物理磁场对运动电荷的作用力课件新人教版选修31市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

3.5 3.5 磁场对运动电荷作用力磁场对运动电荷作用力物理新人教版选修物理新人教版选修3-13-1ks5u精品课件第1页【思索思索】电视机显像管电视机显像管中电子只是细细一中电子只是细细一束，为何能使整个屏束，为何能使整个屏幕发光？幕发光？【思索思索】从宇宙深处射来带电粒子为何只在地球从宇宙深处射来带电粒子为何只在地球两极引发极光？两极引发极光？ks5u精品课件第2页ks5u精品课件第3页1 1、判断安培力方向：、判断安培力方向：II2 2、安培力大小普通计算方法：安培力大小普通计算方法：FF一、复习一、复习ks5u精品课件第4页思索：思索：1 1、磁场对电流有力作用，、磁场对电流有力作用，2 2、电流是由电荷定向形成，、电流是由电荷定向形成，由此我由此我们是否能够构想这个力其实是作用在们是否能够构想这个力其实是作用在电荷上？电荷上？ks5u精品课件第5页运动电荷在磁场中会受到作用力吗？运动电荷在磁场中会受到作用力吗？I推理与猜测推理与猜测ks5u精品课件第6页洛伦兹（洛伦兹（1853192818531928）洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆。洛伦兹创建了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，19与其学生塞曼共同取得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹卓著功勋，荷兰政府决定从1945年起，把他生日定为“洛伦兹节”。ks5u精品课件第7页演示：阴极射线在磁场中偏转演示：阴极射线在磁场中偏转1 1、没有磁场时，接通高压电源能够观察到什么现象。、没有磁场时，接通高压电源能够观察到什么现象。2 2、光束实质上是什么？、光束实质上是什么？3 3、若在电子束路径上加磁场，能够观察到什么现象？、若在电子束路径上加磁场，能够观察到什么现象？4 4、改变磁场方向，经过观查从而判断运动电子在各个方向磁、改变磁场方向，经过观查从而判断运动电子在各个方向磁场中受力方向。场中受力方向。ks5u精品课件第8页【试验现象试验现象】在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将磁铁靠近阴极射线管，发觉电子束运动轨磁铁靠近阴极射线管，发觉电子束运动轨迹发生了弯曲。迹发生了弯曲。【试验结论试验结论】磁场对运动电荷有力作用。磁场对运动电荷有力作用。磁场对运动电荷作用力叫做磁场对运动电荷作用力叫做洛伦兹力洛伦兹力ks5u精品课件第9页二、探究洛伦兹力方向：二、探究洛伦兹力方向：安培力是磁场对电流作用力安培力是磁场对电流作用力电流是电荷定向移动形成电流是电荷定向移动形成 洛伦兹力是磁场对运动电荷作用力洛伦兹力是磁场对运动电荷作用力 磁场对电流作用力实质是磁场对运动电荷作磁场对电流作用力实质是磁场对运动电荷作用力用力洛伦兹力方向能够用洛伦兹力方向能够用 左手定则判定左手定则判定 试验验证：试验验证：理论推导理论推导:猜测：猜测：猜测正确猜测正确ks5u精品课件第10页洛伦兹力方向洛伦兹力方向洛伦兹力方向洛伦兹力方向-左手定则左手定则左手定则左手定则vv1 1 1 1、伸开左手，使大拇指和其余四、伸开左手，使大拇指和其余四、伸开左手，使大拇指和其余四、伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放指垂直且处于同一平面内，把手放指垂直且处于同一平面内，把手放指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，若四指指向若四指指向若四指指向若四指指向正电荷正电荷正电荷正电荷运动方向，那运动方向，那运动方向，那运动方向，那么拇指所指方向就使正电荷所受么拇指所指方向就使正电荷所受么拇指所指方向就使正电荷所受么拇指所指方向就使正电荷所受洛伦兹力方向。洛伦兹力方向。洛伦兹力方向。洛伦兹力方向。2 2 2 2、若四指指向、若四指指向、若四指指向、若四指指向负电荷负电荷负电荷负电荷运动运动运动运动反方反方反方反方向向向向，那么拇指所指方向就是负电，那么拇指所指方向就是负电，那么拇指所指方向就是负电，那么拇指所指方向就是负电荷所受洛伦兹力方向。荷所受洛伦兹力方向。荷所受洛伦兹力方向。荷所受洛伦兹力方向。ffks5u精品课件第11页vvBvff垂直纸面向外垂直纸面向外 试判断下列图中带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力方试判断下列图中带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力方向向 1 1、可见：以相同速度进入同一磁场正负电荷受到洛伦兹、可见：以相同速度进入同一磁场正负电荷受到洛伦兹力方向相反。力方向相反。2 2、安培力方向由左手定则判断。我们知道安培力方向既垂、安培力方向由左手定则判断。我们知道安培力方向既垂直于磁场方向，又垂直于电流方向，一样也用左手定则判直于磁场方向，又垂直于电流方向，一样也用左手定则判断洛伦兹力断洛伦兹力f f方向也既垂直于磁场方向也既垂直于磁场B B方向又垂直于电荷运动方向又垂直于电荷运动速度速度v v方向方向练一练：练一练：ks5u精品课件第12页练一练：练一练：试判断各图中带电粒子受洛伦兹力方向，或带电粒子试判断各图中带电粒子受洛伦兹力方向，或带电粒子电性、或带点粒子运动方向。电性、或带点粒子运动方向。vffvv洛伦兹力方向垂直纸面向里洛伦兹力方向垂直纸面向外vks5u精品课件第13页试判断下列图中带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力情试判断下列图中带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力情试判断下列图中带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力情试判断下列图中带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力情况怎样？况怎样？况怎样？况怎样？v01 1 1 1、当带电粒子运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹、当带电粒子运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹、当带电粒子运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹、当带电粒子运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力最小力最小力最小力最小-f=0-f=0-f=0-f=0。想一想：想一想：想一想：想一想：假如带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重力）假如带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重力）假如带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重力）假如带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重力）,初速初速初速初速度度度度v v v vo o o o跟磁感强度跟磁感强度跟磁感强度跟磁感强度B B B B方向平行方向平行方向平行方向平行,粒子将做什么运动？粒子将做什么运动？粒子将做什么运动？粒子将做什么运动？以初速度以初速度v v0 0做匀速直线运动做匀速直线运动三、洛伦兹力大小三、洛伦兹力大小三、洛伦兹力大小三、洛伦兹力大小类比：类比：我们知我们知我们知我们知道：当电流方道：当电流方道：当电流方道：当电流方向跟磁场方向向跟磁场方向向跟磁场方向向跟磁场方向平行时安培力平行时安培力平行时安培力平行时安培力等于等于等于等于00。ks5u精品课件第14页2 2、当带电粒子运动方向与磁场方向、当带电粒子运动方向与磁场方向、当带电粒子运动方向与磁场方向、当带电粒子运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力垂直时，洛伦兹力垂直时，洛伦兹力垂直时，洛伦兹力f f最大；最大；最大；最大；vqB试验表明：磁场越强（磁感强度越大）试验表明：磁场越强（磁感强度越大）试验表明：磁场越强（磁感强度越大）试验表明：磁场越强（磁感强度越大）、电荷量越大、运动速度越快，电荷、电荷量越大、运动速度越快，电荷、电荷量越大、运动速度越快，电荷、电荷量越大、运动速度越快，电荷受到洛伦兹力越大；受到洛伦兹力越大；受到洛伦兹力越大；受到洛伦兹力越大；三、洛伦兹力大小三、洛伦兹力大小三、洛伦兹力大小三、洛伦兹力大小可见可见可见可见:当电荷运动方向跟磁场方向当电荷运动方向跟磁场方向当电荷运动方向跟磁场方向当电荷运动方向跟磁场方向垂直垂直垂直垂直时洛伦兹力大小跟三时洛伦兹力大小跟三时洛伦兹力大小跟三时洛伦兹力大小跟三个原因相关：个原因相关：个原因相关：个原因相关：磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度BB电荷量电荷量电荷量电荷量qq电荷运动快慢电荷运动快慢电荷运动快慢电荷运动快慢 v vks5u精品课件第15页四、探究洛伦兹力表示式：四、探究洛伦兹力表示式：设有一段长为设有一段长为L L，横截面积为，横截面积为S S直导线，单位体积内自直导线，单位体积内自由电荷数为由电荷数为n n，每个自由电荷电荷量为，每个自由电荷电荷量为q q，自由电荷定向移，自由电荷定向移动速率为动速率为v v。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为为B B匀强磁场中，求匀强磁场中，求（1 1）电流强度）电流强度I I。（2 2）通电导线所受安培力通电导线所受安培力。（3 3）这段导线内自由电荷数。）这段导线内自由电荷数。（4 4）每个电荷所受洛伦兹力。）每个电荷所受洛伦兹力。ks5u精品课件第16页假如通电导线不和磁场方向垂直，怎么办？假如通电导线不和磁场方向垂直，怎么办？(适用条件：速度方向与磁场方向垂直适用条件：速度方向与磁场方向垂直)速度速度v v与磁场与磁场B B方向夹角为方向夹角为时时I=nqsvF F安安ILBILB（nqsvnqsv）LBLB总电荷数：总电荷数：nsLnsLF F洛洛VBVBks5u精品课件第17页V 问题若此电子不垂直射入磁场，问题若此电子不垂直射入磁场，电子受到洛伦兹力又怎样呢电子受到洛伦兹力又怎样呢？洛伦兹力：洛伦兹力：F=qVB F=qVB (V(V垂直垂直B B）B1B2ks5u精品课件第18页1.1.安培力是洛伦兹力集体表现安培力是洛伦兹力集体表现，洛伦兹力是安培，洛伦兹力是安培力微观表现。力微观表现。2.2.大小关系：大小关系：F F安安NFNF洛洛（N N是导体中运动电荷数）是导体中运动电荷数）3.3.方向关系：方向关系：F F安安与与F F洛洛方向相同方向相同4.F4.F安安与与F F洛洛本质都是磁场对运动电荷作用力本质都是磁场对运动电荷作用力洛伦兹力与安培力关系：洛伦兹力与安培力关系：ks5u精品课件第19页洛伦兹力和电场力区分：洛伦兹力和电场力区分：1.1.电荷在电场中一定受到电场力作用，与其运动状态无关；电荷在电场中一定受到电场力作用，与其运动状态无关；而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用，只有相对于磁场而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行电荷才受磁场力作用。运动且运动方向与磁场方向不平行电荷才受磁场力作用。2.2.大小：大小：F F电电Eq,FEq,F洛洛=Bqvsin=Bqvsin。3.3.电荷所受电场力方向总是平行于电场线切线方向；而电电荷所受电场力方向总是平行于电场线切线方向；而电荷所受磁场力方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动荷所受磁场力方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向。方向。4.4.电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运动除外）电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运动除外）；而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功。；而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功。ks5u精品课件第20页1 1、当一带正电、当一带正电q q粒子以速度粒子以速度v v沿螺线管中轴线进入该通电沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则螺线管，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；B B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；D D带电粒子速度方向不变。带电粒子速度方向不变。CD练一练：练一练：ks5u精品课件第21页 2、摆长为摆长为L L单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线一直绷紧，若摆球带正电，电量为一直绷紧，若摆球带正电，电量为q q，质量为，质量为m m，磁感应强度为磁感应强度为B B，当小球从最高处摆到最低处，摆，当小球从最高处摆到最低处，摆线上拉力线上拉力T T多大？多大？解析：解析：摆球在运动中洛伦兹力不做功，由动能摆球在运动中洛伦兹力不做功，由动能定理得：定理得：ks5u精品课件第22页 摆球在最低点时速度方向不一样，洛伦兹力方摆球在最低点时速度方向不一样，洛伦兹力方向不一样，绳受到拉力大小不一样向不一样，绳受到拉力大小不一样 1.当摆球向右摆时，当摆球向右摆时，2。当摆球向左摆时，。当摆球向左摆时，ks5u精品课件第23页例题：质量质量m=0.110m=0.110-3-3kgkg小物块，带有电量为小物块，带有电量为 q=510q=510-4-4C C正电荷，放在斜面上，斜面倾角正电荷，放在斜面上，斜面倾角=30=30，物块与斜面间，物块与斜面间动摩擦因数动摩擦因数=0.4=0.4。设整个斜面放在匀强磁场中，。设整个斜面放在匀强磁场中，B=0.5TB=0.5T，方向如图，若斜面足够长，问：，方向如图，若斜面足够长，问：（1 1）物块下滑时，能到达最大速率为多少？）物块下滑时，能到达最大速率为多少？（2 2）假如将磁场反向，其它条件不变，物块下滑时将发）假如将磁场反向，其它条件不变，物块下滑时将发生什么情况？生什么情况？ks5u精品课件第24页五 电视显像管工作原理主要结构:电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等ks5u精品课件第25页【思索与思索与讨论】1 1若要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上若要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上点，偏转磁场应该沿什么方向？点，偏转磁场应该沿什么方向？五 电视显像管工作原理2 2若要使电子束打在点，磁场应该沿什么方向？若要使电子束打在点，磁场应该沿什么方向？3 3若要使电子束打在荧光屏上位置由逐步向点移若要使电子束打在荧光屏上位置由逐步向点移动，偏转磁场应该怎样改变？动，偏转磁场应该怎样改变？ks5u精品课件第26页原理：原理：应用电子束磁偏转道理应用电子束磁偏转道理五、电视显像管工作原理ks5u精品课件第27页例题：某带电粒子电量为例题：某带电粒子电量为q=10q=10-14-14C,C,以速率以速率v=10v=106 6m/sm/s射入射入B=10B=10-2-2T T匀强磁场中，求它受到洛伦兹力匀强磁场中，求它受到洛伦兹力F F多大多大？V+BV V ks5u精品课件第28页