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1、第一章第一章安培力与洛伦兹力安培力与洛伦兹力学习目标学习目标1.通过实验认识洛伦兹力通过实验认识洛伦兹力.能用左手定则判断洛伦兹力的方向能用左手定则判断洛伦兹力的方向,会会计算洛伦兹力的大小计算洛伦兹力的大小.了解洛伦兹力在生产生活中的应用了解洛伦兹力在生产生活中的应用.2.经历由安培力公式推导洛伦兹力公式的过程经历由安培力公式推导洛伦兹力公式的过程,体会模型建构与体会模型建构与演绎推理的方法演绎推理的方法.经历一般情况下洛伦兹力表达式的得出过程经历一般情况下洛伦兹力表达式的得出过程,进进一步体会矢量分析的方法一步体会矢量分析的方法.3.了解显像管的基本构造及工作原理了解显像管的基本构造及工作
2、原理,认识电子束的磁偏转认识电子束的磁偏转,体会体会物理知识与科学技术的关系物理知识与科学技术的关系.2磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力知识点一知识点一 洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向1.在磁场中受到的力称为洛伦兹力在磁场中受到的力称为洛伦兹力.通电导线在磁场通电导线在磁场中受到的安培力中受到的安培力,实际是洛伦兹力的实际是洛伦兹力的 表现表现.运动电荷运动电荷宏观宏观2.在磁在磁场中中,一垂直于磁一垂直于磁场方向的通方向的通电导线中的自中的自由由电荷做定向移荷做定向移动时会受到洛会受到洛伦兹力的作用力的作用,大量大量运运动电荷所受洛荷所受洛伦兹力的合力即力的合力即导线受到的安培受到
3、的安培力力,所以洛所以洛伦兹力的判断和安培力的判断方力的判断和安培力的判断方法法相同相同,即均即均用用 判判断断.如如图所示所示,伸开左手伸开左手,使拇指与其余使拇指与其余四个手四个手指指 ,并且都与手掌在同一并且都与手掌在同一个个 内内;让磁感磁感线从掌从掌心心 进入入,并使四指指并使四指指向向 运运动的方向的方向,这时拇指所指的拇指所指的方向就是运方向就是运动的正的正电荷在磁荷在磁场中所中所受受 的的方向方向.负电荷荷受力的方向与正受力的方向与正电荷受力的方荷受力的方向向 .左手定左手定则平面平面垂直垂直正正电荷荷洛洛伦兹力力相反相反垂直垂直知识点二洛伦兹力的大小知识点二洛伦兹力的大小1.
4、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如果速度方向与磁感应强度B的方向垂直的方向垂直,那么粒子受到的洛伦兹力大小为那么粒子受到的洛伦兹力大小为F=.2.当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为时时,电荷所受的洛伦电荷所受的洛伦兹力大小为兹力大小为F=.qvBqvBsin 3.如图所示如图所示,一束电子流沿管的轴线进入通电螺线管一束电子流沿管的轴线进入通电螺线管,忽略电子的忽略电子的重力重力,电子在管内受洛伦兹力吗电子在管内受洛伦兹力吗?它如何运动它如何运动?答案答案:通电螺线管内部磁感线的方向与螺线管的轴线平行通电螺线管内
5、部磁感线的方向与螺线管的轴线平行,所以所以电子沿轴线进入通电螺线管不受洛伦兹力作用电子沿轴线进入通电螺线管不受洛伦兹力作用,电子在管内做匀电子在管内做匀速直线运动速直线运动.知识点三知识点三电子束的磁偏转电子束的磁偏转1.构构 造造:显显 像像 管管 的的 原原 理理 示示 意意 图图 如如 图图 所所 示示,主主 要要 由由 电电 子子枪枪、和和荧光屏组成荧光屏组成.2.原理原理:显像管电视机中应用了显像管电视机中应用了 的原理的原理.显像管中显像管中,在偏转区的在偏转区的 方向和方向和 方向都有偏转磁场方向都有偏转磁场,其方向、强弱其方向、强弱都在不断都在不断 ,因此电子束打在荧光屏上的光
6、点不断移动因此电子束打在荧光屏上的光点不断移动,这在这在显示技术中叫作显示技术中叫作 .偏转线圈偏转线圈电子束磁偏转电子束磁偏转水平水平竖直竖直变化变化扫描扫描小试身手小试身手判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打正确的打“”,错误的打错误的打“”).).1.运动的电荷在磁场中受的力叫洛伦兹力运动的电荷在磁场中受的力叫洛伦兹力,静止的电荷在磁场中静止的电荷在磁场中不受洛伦兹不受洛伦兹力力.()2.判断电荷所受洛伦兹力的方向时可以不考虑电荷的电判断电荷所受洛伦兹力的方向时可以不考虑电荷的电性性.()3.运动电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用运动电荷在磁场中一定受洛伦兹
7、力作用.()4.运动电荷所受的洛伦兹力一定与磁场方向平行运动电荷所受的洛伦兹力一定与磁场方向平行.()5.电荷运动速度越大电荷运动速度越大,它受到的洛伦兹力一定越大它受到的洛伦兹力一定越大.()6.显像管中的电子枪工作时发射的高速电子撞击荧光屏显像管中的电子枪工作时发射的高速电子撞击荧光屏,就能发就能发光光.()探究一探究一洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向问题情境问题情境抽抽成真空的玻璃管左右两个电极分别连接到高压电源两极时成真空的玻璃管左右两个电极分别连接到高压电源两极时,阴极会发射电子阴极会发射电子.电子在电场的加速下飞向阳极电子在电场的加速下飞向阳极.1.没有磁场时没有磁场时,电子的运动轨迹
8、是怎样的电子的运动轨迹是怎样的?电子做什么运动电子做什么运动?答案答案:电子的运动轨迹是一条直线电子的运动轨迹是一条直线,电子做匀加速直线运动电子做匀加速直线运动.2.如果在电子束的路径上施加磁场如果在电子束的路径上施加磁场,那么电子的运动轨迹会发生那么电子的运动轨迹会发生什么变化什么变化?改变磁场方向改变磁场方向,又有什么变化又有什么变化?此现象说明什么此现象说明什么?答案答案:如果在电子束的路径上施加磁场如果在电子束的路径上施加磁场,那么电子束的径迹会发生那么电子束的径迹会发生弯曲弯曲.改变磁场方向改变磁场方向,电子束的弯曲方向会改变电子束的弯曲方向会改变.说明洛伦兹力的方说明洛伦兹力的方
9、向与磁场方向有关向与磁场方向有关.3.磁场不变磁场不变,改变电子的运动方向改变电子的运动方向,电子束的运动轨迹是否发生变电子束的运动轨迹是否发生变化化?此现象说明什么此现象说明什么?答案答案:改变电子的运动方向改变电子的运动方向,电子束的运动轨迹发生变化电子束的运动轨迹发生变化.此现象说此现象说明洛伦兹力的方向与电子运动方向有关明洛伦兹力的方向与电子运动方向有关.4.结合安培力和洛伦兹力的关系结合安培力和洛伦兹力的关系,分析洛伦兹力的方向还可能与分析洛伦兹力的方向还可能与什么有关什么有关.并尝试总结洛伦兹力的方向由哪些因素决定并尝试总结洛伦兹力的方向由哪些因素决定.答案答案:安培力的方向与磁场
10、的方向和电流的方向有关安培力的方向与磁场的方向和电流的方向有关,电流的方向电流的方向又与正电荷定向运动的方向相同又与正电荷定向运动的方向相同,与负电荷定向运动的方向相反与负电荷定向运动的方向相反,所以洛伦兹力的方向还与电荷的电性有关所以洛伦兹力的方向还与电荷的电性有关.运动电荷受到的洛伦兹力的方向由电荷的电性、电荷运动的方运动电荷受到的洛伦兹力的方向由电荷的电性、电荷运动的方向、磁感应强度方向共同决定向、磁感应强度方向共同决定.过程建构过程建构1.F、B、v三者方向间的关系三者方向间的关系.(1)电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向,FB,Fv,即即F垂
11、直于垂直于B和和v所决定的平面所决定的平面.(2)电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系,二者的关系是不确二者的关系是不确定的定的.2.在用左手定则判断运动的电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向在用左手定则判断运动的电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向时时,对于正电荷对于正电荷,四指指向正电荷的运动方向四指指向正电荷的运动方向;但对于负电荷但对于负电荷,四指四指应指向负电荷运动的反方向应指向负电荷运动的反方向.3.洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化.但无论怎么变但无论怎么变化化,洛伦兹力都与运动方向垂直洛伦兹力都与运动方向垂直
12、,故洛伦兹力永不做功故洛伦兹力永不做功,它只改变它只改变电荷的运动方向电荷的运动方向,不改变电荷的速度大小不改变电荷的速度大小.【典例【典例1】试判断图中的带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力的】试判断图中的带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力的方向方向,其中垂直于纸面指向纸内的是其中垂直于纸面指向纸内的是()ABCD解析解析:根据左手定则可以判断根据左手定则可以判断,选项选项A中的负电荷所受的洛伦兹中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下力方向向下.选项选项B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上.选项选项C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸外中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直
13、于纸面指向纸外.选项选项D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸内中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸内.答案答案:D探究探究二二洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小问题情境问题情境如图所示如图所示,导线静止在磁感应强度为导线静止在磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,设导线中定设导线中定向运动的带电粒子的速度都是向运动的带电粒子的速度都是v,单位体积内的带电粒子数为单位体积内的带电粒子数为n,粒粒子的电荷量为子的电荷量为q.1.如果导线的横截面积为如果导线的横截面积为S,在时间在时间t内通过导线横截面的电荷量内通过导线横截面的电荷量Q是多少是多少?导线内的电流导线内的电流I等于多少等
14、于多少?2.如何表示这段导线所受的安培力如何表示这段导线所受的安培力F的大小的大小?答案答案:这段导线的长度这段导线的长度l=vt,这段导线所受的安培力的大小为这段导线所受的安培力的大小为F安安=IlB=nSqv2tB.3.如何表示这段导线内含有的带电粒子的数量如何表示这段导线内含有的带电粒子的数量?如何表示每个带如何表示每个带电粒子所受的洛伦兹力的大小电粒子所受的洛伦兹力的大小?4.若带电粒子的运动方向与磁场方向的夹角为若带电粒子的运动方向与磁场方向的夹角为,则如何表示每个则如何表示每个带电粒子所受的洛伦兹力的大小带电粒子所受的洛伦兹力的大小?过程建构过程建构1.洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小
15、.带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力大小与速度、电荷量、磁场带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力大小与速度、电荷量、磁场强弱以及速度方向与磁场方向的夹角有关强弱以及速度方向与磁场方向的夹角有关.(1)若运动电荷的速度若运动电荷的速度v的方向与磁感应强度的方向与磁感应强度B的方向垂直的方向垂直,则洛伦则洛伦兹力的大小为兹力的大小为F=qvB.(2)若运动电荷的速度若运动电荷的速度v的方向与磁感应强度的方向与磁感应强度B的方向成的方向成角时角时,则则洛伦兹力大小为洛伦兹力大小为F=qvBsin.(3)若运动电荷的速度若运动电荷的速度v的方向与磁感应强度的方向与磁感应强度B的方向平行的方向平行,则洛伦则洛伦兹
16、力的大小为兹力的大小为F=0.2.洛伦兹力与静电力的比较洛伦兹力与静电力的比较.比较项比较项洛伦兹力洛伦兹力静电力静电力产生产生条件条件电荷在磁场中运动且运动电荷在磁场中运动且运动方向与磁场方向不平行方向与磁场方向不平行电荷在静电场中电荷在静电场中大小大小F=qvBsin F=qE受力受力方向方向垂直于垂直于B和和v所决定的平面所决定的平面沿电场线的切线方向沿电场线的切线方向作用作用效果效果不改变电荷运动的速度大不改变电荷运动的速度大小小,只改变速度方向只改变速度方向改变电荷运动的速度大小改变电荷运动的速度大小,可能可能改变运动的方向改变运动的方向做功做功情况情况永不做功永不做功可能做功可能做功【典例【典例2】(2022广东肇庆广东肇庆)两个带电粒子以相同的速度垂直两个带电粒子以相同的速度垂直于磁感线方向进入同一匀强磁场于磁感线方向进入同一匀强磁场,已知两粒子质量之比为已知两粒子质量之比为1 4,电荷量之比为电荷量之比为1 2,则两粒子受洛伦兹力之比为则两粒子受洛伦兹力之比为()A.2 1B.1 1C.1 2D.1 4答案答案:C解解析析:由由F=qvB可得洛伦兹力跟粒子的质量无关可得
