高中物理运动电荷在磁场中受到的力新人教版选修省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

5 5 运动电荷在磁场中受到力运动电荷在磁场中受到力第1页1.1.知道什么是洛伦兹力，利用左手定则判知道什么是洛伦兹力，利用左手定则判断洛伦兹力方向断洛伦兹力方向.2.2.知道洛伦兹力公式推理过程知道洛伦兹力公式推理过程.3.3.掌握垂直进入磁场带电粒子所受到洛伦兹力大小计算掌握垂直进入磁场带电粒子所受到洛伦兹力大小计算.4 4.了解了解v v和和B B垂直时洛伦兹力大小及方向判断方法、了解洛垂直时洛伦兹力大小及方向判断方法、了解洛伦兹力对电荷不做功伦兹力对电荷不做功.5 5.了解电视显像管工作原理了解电视显像管工作原理.第2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复习复习F F安安BILsinBILsin（为为B B与与L L夹角）夹角）第3页I推理与猜测：推理与猜测：磁场对运动电荷会有作用力吗？磁场对运动电荷会有作用力吗？第4页洛伦兹力（阴极射线在磁场中偏转）洛伦兹力（阴极射线在磁场中偏转）第5页磁场对运动电荷作用磁场对运动电荷作用第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”.第7页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用力磁场对电流作用力实质是磁场对运动电荷作用力.洛伦兹力方向能够用左手定则判定洛伦兹力方向能够用左手定则判定 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.一、探究洛伦兹力方向：一、探究洛伦兹力方向：第8页1.1.判断洛伦兹力方向方法：左手定则判断洛伦兹力方向方法：左手定则伸开左手，使大拇指和其余伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，若四指指向正电直穿过手心，若四指指向正电荷运动方向，那么大拇指所指荷运动方向，那么大拇指所指方向就是正电荷所受洛伦兹力方向就是正电荷所受洛伦兹力方向方向.vF第9页vF若四指指向负电荷运动若四指指向负电荷运动反方反方向向，那么大拇指所指方向就是，那么大拇指所指方向就是负电荷所受洛伦兹力方向负电荷所受洛伦兹力方向.第10页第11页V VB BV Vv1v2V VB BB BF F+F FF F2.2.洛伦兹力洛伦兹力F F与与v v、B B三者之间方向关系三者之间方向关系+第12页总结：洛伦兹力方向：总结：洛伦兹力方向：1.1.左手定则左手定则2.2.注意注意:（1 1）四指）四指指向电流方向，即正电荷运动方向或负电荷指向电流方向，即正电荷运动方向或负电荷运动反方向运动反方向.（2 2）F F既与既与B B垂直又与垂直又与v v垂直，即垂直于垂直，即垂直于B B和和v v所决定平所决定平面，但面，但B B与与v v不一定垂直不一定垂直.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情况怎样.v0二、洛伦兹力大小二、洛伦兹力大小类比类比 我们知道：当电我们知道：当电流方向跟磁场方向平行流方向跟磁场方向平行时安培力等于时安培力等于0.0.B B第14页1.1.当带电粒子运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力最当带电粒子运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力最小小F=0.F=0.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）,初速度初速度v v0 0跟磁感强度跟磁感强度B B方向平行方向平行,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第15页2.2.当带电粒子运动方向与磁场方向垂直当带电粒子运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力时，洛伦兹力F F最大最大.vqB试验表明：磁场越强（磁感应强度越大），试验表明：磁场越强（磁感应强度越大），电荷量越大，运动速度越快，电荷受到洛伦电荷量越大，运动速度越快，电荷受到洛伦兹力越大兹力越大.第16页可见可见:当电荷运动方向跟磁场方向当电荷运动方向跟磁场方向垂直垂直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：磁感应强度磁感应强度B B 电荷量电荷量q q 电荷运动速度为电荷运动速度为 v v总结：总结：洛伦兹力：洛伦兹力：F=qvB F=qvB (v(v垂直垂直B B）第17页V【想一想】【想一想】若此电子不垂直射入磁场，电子受到洛伦兹若此电子不垂直射入磁场，电子受到洛伦兹力又怎样呢力又怎样呢？B1B2B第18页 V1V2第19页三、探究洛伦兹力表示式三、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，单位体积内自由电荷直导线，单位体积内自由电荷数为数为n n，每个自由电荷电荷量为，每个自由电荷电荷量为q q，自由电荷定向移动速率为，自由电荷定向移动速率为v.v.这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B B匀强磁场匀强磁场中，求中，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.第20页洛伦兹力推导洛伦兹力推导第21页 F解：解：(1)(1)通电导线中电流通电导线中电流(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单位：单位：F(N)F(N)，q(C)q(C)，v(m/s),B(T)v(m/s),B(T)Ivvvv(适用条件：速度方适用条件：速度方向与磁场方向垂直向与磁场方向垂直)第22页1.1.安培力是洛伦兹力宏观表现，洛伦兹力是安培力微观安培力是洛伦兹力宏观表现，洛伦兹力是安培力微观表现表现.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四、洛伦兹力与安培力关系四、洛伦兹力与安培力关系第23页洛伦兹力与安培力洛伦兹力与安培力第24页五、洛伦兹力和电场力区分五、洛伦兹力和电场力区分2.2.大小：大小：F F电电Eq,FEq,F洛洛=Bqvsin(=Bqvsin(为为B B与与V V夹角夹角).).1.1.电荷在电场中一定受到电场力作用，与其运动状态无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，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行电荷才受磁场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力作用.第25页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.第26页主要结构主要结构:电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等六六、电视显像管工作原理、电视显像管工作原理第27页2.2.要使电子打在要使电子打在A A点点,偏转磁场应偏转磁场应该沿什么方向该沿什么方向?垂直纸面向外垂直纸面向外【思索与讨论】【思索与讨论】1.1.要使电子打在要使电子打在O O点点,偏转磁场应偏转磁场应该沿什么方向该沿什么方向?不加偏转磁场不加偏转磁场第28页3.3.要使电子打在要使电子打在B B点点,偏转磁场应该沿什么方向偏转磁场应该沿什么方向?垂直纸面向里垂直纸面向里4.4.要使电子从要使电子从A A点向点向B B点逐步移动点逐步移动,偏转磁场应该偏转磁场应该怎样改变？怎样改变？先垂直纸面向外并逐步减小先垂直纸面向外并逐步减小,后垂直纸面向里并逐步后垂直纸面向里并逐步增大增大.第29页 应用了电子束磁偏转原理应用了电子束磁偏转原理第30页显像管工作示意图显像管工作示意图第31页磁流体发电机磁流体发电机第32页磁流体发电机磁流体发电机第33页磁流体发电机磁流体发电机第34页粒子选择器粒子选择器第35页速度选择器速度选择器第36页极光极光第37页1.1.试判断以下图中各带电粒子所受洛伦兹力方向试判断以下图中各带电粒子所受洛伦兹力方向.带电粒子带电粒子电性或带电粒子运动方向电性或带电粒子运动方向.vFFvvF粒子垂直于纸粒子垂直于纸面向里运动面向里运动所受洛伦兹力垂所受洛伦兹力垂直于纸面向外直于纸面向外v第38页2.2.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CDCD第39页BDBD3.3.电子以初速度电子以初速度v v垂直进入磁感应强度为垂直进入磁感应强度为B B匀强磁场匀强磁场中中,则则()()A.A.磁场对电子作用力一直不变磁场对电子作用力一直不变B.B.磁场对电子作用力一直不做功磁场对电子作用力一直不做功C.C.电子速度一直不变电子速度一直不变D.D.电子动能一直不变电子动能一直不变第40页4.4.电荷量为电荷量为q q粒子在匀强磁场中运动，以下说法正确粒子在匀强磁场中运动，以下说法正确是是()()A A只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B B假如把假如把q q改为改为-q-q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力大小方向不变力大小方向不变C C洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直定与电荷运动方向垂直D D粒子速度一定改变粒子速度一定改变B B第41页5.5.如图所表示，一个带正电如图所表示，一个带正电q q带电体处于垂直纸面向里带电体处于垂直纸面向里匀强磁场匀强磁场B B中，带电体质量为中，带电体质量为m.m.为了使带电体对水平为了使带电体对水平绝缘面恰好没有正压力，则应该（绝缘面恰好没有正压力，则应该（）A.A.将磁感应强度将磁感应强度B B值增大值增大B.B.将磁场以速率将磁场以速率v=mgv=mgqBqB向上运动向上运动C.C.将磁场以速率将磁场以速率v=mgv=mgqBqB向右运动向右运动D.D.将磁场以速率将磁场以速率v=mgv=mgqBqB向左运动向左运动C C第42页6.6.来自宇宙质子流，以与地球表面垂直方向射向来自宇宙质子流，以与地球表面垂直方向射向赤道上空某一点，则这些质子在进入地球周围空赤道上空某一点，则这些质子在进入地球周围空间时，将间时，将()()A A竖直向下沿直线射向地面竖直向下沿直线射向地面B B相对于预定点稍向东偏转相对于预定点稍向东偏转C C相对于预定点稍向西偏转相对于预定点稍向西偏转D D相对于预定点稍向北偏转相对于预定点稍向北偏转B Bv第43页【解析】【解析】由题意知由题意知v v垂直垂直B,B,由洛伦兹力公式得：由洛伦兹力公式得：F F洛洛=qvB=qvB =1.6010 =1.6010-19-193103106 60.10N0.10N =4.810 =4.810-14-14 N N7.7.电子速率电子速率v=310v=3106 6 m/s m/s，垂直射入，垂直射入B=0.10 TB=0.10 T匀强磁场匀强磁场中，它受到洛伦兹力是多大？中，它受到洛伦兹力是多大？第44页1.1.定义：定义：磁场对运动电荷作用力，叫做洛伦兹力磁场对运动电荷作用力，叫做洛伦兹力.2.2.方向：方向：由左手定则判断由左手定则判断（1 1）洛伦兹力）洛伦兹力F F一定和一定和B B、v v决定平面垂直决定平面垂直.（2 2）洛伦兹力只改变速度方向而不改变其大小）洛伦兹力只改变速度方向而不改变其大小.（3 3）洛伦兹力永远不做功）洛伦兹力永远不做功.第45页3.3.洛伦兹力大小洛伦兹力大小：（1 1）当）当v平行于平行于B B时：时：（2 2）当）当v垂直于垂直于B B时：时：F=qF=qvB BF F=0=04.4.电视机显像管工作原理电视机显像管工作原理为为B B与与v v之间夹角之间夹角第46页