用左手定則判斷洛倫茲力方向時(shí) 四指的指向 與電荷定向移動(dòng)方向相同 解析 用左手定則判斷洛倫茲力方向時(shí) 四指的指向 與正電荷定向移動(dòng)的方向一致 與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反 答案 5 電視顯像管是靠磁場(chǎng)使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)的 解析 電視顯像管中電子束是在磁場(chǎng)的洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)的 答案 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 2 下列說(shuō)法正確的是 A 根據(jù)F Bqv可得 磁感應(yīng)強(qiáng)度等于運(yùn)動(dòng)電荷垂直于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受磁場(chǎng)力和電荷量與速度之積的比值B 根據(jù)F Bqv可得 磁感應(yīng)強(qiáng)度與運(yùn)動(dòng)電荷垂直于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受磁場(chǎng)力成正比 與電荷量與速度之積成反比C 靜止電荷產(chǎn)生電場(chǎng) 運(yùn)動(dòng)電荷只產(chǎn)生磁場(chǎng)D 靜止電荷在磁場(chǎng)中不受力 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中一定受力解析 磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小取決于磁場(chǎng)本身 與運(yùn)動(dòng)電荷的受力 電荷量和速度無(wú)關(guān) 選項(xiàng)A對(duì)B錯(cuò) 運(yùn)動(dòng)電荷也產(chǎn)生電場(chǎng) 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 若運(yùn)動(dòng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行 則不受力作用 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案 A 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 要點(diǎn)提示 左手定則 洛倫茲力的方向問(wèn)題探究如圖所示 用陰極射線管研究磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 不同方向的磁場(chǎng)對(duì)電子束徑跡有不同的影響 電荷偏轉(zhuǎn)方向與磁場(chǎng)方向 電子運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系滿足怎樣的規(guī)律 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 1 決定洛倫茲力方向的三個(gè)因素電荷的電性 正 負(fù) 速度方向 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是決定洛倫茲力方向的三個(gè)要素 當(dāng)電性一定時(shí) 其他兩個(gè)因素決定洛倫茲力的方向 如果只讓一個(gè)因素相反 則洛倫茲力方向必定相反 如果同時(shí)讓兩個(gè)因素相反 則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔?2 F B v三者方向間的關(guān)系 1 電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向間沒(méi)有因果關(guān)系 兩者關(guān)系是不確定的 2 電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向確定洛倫茲力方向 3 F B F v 即F垂直于B和v所決定的平面 洛倫茲力與粒子運(yùn)動(dòng)方向 磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的關(guān)系 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 3 洛倫茲力的特點(diǎn) 1 洛倫茲力的方向隨電荷運(yùn)動(dòng)方向的變化而變化 但無(wú)論怎樣變化 洛倫茲力都與運(yùn)動(dòng)方向垂直 2 洛倫茲力永不做功 它只改變電荷的運(yùn)動(dòng)方向 不改變電荷的速度大小 確定洛倫茲力的方向需明確運(yùn)動(dòng)電荷的電性 特別注意負(fù)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與左手四指的指向應(yīng)相反 當(dāng)v與B不垂直時(shí) 磁感線不是垂直穿過(guò)掌心 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 例題1 如圖所示的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 電荷的運(yùn)動(dòng)速度v和磁場(chǎng)對(duì)電荷的作用力F的相互關(guān)系圖中 畫(huà)得正確的是 其中B F v兩兩垂直 解析 由于B F v兩兩垂直 根據(jù)左手定則得 A B D選項(xiàng)中電荷所受的洛倫茲力都與圖示F的方向相反 故A B D錯(cuò)誤 C正確 答案 C 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 用左手定則判斷洛倫茲力方向時(shí) 要特別注意以下關(guān)系 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 洛倫茲力的大小如圖所示 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 設(shè)磁場(chǎng)中有一段通電導(dǎo)線 橫截面積為S 單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n 每個(gè)自由電荷的電荷量為q且定向運(yùn)動(dòng)的速率都是v 1 圖中一段長(zhǎng)度為vt的導(dǎo)線中的粒子數(shù)是多少 導(dǎo)線中的電流為多大 2 圖中一段長(zhǎng)度為vt的導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力多大 3 每個(gè)自由電荷所受洛倫茲力多大 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 2 洛倫茲力大小的理解要點(diǎn)洛倫茲力 F qvBsin 為電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角 1 當(dāng) 90 時(shí) 即電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí) 洛倫茲力最大 F qvB 2 當(dāng) 0 或 180 時(shí) 即電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí) F 0 3 當(dāng)v 0 即電荷在磁場(chǎng)中靜止時(shí) F 0 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 例題2 如圖所示 各圖中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B 帶電粒子的速率均為v 所帶電荷量均為q 試求出圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小 并指出洛倫茲力的方向 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 解析 1 因v B 所以F qvB 方向垂直于v指向左上方 2 v與B的夾角為30 將v分解成垂直于磁場(chǎng)的分量和平行于磁場(chǎng)的分量 v vsin30 F qvBsin30 方向垂直于紙面向里 3 由于v與B平行 所以不受洛倫茲力 4 v與B垂直 F qvB 方向垂直于v指向左上方 答案 1 qvB垂直于v指向左上方 2 垂直于紙面向里 3 不受洛倫茲力 4 qvB垂直于v指向左上方 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 計(jì)算洛倫茲力的大小時(shí) 應(yīng)注意弄清v與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向關(guān)系 1 當(dāng)v B時(shí) 洛倫茲力F qvB 2 當(dāng)v B時(shí) F 0 3 當(dāng)v與B成 角 0 90 時(shí) 應(yīng)將v 或B 進(jìn)行分解取它們垂直的分量計(jì)算 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 帶電粒子 物體 在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題在兩平行金屬板間 有如圖所示的互相正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng) 粒子 帶正電 以速度v0從兩極板的正中央垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí) 恰好能沿直線勻速通過(guò) 則 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 1 若質(zhì)子 帶正電 以速度v0從兩極板的正中央垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí) 質(zhì)子將向哪偏轉(zhuǎn) 2 若電子以速度v0從兩極板的正中央垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí) 電子將向哪偏轉(zhuǎn) 3 若質(zhì)子以大于v0的速度 沿垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向從兩極板正中央射入 質(zhì)子將向哪偏轉(zhuǎn) 4 若增大勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 其他條件不變 電子以速度v0沿垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向 從兩極板正中央射入時(shí) 電子將向哪偏轉(zhuǎn) 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 要點(diǎn)提示 設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m 電荷量為q 勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 帶電粒子以速度v0垂直射入互相正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí) 若粒子帶正電荷 則所受電場(chǎng)力方向向下 大小為qE 所受洛倫茲力方向向上 大小為qv0B 沿直線勻速通過(guò)時(shí) 顯然有qv0B qE 即沿直線勻速通過(guò)時(shí) 帶電粒子的速度與其質(zhì)量 電荷量無(wú)關(guān) 如果粒子帶負(fù)電荷 電場(chǎng)力方向向上 洛倫茲力方向向下 上述結(jié)論仍然成立 所以 1 2 兩問(wèn)中均不偏轉(zhuǎn) 若質(zhì)子以大于v0的速度射入兩極板之間 由于洛倫磁力F Bqv v v0 洛倫茲力將大于電場(chǎng)力 質(zhì)子帶正電荷 將向上偏轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大時(shí) 電子射入的其他條件不變 所受洛倫茲力F Bqv0也增大 電子帶負(fù)電荷 所受洛倫茲力方向向下 將向下偏轉(zhuǎn) 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 1 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中無(wú)約束情況下做直線運(yùn)動(dòng)的兩種情景 1 速度方向與磁場(chǎng)平行 不受洛倫茲力作用 可做勻速直線運(yùn)動(dòng)也可在其他力作用下做變速直線運(yùn)動(dòng) 2 速度方向與磁場(chǎng)不平行 且除洛倫茲力外的各力均為恒力 若軌跡為直線則必做勻速直線運(yùn)動(dòng) 帶電粒子所受洛倫茲力也為恒力 2 洛倫茲力考查角度多 因而涉及洛倫茲力的題目往往較為綜合 解題時(shí)可按以下步驟分析 1 確定研究對(duì)象 進(jìn)行受力分析 注意帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 若速度方向與磁場(chǎng)方向不平行 則受洛倫茲力 2 根據(jù)已知條件 結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律 列方程求解 3 若涉及能量 可根據(jù)動(dòng)能定理或能量守恒定律 列方程求解 同時(shí)注意洛倫茲力始終與帶電粒子速度方向垂直 因而對(duì)帶電粒子不做功 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 例題3 兩個(gè)完全相同的帶等量的正電荷的小球a和b 從同一高度自由落下 分別穿過(guò)高度相同的水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng) 如圖所示 然后再落到地面上 1 設(shè)兩球運(yùn)動(dòng)所用的總時(shí)間分別為ta tb 則 A ta tbB ta tbC ta tbD 條件不足 無(wú)法比較 2 小球落地時(shí)的動(dòng)能Eka與Ekb相等嗎 思考問(wèn)題 1 電場(chǎng)力的方向向哪 洛倫茲力的方向向哪 答案 電場(chǎng)力始終向右 洛倫茲力始終垂直于速度方向 2 電場(chǎng)力對(duì)電荷做正功還是負(fù)功 洛倫茲力呢 答案 電場(chǎng)力做正功 洛倫茲力不做功 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 解析 分析兩球在豎直方向上的受力和運(yùn)動(dòng)情況 1 a球進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)后 始終受到水平向右的靜電力F電 qE作用 這個(gè)力不會(huì)改變a在豎直方向運(yùn)動(dòng)的速度 故它下落的總時(shí)間ta與沒(méi)有電場(chǎng)時(shí)自由下落的時(shí)間t0相同 b球以某一速度進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)瞬間它就受到水平向右的洛倫茲力作用 這個(gè)力只改變速度方向 會(huì)使速度方向向右發(fā)生偏轉(zhuǎn) 又因?yàn)槁鍌惼澚κ冀K與速度方向垂直 當(dāng)速度方向變化時(shí) 洛倫茲力的方向也發(fā)生變化 不再沿水平方向 如圖為小球b在磁場(chǎng)中某一位置時(shí)的受力情況 從圖中可以看出洛倫茲力F洛的豎直分量F1會(huì)影響小球豎直方向的運(yùn)動(dòng) 使豎直下落的加速度減小 小于g 故其下落的時(shí)間tb大于沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)小球自由下落的總時(shí)間t0 綜上所述 ta tb 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 答案 1 C 2 不相等 2 設(shè)兩球運(yùn)動(dòng)的豎直高度為h a球運(yùn)動(dòng)的水平位移為x 則對(duì)a球 Eka mgh qEx 對(duì)b球 Ekb mgh 則Eka Ekb 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問(wèn)題探究 名師精講 典例剖析 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 3 1 多選 下列說(shuō)法正確的是 A 運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場(chǎng)中可能受到洛倫茲力的作用B 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 受到的洛倫茲力做正功C 洛倫茲力不改變帶電粒子的速度方向D F必定垂直于B v 但B不一定垂直于v解析 運(yùn)動(dòng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)不受洛倫茲力 運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向不平行時(shí)受到洛倫茲力的作用 A對(duì) 洛倫茲力方向始終與速度方向垂直 只改變速度方向 不改變速度大小 不做功 B C錯(cuò) 由左手定則可知F B F v B與v可以不垂直 故D對(duì) 答案 AD 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 3 2 在陰極射線管中電子流方向由左向右 其上方放置一根通有如圖所示電流的直導(dǎo)線 導(dǎo)線與陰極射線管平行 則電子將 A 向上偏轉(zhuǎn)B 向下偏轉(zhuǎn)C 向紙里偏轉(zhuǎn)D 向紙外偏轉(zhuǎn)解析 由題圖可知 直導(dǎo)線電流的方向由左向右 根據(jù)安培定則 可判定直導(dǎo)線下方的磁場(chǎng)方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蚶?而電子運(yùn)動(dòng)方向由左向右 由左手定則知 電子帶負(fù)電荷 四指要指向電子運(yùn)動(dòng)方向的反方向 電子將向下偏轉(zhuǎn) 故B選項(xiàng)正確 答案 B 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 3 3 一個(gè)質(zhì)量為m 0 1g的小滑塊 帶有q 5 10 4C的電荷量 放置在傾角 30 的光滑斜面上 絕緣 斜面固定且置于B 0 5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向垂直紙面向里 如圖所示 小滑塊由靜止開(kāi)始沿斜面滑下 斜面足夠長(zhǎng) 小滑塊滑至某一位置時(shí) 要離開(kāi)斜面 g取10m s2 保留兩位有效數(shù)字 1 小滑塊帶何種電荷 2 小滑塊離開(kāi)斜面時(shí)的瞬時(shí)速度多大 3 該斜面長(zhǎng)度至少多長(zhǎng) 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 3 解析 1 小滑塊在沿斜面下滑的過(guò)程中 受重力mg 斜面支持力FN和洛倫茲力F作用 如圖所示 若要使小滑塊離開(kāi)斜面 則洛倫茲力F應(yīng)垂直斜面向上 根據(jù)左手定則可知 小滑塊應(yīng)帶負(fù)電荷 2 小滑塊沿斜面下滑的過(guò)程中 由平衡條件得F FN mgcos 當(dāng)支持力FN 0時(shí) 小滑塊脫離斜面 設(shè)此時(shí)小滑塊速度為vmax 則此時(shí)小滑塊所受洛倫茲力F qvmaxB 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 3 答案 1 負(fù)電荷 2 3 5m s 3 1 2m