《2017_2018学年高中物理第三章磁场第4节磁吃运动电荷的作用_洛伦兹力课件教科版选修3_1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017_2018学年高中物理第三章磁场第4节磁吃运动电荷的作用_洛伦兹力课件教科版选修3_1（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4节磁场对运动电荷的作用洛伦兹力,课堂探究,自主学习,达标测评,自主学习 课前预习感悟新知,目标导航,(教师参考),重点:洛伦兹力的大小及方向、带电粒子在磁场中的运动规律难点:(1)洛伦兹力与安培力的关系(2)带电粒子在磁场中的运动规律,教材梳理,一、洛伦兹力1.定义: 在磁场中受到的磁场力.2.大小:F洛= .3.方向:由左手定则判断使四指指向正电荷运动方向,磁感线垂直穿过手心,这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向.负电荷受洛伦兹力与正电荷受力方向 .,运动电荷,qvB,相反,4.洛伦兹力的大小(1)洛伦兹力公式的推导如图所示,有一段静止导线长为L,横截面积为S,单
2、位体积内的自由电荷数为n,自由电荷所带电荷量为q,自由电荷定向移动的速率为v.设长度为L的导线中的自由电荷在t秒内全部通过截面A,导线垂直于磁场放置.则I= = .F安=BIL= .这段导线中自由电荷的总数N= .所以每个自由电荷受到的洛伦兹力F洛= = .(2)当电荷垂直磁场方向射入时,F洛= .(3)当电荷的速度方向和磁场方向平行时,F洛= .,nSvq,BnSvqL,nSL,qvB,qvB,0,想一想 电荷放在电场中一定会受到电场力的作用,那么电荷放入磁场中也一定会受到磁场力的作用吗?答案:不一定.当电荷在磁场中静止或沿着磁场方向运动时,电荷不会受到磁场力作用.只有当电荷的运动方向与磁场
3、方向不平行时,才受洛伦兹力作用.,二、带电粒子在磁场中的运动1.洛伦兹力的作用:洛伦兹力方向 于磁场方向和粒子运动方向所决定的平面,即洛伦兹力的方向总跟粒子运动的速度方向 ,洛伦兹力对运动电荷 ,只改变粒子的运动方向.2.带电粒子的圆周运动:带电粒子垂直进入匀强磁场,必定做 . ,圆周运动的轨道平面与磁场方向垂直,其向心力就来自于磁场作用的 ,即F洛= = .,垂直,垂直,不做功,匀速圆周,运动,洛伦兹力,qvB,运动速度,半径,想一想 教材P96图3-4-4中,带电粒子垂直进入磁场为什么在磁场中做匀速圆周运动?答案:由于洛伦兹力的方向总是跟粒子运动的速度方向垂直,不改变粒子运动速度大小,所以
4、洛伦兹力的大小不变,即带电粒子只受一个垂直于运动方向且大小不变的洛伦兹力的作用,并且这个力始终在垂直于磁感应强度的平面内,该力为粒子做圆周运动的向心力,则粒子做匀速圆周运动.,1.运动电荷在磁场中运动时不一定受洛伦兹力.()2.同一电荷,以相同大小的速度进入磁场,速度方向不同时,洛伦兹力的大小不同.()3.带电粒子垂直进入匀强磁场中一定做匀速圆周运动.()4.带电粒子在磁场中做圆周运动时,速度越小,半径越小.()5.带电粒子的轨道半径越大,在磁场中做圆周运动的周期越小.(),思考判断,答案:1.2.3.4.5.,要点一 对洛伦兹力的理解,课堂探究 核心导学要点探究,【问题导学】带电粒子带正电和
5、负电两种情况下,应用左手定则判断洛伦兹力的方向时有什么不同?,答案:对正电荷,四指应指向其运动方向;对负电荷,四指应指向其运动方向的反方向.,【要点归纳】1.洛伦兹力的方向(1)三个决定洛伦兹力方向的因素电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向是决定洛伦兹力方向的三个要素.当电性一定时,其他两个因素决定洛伦兹力的方向,如果只让一个因素相反,则洛伦兹力方向必定相反;如果同时让两个因素相反,则洛伦兹力方向将不变.(2)F,B,v三者方向间的关系电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系,两者关系是不确定的.电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向,FB,Fv,即F垂直于B和v所决定的平面.,2.洛
6、伦兹力的特点洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化.但无论怎样变化,洛伦兹力都与运动方向垂直,故洛伦兹力永不做功,它只改变电荷的运动方向,不改变电荷的速度大小.3.洛伦兹力与安培力的联系与区别(1)联系安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观解释.方向关系:洛伦兹力与安培力的方向均可用左手定则进行判断.(2)区别洛伦兹力是指单个带电粒子运动所受的磁场力,而安培力是指通电导线所受到的磁场力.洛伦兹力不做功,而安培力可以做功.,4.洛伦兹力与电场力的比较,【例1】在下面各图中,匀强磁场的磁感应强度均为B,带电粒子的速率均为v,带电荷量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小,并指出
7、洛伦兹力的方向.,解析: (1)中v与B的夹角为30,将v分解成垂直磁场的分量和平行磁场的分量,v=vsin 30,F=qvBsin 30= qvB.洛伦兹力的方向垂直纸面向里.(2)中vB,所以F=qvB.由左手定则可知,负电荷所受洛伦兹力的方向垂直纸面向外.(3)中vB,所以F=qvB,方向与v垂直向左上方.(4)中vB,所以F=qvB.负电荷所受洛伦兹力的方向与v垂直向右.,答案:见解析,误区警示 洛伦兹力方向判断注意点(1)注意电荷的正负,尤其是判断负电荷所受洛伦兹力方向时,四指应指向负电荷运动的反方向.(2)注意洛伦兹力的方向一定垂直于B和v所决定的平面.(3)当v与B的方向平行时,
8、电荷受到的洛伦兹力为零.,(教师备用)例1-1:质量为m、带电荷量为q的小球,从倾角为的光滑绝缘斜面上由静止下滑,整个斜面置于方向水平向外的匀强磁场中,其磁感应强度为B,如图所示.若带电小球下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零,下面说法中正确的是( )A.小球带负电B.小球在斜面上运动时做匀加速直线运动C.小球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.小球在斜面上下滑过程中,小球对斜面压力为零时的速率为,B,解析:小球在斜面上运动时受力如图所示,由左手定则可判定小球带正电,选项A错误;小球运动时受的合力为mgsin ,故小球做匀加速直线运动,选项B正确,C错误;当小球对斜面压力
9、为零时,mgcos =Bqv,则v= ,选项D错误.,针对训练1-1: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,则这些质子在进入地球周围的空间时,将( )A.竖直向下沿直线射向地面B.相对于预定地点,稍向东偏转C.相对于预定地点,稍向西偏转D.相对于预定地点,稍向北偏转,B,解析:质子是氢原子核,带正电,地球表面的地磁场方向由南向北,根据左手定则可判定,质子自赤道上空的某一点竖直下落的过程中受洛伦兹力的方向向东,故选项B正确.,要点二 带电粒子在磁场中的运动,【问题导学】分析带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题的一般方法是什么?,答案:寻找圆心、确定半径、转过的圆心角是解
10、决这类问题的前提.确定半径与给定的几何量之间的关系是解题的基础,运动时间t和转过的圆心角之间的关系(t= T或t= T)作为辅助.,【要点归纳】,带电粒子(不计重力)以一定的速度v垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中.带电粒子做匀速圆周运动解答相关问题的方法一般为画轨迹,找圆心,求半径,定圆心角.1.圆心的确定:带电粒子垂直进入磁场后,一定做圆周运动,其速度方向一定沿圆周的切线方向,因此圆心的位置必是两速度方向垂线的交点或某一速度方向的垂线与圆周上两点连线中垂线的交点,如图所示.,2.运动半径大小的确定:一般先作入射点、出射点对应的半径,并作出相应的辅助三角形,然后利用三角函数解出半径
11、的大小.3.运动时间的确定:首先利用周期公式T= ,求出运动周期T,然后求出粒子运动的圆弧所对应的圆心角,其运动时间t= T.4.圆心角的确定:(1)带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向间的夹角 叫偏转角.偏转角等于圆心角,即= ,如图.(2)某段圆弧所对应的圆心角是这段圆弧弦切角的二倍,即=2.,【例2】(2017荆州中学月考)如图所示,在一个边长为a的正六边形区域内存在磁感应强度为B,方向垂直于纸面向里的匀强磁场.三个相同带正电的粒子,比荷为 ,先后从A点沿AD方向以大小不等的速度射入匀强磁场区域,粒子在运动过程中只受磁场力作用.已知编号为的粒子恰好从F点飞出磁场区域,编号为的粒
12、子恰好从E点飞出磁场区域,编号为的粒子从ED边上的某一点垂直边界飞出磁场区域.求: (1)编号为的粒子进入磁场区域的初速度大小;(2)编号为的粒子在磁场区域内运动的时间;(3)编号为的粒子在ED边上飞出的位置与E点的距离.,思维导图,答案:(1) （2）（3）(2 -3)a,规律方法 半径的求解方法带电粒子在磁场中做圆周运动,其半径公式为R= .因此当题目要求B,v或 时,往往需要根据几何方法求出其半径,而半径往往在三角形中求解,三角形的构建一般由两个圆(轨道圆与圆形磁场区域)的圆心与交点组成.若不是直角三角形可设法构成直角三角形,也可根据正弦定理或余弦定理求解.,(教师备用)例2-1:如图所
13、示,在坐标系的第象限存在匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度为B.电子质量为m、电荷量为q,以速度v0从坐标原点O沿与x轴成角射入磁场中,最后从x轴上的P点射出磁场,如图所示.求: (1)O,P间的距离;,答案:(1) sin ,(2)电子从O点运动到P点所需的时间t.,答案:(2),针对训练2-1:如图,半径为R的圆是一圆柱形匀强磁场区域的横截面(纸面),磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外.一电荷量为q(q0).质量为m的粒子沿平行于直径ab的方向射入磁场区域,射入点与ab的距离为 .已知粒子射出磁场与射入磁场时运动方向间的夹角为60,则粒子的速率为(不计重力)( ),解析:设粒子
14、在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为r,粒子运动的轨迹及几何关系如图所示,由此可知r=R,由牛顿第二定律可得qvB=m ,得v= ,选项B正确.,B,达标测评 随堂演练检测效果,1.以下说法正确的是( )A.电荷处于磁场中一定受到洛伦兹力B.运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力C.洛伦兹力对运动电荷一定不做功D.洛伦兹力可以改变运动电荷的速度大小,C,解析:只有运动电荷的速度方向与磁场方向不平行时,运动电荷才会受到洛伦兹力的作用,且洛伦兹力方向始终与速度方向垂直,对运动电荷永不做功,选项A,B,D错误,C正确.,解析:根据左手定则可以判断选项A,B,D都是正确的,C项中vB,F=0,选项C错误.,2
15、.(2017南昌六校期末联考)在以下几幅图中,对洛伦兹力的方向判断不正确的是( ),C,3.一带电粒子在匀强磁场中沿着磁感线方向运动,现将该磁场的磁感应强度增大一倍,则带电粒子受到的洛伦兹力( )A.增大两倍B.增大一倍C.减小一半D.依然为零,D,解析:若粒子速度方向与磁场方向平行,洛伦兹力为零,故选项A,B,C错误,D正确.,4.(多选)将带电的小球用细线悬挂置于匀强磁场中,由如图所示位置释放,当带电小球最初两次经过最低点时,相同的量是( )A.小球受到的洛伦兹力B.细线的拉力C.小球的动能D.小球的加速度,解析:带电小球在磁场中运动时受洛伦兹力作用,但洛伦兹力对小球不做功,因此小球最初两次经过最低点时速度大小相等,但方向相反,因此洛伦兹力变化、动能不变;由圆周运动知识可知,向心加速度不变,但细线拉力变化,故选项C,D正确.,
