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1、物 理选修选修3-1 人教版人教版第三章磁场磁场5运动电荷在磁场中受到的力运动电荷在磁场中受到的力通通过实验，观察阴极射察阴极射线在磁在磁场中的偏中的偏转，认识洛洛伦兹力。力。会判断洛会判断洛伦兹力的方向，会力的方向，会计算洛算洛伦兹力的大小。力的大小。了解了解电子束的磁偏子束的磁偏转原理以及在科学技原理以及在科学技术中的中的应用。用。1 1课课前前预预习习2 2课课内内探探究究3 3素素养养提提升升4 4课课堂堂达达标标5 5课课时时作作业业课课 前前 预预 习习1洛伦兹力洛伦兹力_在磁场中所受的力。在磁场中所受的力。2洛伦兹力和安培力的关系洛伦兹力和安培力的关系通通电电导导线线在在磁磁场场
2、中中受受到到的的安安培培力力，实实际际上上是是在在导导线线中中_所所受到的洛伦兹力的宏观表现。受到的洛伦兹力的宏观表现。洛伦兹力的方向和大小洛伦兹力的方向和大小运动电荷运动电荷定向运动的电荷定向运动的电荷3洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向(1)左左手手定定则则：伸伸开开左左手手，使使拇拇指指与与其其余余四四个个手手指指垂垂直直，并并且且都都与与手手掌掌在在同同一一个个平平面面内内，让让_从从掌掌心心进进入入，并并使使四四指指指指向向_运运动动的的方方向向，这这时时拇拇指指所所指指的的方方向向就就是是运运动动的的正正电电荷荷在在磁磁场场中中所所受受_的的方方向。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向向。
3、负电荷受力的方向与正电荷受力的方向_。(2)洛伦兹力方向特点：洛伦兹力方向特点：FB，Fv，即，即F垂直于垂直于_所决定的平面。所决定的平面。磁感线磁感线正电荷正电荷洛伦兹力洛伦兹力相反相反B和和v4洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小当当速速度度方方向向和和磁磁感感应应强强度度方方向向分分别别满满足足以以下下几几种种情情况况时时，洛洛伦伦兹兹力力的的大大小小分别是分别是(1)当当v与与B成成角时：角时：F_(2)当当vB时：时：F_(3)当当vB时，时，F_qvBsinqvB01构造构造如图所示，由电子枪、如图所示，由电子枪、_和荧光屏组成。和荧光屏组成。2原理原理(1)电子枪电子枪_。(2)电子束
4、在磁场中电子束在磁场中_。(3)荧光屏被电子束撞击发光。荧光屏被电子束撞击发光。电视显像管的工作原理电视显像管的工作原理偏转线圈偏转线圈发射电子发射电子偏转偏转3扫描扫描在在偏偏转转区区的的水水平平方方向向和和竖竖直直方方向向都都有有偏偏转转磁磁场场，其其方方向向、强强弱弱都都在在_，使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。，使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。4偏转线圈偏转线圈使电子束偏转的磁场是由使电子束偏转的磁场是由_产生的。产生的。不断变化不断变化两对线圈两对线圈判一判判一判(1)电荷在磁场中一定会受到洛伦兹力的作用。电荷在磁场中一定会受到洛伦兹力的
5、作用。()(2)仅在洛伦兹力作用下，电荷的动能一定不会变化。仅在洛伦兹力作用下，电荷的动能一定不会变化。()(3)应用左手定则判断洛伦兹力的方向时，四指一定指向电荷运动方向。应用左手定则判断洛伦兹力的方向时，四指一定指向电荷运动方向。()(4)电视显像管是靠磁场使电子束发生偏转的。电视显像管是靠磁场使电子束发生偏转的。()(5)电荷在磁场中运动时，所受洛伦兹力与速度大小成正比。电荷在磁场中运动时，所受洛伦兹力与速度大小成正比。()选一选选一选(多选多选)下列说法正确的是下列说法正确的是()解解析析：所所有有电电荷荷在在电电场场中中都都要要受受到到电电场场力力的的作作用用，正正电电荷荷受受力力的
6、的方方向向沿沿电电场场强强度度的的方方向向，故故A错错B对对；运运动动电电荷荷在在磁磁场场中中沿沿平平行行于于磁磁场场的的方方向向运运动动，不不受受磁场力的作用，磁场力的作用，C错；静止电荷在磁场中不受磁场力的作用，错；静止电荷在磁场中不受磁场力的作用，D对。对。BD 想一想想一想目目前前，电电视视机机已已走走进进了了家家家家户户户户，给给人人们们的的生生活活带带来来了了巨巨大大的的变变化化，足足不不出出户户便便可可欣欣赏赏到到千千里里之之外外奥奥运运赛赛事事的的精精彩彩直直播播！电电视视机机正正在在播播放放节节目目时时，不不能能将磁铁靠近荧光屏！你知道这是为什么吗？将磁铁靠近荧光屏！你知道这
7、是为什么吗？解解析析：由由于于电电视视机机的的显显像像管管是是利利用用磁磁场场对对电电子子束束偏偏转转原原理理工工作作的的，如如果果将将磁铁靠近荧光屏，会影响电子束的偏转方向，进而使得图像变形或变色。磁铁靠近荧光屏，会影响电子束的偏转方向，进而使得图像变形或变色。课课 内内 探探 究究太太阳阳发发射射出出的的带带电电粒粒子子以以3001000km/s的的速速度度扫扫过过太太阳阳系系，形形成成“太太阳阳风风”(如图所示如图所示)，这种巨大的辐射经过地球时，为什么不能直射地球？，这种巨大的辐射经过地球时，为什么不能直射地球？提提示示：因因为为地地球球周周围围存存在在着着磁磁场场，宇宇宙宙空空间间的
8、的带带电电粒粒子子在在经经过过地地球球磁磁场场时时，由于受到洛伦兹力的作用而发生偏转，故不能直射向地球。由于受到洛伦兹力的作用而发生偏转，故不能直射向地球。探究一洛伦兹力的方向探究一洛伦兹力的方向11决定洛伦兹力方向的三个因素决定洛伦兹力方向的三个因素电电荷荷的的电电性性(正正、负负)，速速度度方方向向、磁磁感感应应强强度度的的方方向向。当当电电性性一一定定时时，其其他他两两个个因因素素决决定定洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向，如如果果只只让让一一个个因因素素相相反反，则则洛洛伦伦兹兹力力方方向向必必定定相相反反；如如果果同同时时让让两两个个因因素素相相反反，则则洛伦兹力方向将不变。洛伦兹力方向将
9、不变。2F、B、v三者方向间的关系三者方向间的关系电电荷荷运运动动方方向向和和磁磁场场方方向向间间没没有有因因果果关关系系，两两者者关关系系是是不不确确定定的的。电电荷荷运运动动方方向向和和磁磁场场方方向向确确定定洛洛伦伦兹兹力力方方向向，FB，Fv，即即F垂垂直直于于B和和v所所决决定定的的平面。平面。洛伦兹力与粒子运动方向、磁感应强度方向的关系洛伦兹力与粒子运动方向、磁感应强度方向的关系3洛伦兹力的特点洛伦兹力的特点洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向随随电电荷荷运运动动方方向向的的变变化化而而变变化化。但但无无论论怎怎样样变变化化，洛洛伦伦兹兹力力都都与与运运动动方方向向垂垂直直，故故洛洛伦伦兹
10、兹力力永永不不做做功功，它它只只改改变变电电荷荷运运动动方方向向，不不改改变变电荷速度大小。电荷速度大小。特特别别提提醒醒：(1)判判断断负负电电荷荷在在磁磁场场中中运运动动受受洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向，四四指指要要指指向向负负电荷运动的相反方向，也就是电流的方向。电荷运动的相反方向，也就是电流的方向。(2)电电荷荷运运动动的的方方向向和和磁磁场场方方向向不不一一定定垂垂直直，但但洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向一一定定垂垂直直于于磁场方向和速度方向。磁场方向和速度方向。B 解解析析：由由安安培培定定则则，电电流流在在下下方方产产生生的的磁磁场场方方向向指指向向纸纸外外，由由左左手手定定则则，
11、质质子子刚刚进进入入磁磁场场时时所所受受洛洛伦伦兹兹力力方方向向向向上上。则则质质子子的的轨轨迹迹必必定定向向上上弯弯曲曲，因因此此C、D必必错错；由由于于洛洛伦伦兹兹力力方方向向始始终终与与电电荷荷运运动动方方向向垂垂直直，故故其其运运动动轨轨迹迹必必定定是是曲曲线，则线，则B正确，正确，A错误。故选错误。故选B。对对点点训训练练1(2017江江西西省省九九江江一一中中高高二二上上学学期期期期末末)下下列列各各图图中中，运运动动电荷的速度电荷的速度v方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向、磁感应强度方向和电荷的受力F方向之间的关系正确的是方向之间的关系正确的是()解解析析：由由左左手手定定则则
12、可可知知，粒粒子子所所受受洛洛伦伦兹兹力力竖竖直直向向上上，故故A正正确确；粒粒子子带带负负电电荷荷，根根据据左左手手定定则则，洛洛伦伦兹兹力力向向上上，故故B错错误误；粒粒子子速速度度方方向向与与磁磁场场方方向向平平行行，故故不不受受洛洛伦伦兹兹力力，故故C错错误误；粒粒子子速速度度方方向向与与磁磁场场方方向向平平行行，故故不不受受洛洛伦伦兹兹力力，故故D错误；故选错误；故选A。A 如如图图所所示示，磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度为为B。设设磁磁场场中中有有一一段段通通电电导导线线，横横截截面面积积为为S，单单位位体体积积中中含含有有的的自自由由电电荷荷数数为为n，每个自由电荷的电荷量为每
13、个自由电荷的电荷量为q且定向运动的速率都是且定向运动的速率都是v。探究二洛伦兹力的大小探究二洛伦兹力的大小2(1)图中一段中一段长度度为vt的的导线中的粒子数是多少？中的粒子数是多少？导线中的中的电流流为多大？多大？(2)图中一段中一段长度度为vt的的导线在磁在磁场中所受安培力多大？中所受安培力多大？(3)每个自由每个自由电荷所受洛荷所受洛伦兹力多大？力多大？1对公式对公式F洛洛qvB的理解的理解(1)适适用用条条件件：运运动动电电荷荷的的速速度度方方向向与与磁磁场场方方向向垂垂直直，当当v0时时，F洛洛0，即相对磁场静止的电荷不受洛伦兹力作用。即相对磁场静止的电荷不受洛伦兹力作用。(2)B、
14、v夹角对洛伦兹力的影响：夹角对洛伦兹力的影响：当当90时时，vB，sin1，F洛洛qvB，即即运运动动方方向向与与磁磁场场垂垂直直时时，洛洛伦兹力最大。伦兹力最大。当当vB时时，0，sin0，F洛洛0，即即运运动动方方向向与与磁磁场场平平行行时时，不不受受洛洛伦兹力。伦兹力。若不垂直，若不垂直，F洛洛qvBsin。2洛伦兹力和安培力的区别与联系洛伦兹力和安培力的区别与联系区区别联系系洛洛伦兹力是指力是指单个运个运动的的带电粒子粒子所受到的磁所受到的磁场力，而安培力是指通力，而安培力是指通电导线(即大量即大量带电粒子粒子)所受到的磁所受到的磁场力力洛伦兹力永不做功，而安培力可以洛伦兹力永不做功，
15、而安培力可以做功做功安培力是洛安培力是洛伦兹力的宏力的宏观表表现，洛，洛伦兹力是安培力的微力是安培力的微观解解释大小关系：大小关系：F安安NF洛洛(N是导体中是导体中定向运动的电荷数定向运动的电荷数)方向关系：洛伦兹力与安培力的方方向关系：洛伦兹力与安培力的方向，均可用左手定则进行判断向，均可用左手定则进行判断3洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力与电场力的比较内容内容洛洛伦兹力力静静电力力性性质磁磁场对在其中运在其中运动的的电荷荷的作用力的作用力电场对放入其中的放入其中的电荷的荷的作用力作用力产生条件生条件v0且且v不与不与B平行平行电场中的中的电荷一定受到荷一定受到电场力的作用力的作用大小大小F
16、qvB(vB)FqE力的方向与力的方向与场的的方向的关系方向的关系一定是一定是FB，Fv正正电荷所受力的方向与荷所受力的方向与电场方向相同，方向相同，负电荷所受荷所受力的方向与力的方向与电场方向相反方向相反内容内容洛洛伦兹力力静静电力力做功情况做功情况任何情况下都不做功任何情况下都不做功可能做正功、可能做正功、负功，也可功，也可能不做功能不做功力力F为零零时，场的情况的情况F为零，零，B不一定不一定为零零F为零，零，E一定一定为零零作用效果作用效果只改只改变电荷运荷运动速度的方速度的方向，不改向，不改变速度的大小速度的大小既可以改既可以改变电荷运荷运动速度速度的大小，也可以改的大小，也可以改变
17、电荷荷运运动速度的方向速度的方向特特别别提提醒醒：尽尽管管安安培培力力是是自自由由电电荷荷定定向向移移动动时时受受到到的的洛洛伦伦兹兹力力的的宏宏观观表表现现，但但也也不不能能简简单单地地认认为为安安培培力力就就等等于于所所有有定定向向移移动动电电荷荷所所受受洛洛伦伦兹兹力力的的和和，一一般般只有当导体静止时才能这样认为。只有当导体静止时才能这样认为。对对点点训训练练2(2018江江西西省省九九江江第第一一中中学学高高二二上上学学期期期期末末)如如图图，三三个个完完全全相相同同的的带带正正电电的的小小球球，从从同同一一高高度度开开始始自自由由落落下下，其其中中a直直接接落落地地，b下下落落过过
18、程程中中经经过过一一个个水水平平方方向向的的匀匀强强电电场场区区，c下下落落时时经经过过一一个个水水平平方方向向的的匀匀强强磁磁场场区区，不计空气阻力，设它们落地的速度大小分别为不计空气阻力，设它们落地的速度大小分别为va、vb、vc，则，则()AvavbvcBvbvavcCvavbvcDvavcvbD 解解析析：根根据据题题意意可可知知，a球球做做自自由由落落体体运运动动，下下落落过过程程中中只只有有重重力力做做功功；由由于于b在在下下落落的的过过程程中中电电场场力力对对小小球球做做正正功功，故故根根据据动动能能定定理理知知b球球的的落落地地速速度度大大于于a球球的的落落地地速速度度；c球球
19、在在下下落落过过程程中中经经过过磁磁场场，c受受到到洛洛伦伦兹兹力力作作用用，因因洛洛伦伦兹兹力力始始终终与与速速度度垂垂直直且且对对小小球球始始终终不不做做功功，c球球下下落落过过程程中中只只有有重重力力对对小小球球做做功功，根根据据动动能能定定理理知知c球球下下落落的的末末动动能能与与a球球的的末末动动能能相相等等，即即速速度度大大小小相相等等，由由此此分析知，分析知，ABC错误，错误，D正确。正确。有有一一质质量量为为m、电电荷荷量量为为q的的带带正正电电小小球球停停在在绝绝缘缘平平面面上上，并并处处在在磁磁感感应应强强度度为为B，方方向向垂垂直直纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场中中
20、，如如图图所所示示，为为了了使使小小球球飘飘离离平平面面，匀匀强磁场在纸面内移动的最小速度应为多少？方向如何？强磁场在纸面内移动的最小速度应为多少？方向如何？探究三带电粒子探究三带电粒子(物体物体)在复合场中的运动问题在复合场中的运动问题31复复合合场场：一一般般是是指指电电场场、磁磁场场和和重重力力场场并并存存，或或其其中中两两种种场场并并存存，或或分分区域存在。区域存在。2带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路(1)正正确确进进行行受受力力分分析析，除除重重力力、弹弹力力、摩摩擦擦力力外外要要特特别别注注意意电电场场力力和和洛洛伦伦兹力的分析。兹力的分
21、析。(2)确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合。确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合。(3)电荷在复合场中的运动一般有两种情况电荷在复合场中的运动一般有两种情况直线运动和圆周运动。直线运动和圆周运动。电电荷荷在在电电场场力力、重重力力和和洛洛伦伦兹兹力力共共同同作作用用下下做做直直线线运运动动时时，一一定定是是做做匀匀速直线运动。速直线运动。电电荷荷在在上上述述复复合合场场中中如如果果做做匀匀速速圆圆周周运运动动，只只能能是是除除洛洛伦伦兹兹力力以以外外的的所所有恒力的合力为零才能实现。有恒力的合力为零才能实现。特特别别提提醒醒：(1)电电子子、质质子子、粒粒子
22、子等等一一般般不不计计重重力力，带带电电小小球球、尘尘埃埃、液液滴滴等带电颗粒一般要考虑重力的作用。等带电颗粒一般要考虑重力的作用。(2)注注意意重重力力、电电场场力力做做功功与与路路径径无无关关，洛洛伦伦兹兹力力始始终终和和运运动动方方向向垂垂直直，永永不做功的特点。不做功的特点。AC 解解题题指指导导：本本题题是是带带电电粒粒子子在在复复合合场场中中的的综综合合问问题题，应应在在分分析析物物体体受受力力的的基础上，弄清物理过程，根据隐含的临界条件求解。基础上，弄清物理过程，根据隐含的临界条件求解。对对点点训训练练3(多多选选)如如图图甲甲所所示示为为一一个个质质量量为为m、电电荷荷量量为为
23、q的的圆圆环环，可可在在水水平平放放置置的的足足够够长长的的粗粗糙糙细细杆杆上上滑滑动动，细细杆杆处处于于磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场中中，(不不计计空空气气阻阻力力)，现现给给圆圆环环向向右右的的初初速速度度v0，在在以以后后的的运运动动过过程程中中，圆圆环环运运动的速度图象正确的是动的速度图象正确的是()AD 素素 养养 提提 升升洛伦兹力与现代科技洛伦兹力与现代科技2磁流体发电机磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能。磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能。(2)根据左手定则，如图中的根据左手定则，如图中的B板是发电机正极。板是发电机正极。(3)磁磁流流体体发发电电机机两两极极板板间间的的距距离离为为d，等等粒粒子子体体速速度度为为v，磁磁场场磁磁感感应应强强度度为为B，则两极板间能达到的最大电势差，则两极板间能达到的最大电势差UBdv。答案：答案：121kW
