《运动电荷在磁场中受到的力1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《运动电荷在磁场中受到的力1（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、人教版选修人教版选修人教版选修人教版选修3131第五节：运动电荷在磁场中受到的力第五节：运动电荷在磁场中受到的力 回顾复习、回顾复习、回顾复习、回顾复习、引入新课引入新课引入新课引入新课 一一磁场对磁场对电流电流有力的作用有力的作用 -（安培力安培力FA）F安安BILsin 二二电荷电荷的定向移动形成的定向移动形成 -（电流电流I）I 磁场对电流有力的作用，那么磁场对电流有力的作用，那么磁场对运磁场对运动电荷动电荷有力的作用吗？有力的作用吗？ 阴极射线管阴极射线管阴极射线管阴极射线管从阴极发射出从阴极发射出从阴极发射出从阴极发射出电子电子电子电子，在阴阳，在阴阳，在阴阳，在阴阳两极间的高压作用
2、下，使电子加速，形成电子束，两极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，两极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，两极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹。子束的运动轨迹。子束的运动轨迹。子束的运动轨迹。一、一、一、一、观察观察观察观察阴极射线在磁场中的偏转阴极射线在磁场中的偏转阴极射线在磁场中的偏转阴极射线在磁场中的偏转观察电子束运动径迹的装置观察电子束运动径迹的装置观察电子束运动径迹的装置观察电子
3、束运动径迹的装置实验现象实验现象 : :电子束在磁场中的发生偏转。电子束在磁场中的发生偏转。磁场对运动电荷有作用力磁场对运动电荷有作用力-洛伦兹力洛伦兹力 导学释疑导学释疑导学释疑导学释疑. . 洛仑兹力洛仑兹力洛仑兹力洛仑兹力 ： 1定义：定义：磁场对磁场对运动运动电荷有作用力，电荷有作用力，我们把它称做我们把它称做洛仑兹力洛仑兹力。2洛仑兹力与安培力的关系：洛仑兹力与安培力的关系： IBFvvvvvvvv 作用于通电导线上的作用于通电导线上的安安培力培力就就是是作用于运动电荷上作用于运动电荷上的的洛仑兹力洛仑兹力的的合力合力。 宏观上宏观上：安培力安培力 F(BI) 对象：整个导线对象：整
4、个导线微观上微观上：洛仑兹力洛仑兹力 f(Bq） 对象对象: 单个电荷单个电荷二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向 推理推理推理推理：安培力的方向用左手定则判定，而安培：安培力的方向用左手定则判定，而安培：安培力的方向用左手定则判定，而安培：安培力的方向用左手定则判定，而安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，因此力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，因此力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，因此力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，因此洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向也可以也可以也可以也可以用左手定则来判定用左手定则来判定
5、用左手定则来判定用左手定则来判定。“ “左手定则左手定则左手定则左手定则” ”手心：手心：手心：手心： 磁感线垂直穿入磁感线垂直穿入磁感线垂直穿入磁感线垂直穿入 （B B）四指方向四指方向四指方向四指方向: :正电荷正电荷正电荷正电荷运动方向（运动方向（运动方向（运动方向（V V） （电流方向）（电流方向）（电流方向）（电流方向）大拇指方向大拇指方向大拇指方向大拇指方向: : 洛仑兹力方向（洛仑兹力方向（洛仑兹力方向（洛仑兹力方向（ F F ）四指所指的是正电荷运动的方向，四指所指的是正电荷运动的方向，四指所指的是正电荷运动的方向，四指所指的是正电荷运动的方向，若为若为若为若为负电荷负电荷负电
6、荷负电荷应使四指指向应使四指指向应使四指指向应使四指指向负电荷运动的反方向负电荷运动的反方向负电荷运动的反方向负电荷运动的反方向。v vF FF Fv v .自主测评自主测评1判定下列粒子刚进入磁判定下列粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向场时所受的洛伦兹力的方向FF-qV（2）B+qV（1）B+qV（3）F-qV（4 4）FVBVv1v2VB+洛伦兹力洛伦兹力F与与v、B三者间的方向关系三者间的方向关系BF+fF合作探究合作探究三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小: :IBFF Fv 例例例例 ：有一端长为：有一端长为：有一端长为：有一端长为L L的通电导
7、线，横截面积为的通电导线，横截面积为的通电导线，横截面积为的通电导线，横截面积为S S，单单单单位体积内的自由电荷数为位体积内的自由电荷数为位体积内的自由电荷数为位体积内的自由电荷数为 n n，每个自由电荷的电量，每个自由电荷的电量，每个自由电荷的电量，每个自由电荷的电量为为为为q q，定向移动的平均速率为，定向移动的平均速率为，定向移动的平均速率为，定向移动的平均速率为v v，把这段导线垂直地，把这段导线垂直地，把这段导线垂直地，把这段导线垂直地放入磁感应强度为放入磁感应强度为放入磁感应强度为放入磁感应强度为B B 的匀强磁场中，求：每个自由的匀强磁场中，求：每个自由的匀强磁场中，求：每个自
8、由的匀强磁场中，求：每个自由电荷受到的洛仑兹力电荷受到的洛仑兹力电荷受到的洛仑兹力电荷受到的洛仑兹力f f 的大小的大小的大小的大小 ? ? 求求求求: :导线中的电流导线中的电流导线中的电流导线中的电流: :所受到的安培力所受到的安培力所受到的安培力所受到的安培力: :I=nqsvF=BIL=BnqsvL运动电荷的总数运动电荷的总数运动电荷的总数运动电荷的总数: :N=nsL单个运动电荷所受到的作单个运动电荷所受到的作单个运动电荷所受到的作单个运动电荷所受到的作用力用力用力用力: : f f=F/N=F/nsL =F/N=F/nsL 即即: .洛伦兹力洛伦兹力:f =qvB 洛伦兹力的大小洛
9、伦兹力的大小洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小 1公式公式:2 2适用条件适用条件适用条件适用条件: : 当当当当 v vB B 时时时时 fF= qvB fF= qvB 当当当当 v vB B 时时时时 f = 0f = 0 （电荷不受洛仑兹力作用）（电荷不受洛仑兹力作用）（电荷不受洛仑兹力作用）（电荷不受洛仑兹力作用） 3. 3.单位：单位：单位：单位： F F（N N） q q（c c） v v（m/sm/s） B B（T T）Fv0B BBVVBV VV. . .洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力: : F F洛洛洛洛=qvB=qvBV2V1当当V与与B成一角度成一角度时 F洛洛=qVBsin
10、 .自主测评自主测评2 当一带正电当一带正电q的粒子以的粒子以速度速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则若不计重力，则 :( ) A A带电粒子速度大小改变；带电粒子速度大小改变；带电粒子速度大小改变；带电粒子速度大小改变； B B带电粒子速度方向改变；带电粒子速度方向改变；带电粒子速度方向改变；带电粒子速度方向改变；C C带电粒子速度大小不变；带电粒子速度大小不变；带电粒子速度大小不变；带电粒子速度大小不变；D D带电粒子速度方向不变。带电粒子速度方向不变。带电粒子速度方向不变。带电粒子速度方向不变。C C、D D带电粒子做：带电粒子做：匀速直线
11、运动匀速直线运动U UV V 思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论 （1 1）洛伦兹力方向与带电粒子的运动方向）洛伦兹力方向与带电粒子的运动方向）洛伦兹力方向与带电粒子的运动方向）洛伦兹力方向与带电粒子的运动方向有什么关系？有什么关系？有什么关系？有什么关系？ 洛伦兹力方向与带电粒洛伦兹力方向与带电粒洛伦兹力方向与带电粒洛伦兹力方向与带电粒子运动方向子运动方向子运动方向子运动方向垂直垂直垂直垂直 （2 2）洛伦兹力带电粒子运动的速度有什么）洛伦兹力带电粒子运动的速度有什么）洛伦兹力带电粒子运动的速度有什么）洛伦兹力带电粒子运动的速度有什么影响？影响？影响？影响？ 只只只只改变改变改变改变粒
12、子速度的粒子速度的粒子速度的粒子速度的方向方向方向方向，不改变不改变不改变不改变粒子速度的粒子速度的粒子速度的粒子速度的大大大大小小小小 （3 3）洛伦兹力对带电粒子做的功是多少？）洛伦兹力对带电粒子做的功是多少？）洛伦兹力对带电粒子做的功是多少？）洛伦兹力对带电粒子做的功是多少？ 由于洛伦兹力方向始终与带电粒子运动方向由于洛伦兹力方向始终与带电粒子运动方向由于洛伦兹力方向始终与带电粒子运动方向由于洛伦兹力方向始终与带电粒子运动方向垂直，垂直，垂直，垂直， 所以所以所以所以洛伦兹力对运动电荷不做功洛伦兹力对运动电荷不做功洛伦兹力对运动电荷不做功洛伦兹力对运动电荷不做功F v F B .自主测评
13、自主测评3电子以速率电子以速率V0垂直进入磁垂直进入磁感应强度为感应强度为B的匀强磁场中，则（的匀强磁场中，则（ ） A、磁场对电子的作用力始终不做功、磁场对电子的作用力始终不做功 B、磁场对电子的作用力始终不变、磁场对电子的作用力始终不变 C、电子的动能始终不变、电子的动能始终不变 D、电子的动量始终不变、电子的动量始终不变AC思考题思考题思考题思考题1 1、如图所示，竖直放置的、如图所示，竖直放置的、如图所示，竖直放置的、如图所示，竖直放置的光滑绝缘光滑绝缘光滑绝缘光滑绝缘的半圆形的半圆形的半圆形的半圆形 的的的的轨道，轨道半径为轨道，轨道半径为轨道，轨道半径为轨道，轨道半径为R R，处于
14、，处于，处于，处于垂直于纸面向外垂直于纸面向外垂直于纸面向外垂直于纸面向外的匀的匀的匀的匀强磁场中，磁感应强度为强磁场中，磁感应强度为强磁场中，磁感应强度为强磁场中，磁感应强度为B B。一质量为。一质量为。一质量为。一质量为m m 带电量带电量带电量带电量为为为为q q 的小球由静止自的小球由静止自的小球由静止自的小球由静止自A A端滑下，端滑下，端滑下，端滑下， 问它能否滑到问它能否滑到问它能否滑到问它能否滑到与与与与A A等高的等高的等高的等高的C C点？若能滑到速度大小为多少？点？若能滑到速度大小为多少？点？若能滑到速度大小为多少？点？若能滑到速度大小为多少？A AC C答答:能，能，V
15、C=0. .洛伦兹力不做洛伦兹力不做洛伦兹力不做洛伦兹力不做功，不会改变电功，不会改变电功，不会改变电功，不会改变电荷速度大小。荷速度大小。荷速度大小。荷速度大小。VFGFNB解析：解析：解析：解析：带电小球不动，而磁场运动，也可以看作是带电小带电小球不动，而磁场运动，也可以看作是带电小带电小球不动，而磁场运动，也可以看作是带电小带电小球不动，而磁场运动，也可以看作是带电小球相对于磁场沿相反方向运动，故磁场相对于小球运动时，球相对于磁场沿相反方向运动，故磁场相对于小球运动时，球相对于磁场沿相反方向运动，故磁场相对于小球运动时，球相对于磁场沿相反方向运动，故磁场相对于小球运动时，小球同样会受到洛
16、伦兹力的作用。现要使小球从水平面飘小球同样会受到洛伦兹力的作用。现要使小球从水平面飘小球同样会受到洛伦兹力的作用。现要使小球从水平面飘小球同样会受到洛伦兹力的作用。现要使小球从水平面飘起应使小球受到竖直向上的洛伦兹力的作用，其临界条件起应使小球受到竖直向上的洛伦兹力的作用，其临界条件起应使小球受到竖直向上的洛伦兹力的作用，其临界条件起应使小球受到竖直向上的洛伦兹力的作用，其临界条件是洛伦兹力恰好等于重力的大小，即是洛伦兹力恰好等于重力的大小，即是洛伦兹力恰好等于重力的大小，即是洛伦兹力恰好等于重力的大小，即qvB=mgqvB=mg，所以磁场，所以磁场，所以磁场，所以磁场运动的最小速度为运动的最
17、小速度为运动的最小速度为运动的最小速度为mg/qBmg/qB，由左手定则可知，若磁场不动，由左手定则可知，若磁场不动，由左手定则可知，若磁场不动，由左手定则可知，若磁场不动，小球应向右运动，则当小球不动时，磁场运动方向应为水小球应向右运动，则当小球不动时，磁场运动方向应为水小球应向右运动，则当小球不动时，磁场运动方向应为水小球应向右运动，则当小球不动时，磁场运动方向应为水平向左。平向左。平向左。平向左。.自主测评自主测评:【题题题题4 4】如图所示，一个质量为如图所示，一个质量为如图所示，一个质量为如图所示，一个质量为mm，电荷量为，电荷量为，电荷量为，电荷量为q q的的的的带正电的小带球停在
18、绝缘水平上，并处在磁感应带正电的小带球停在绝缘水平上，并处在磁感应带正电的小带球停在绝缘水平上，并处在磁感应带正电的小带球停在绝缘水平上，并处在磁感应强度为强度为强度为强度为B B，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，若，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，若，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，若，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，若要使小球飘离水平面，则此匀强磁场的最小移动要使小球飘离水平面，则此匀强磁场的最小移动要使小球飘离水平面，则此匀强磁场的最小移动要使小球飘离水平面，则此匀强磁场的最小移动速度为（速度为（速度为（速度为（ ）A.mg/qB,A.mg/qB,水平向右水平向右水平向右水平向右 B.mg/qB
19、 ,B.mg/qB ,水平向左水平向左水平向左水平向左C.mg/qB ,C.mg/qB ,垂直纸面向外垂直纸面向外垂直纸面向外垂直纸面向外 D.mg/qB ,D.mg/qB ,垂直纸面向内垂直纸面向内垂直纸面向内垂直纸面向内B B.能力能力思维思维方法方法:2 2、如图所示，质量为如图所示，质量为m、带电量为、带电量为q的小球，的小球， 在在倾角为倾角为的的光滑斜面光滑斜面上由静止下滑，上由静止下滑， 匀强磁场的匀强磁场的感应强度为感应强度为B，方向垂直纸面向外，若，方向垂直纸面向外，若 带电小球带电小球下滑后某时刻下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为对斜面的作用力恰好为0，问：小球，问：小球所带
20、电荷的性质如何所带电荷的性质如何?此时小球的下滑速度和下滑此时小球的下滑速度和下滑位移各是多大位移各是多大?【解析解析】小球为何会对斜小球为何会对斜面的压力为面的压力为0， 受力分析受力分析可得小球所受洛伦兹力垂可得小球所受洛伦兹力垂直斜面向上，直斜面向上，G GFNf. .由小球沿斜面向下运由小球沿斜面向下运动可知小球带正电动可知小球带正电.压力为压力为压力为压力为0 0时有：时有：时有：时有：mgcos mgcos =Bqv =Bqv可得可得可得可得v=mgcos v=mgcos /Bq /Bq-小小小小球球球球沿斜面向下的沿斜面向下的沿斜面向下的沿斜面向下的加速度为加速度为加速度为加速度为:a=:a=gsin gsin 且为匀加且为匀加且为匀加且为匀加速，可由速，可由速，可由速，可由v v=2as=2as得：得：得：得： s=ms=m2 2gcosgcos2 2 /(2B /(2B2 2q q2 2sin sin ) ) . .
