2013-2014学年高三物理复习课件：运动电荷在磁场中受到的力.ppt

5 运动电荷在磁场中受到的力,1.知道什么是洛伦兹力，利用左手定则判断洛伦兹力的方向.2.知道洛伦兹力公式的推理过程.3.掌握垂直进入磁场的带电粒子所受到洛伦兹力大小的计算.4.了解v和B垂直时的洛伦兹力大小及方向的判断方法、理解洛伦兹力对电荷不做功.5.了解电视显像管的工作原理.,1.判断安培力的方向：,2.安培力大小的一般计算方法：,复习,F安BILsin（为B与L的夹角）,推理与猜想：,磁场对运动电荷会有作用力吗？,洛伦兹力（阴极射线在磁场中的偏转）,磁场对运动电荷的作用,洛伦兹（18531928）,洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆.洛伦兹创立了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，1902年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理学奖.为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从1945年起，把他的生日定为“洛伦兹节”.,安培力是磁场对电流的作用力.,电流是电荷的定向移动形成的.,洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力.,磁场对电流的作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力.,洛伦兹力的方向可以用左手定则判定,实验验证：,理论推导:,猜想：,猜想正确.,一、探究洛伦兹力的方向：,1.判断洛伦兹力的方向的方法：左手定则,伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么大拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向.,若四指指向负电荷运动的反方向，那么大拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向.,B,B,2.洛伦兹力F与v、B三者之间的方向关系,总结：洛伦兹力的方向：,1.左手定则,2.注意:（1）四指指向电流的方向，即正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向.,（2）F既与B垂直又与v垂直，即垂直于B和v所决定的平面，但B与v不一定垂直.,试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的情况如何.,二、洛伦兹力的大小,类比 我们知道：当电流方向跟磁场方向平行时安培力等于0.,B,1.当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力最小F=0.,想一想：如果带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重力）,初速度v0跟磁感强度B的方向平行,粒子将做什么运动？,以初速度v0做匀速直线运动,2.当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力F最大.,实验表明：磁场越强（磁感应强度越大），电荷量越大，运动速度越快，电荷受到的洛伦兹力越大.,可见:当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力的大小跟三个因素相关：磁感应强度B 电荷量q 电荷运动速度为 v,总结：洛伦兹力：F=qvB(v垂直B）,V,【想一想】若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢？,B,B,v,F,V1,V2,三、探究洛伦兹力的表达式,设有一段长为L，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率为v.这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求（1）电流强度I.（2）通电导线所受的安培力.（3）这段导线内的自由电荷数.（4）每个电荷所受的洛伦兹力.,洛伦兹力推导,解：(1)通电导线中的电流(2)通电导线所受的安培力(3)这段导线内的自由电荷数(4)每个电荷所受的洛伦兹力,单位：F(N)，q(C)，v(m/s),B(T),I,v,v,v,v,(适用条件：速度方向与磁场方向垂直),1.安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观表现.,2.大小关系：F安NF洛（N是导体中的运动电荷数）,3.方向关系：F安与F洛方向相同,4.F安与F洛的本质都是磁场对运动电荷的作用力,四、洛伦兹力与安培力的关系,洛伦兹力与安培力,五、洛伦兹力和电场力的区别,2.大小：F电Eq,F洛=Bqvsin(为B与V的夹角).,1.电荷在电场中一定受到电场力的作用，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，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用.,3.电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向；而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向.,4.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.,主要构造:,电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等,六、电视显像管的工作原理,2.要使电子打在A点,偏转磁场应该沿什么方向?,垂直纸面向外,【思考与讨论】,1.要使电子打在O点,偏转磁场应该沿什么方向?,不加偏转磁场,3.要使电子打在B点,偏转磁场应该沿什么方向?,垂直纸面向里,4.要使电子从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该怎样变化？,先垂直纸面向外并逐渐减小,后垂直纸面向里并逐渐增大.,应用了电子束磁偏转的原理,显像管工作示意图,磁流体发电机,磁流体发电机,磁流体发电机,粒子选择器,速度选择器,极光,1.试判断下列图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向.带电粒子的电性或带电粒子的运动方向.,v,粒子垂直于纸面向里运动,所受洛伦兹力垂直于纸面向外,2.当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则（）A带电粒子速度大小改变B带电粒子速度方向改变C带电粒子速度大小不变D带电粒子速度方向不变,CD,BD,3.电子以初速度v垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,则()A.磁场对电子的作用力始终不变B.磁场对电子的作用力始终不做功C.电子的速度始终不变D.电子的动能始终不变,4.电荷量为q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的是()A只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B如果把q改为-q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小方向不变C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D粒子的速度一定变化,B,5.如图所示，一个带正电q的带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场B中，带电体的质量为m.为了使带电体对水平的绝缘面恰好没有正压力，则应该（）A.将磁感应强度B的值增大B.将磁场以速率v=mgqB向上运动C.将磁场以速率v=mgqB向右运动D.将磁场以速率v=mgqB向左运动,C,6.来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将()A竖直向下沿直线射向地面B相对于预定点稍向东偏转C相对于预定点稍向西偏转D相对于预定点稍向北偏转,B,【解析】由题意知v垂直B,由洛伦兹力公式得：F洛=qvB=1.6010-1931060.10N=4.810-14 N,7.电子的速率v=3106 m/s，垂直射入B=0.10 T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？,1.定义：,磁场对运动电荷的作用力，叫做洛伦兹力.,2.方向：,由左手定则判断,（1）洛伦兹力F一定和B、v决定的平面垂直.,（2）洛伦兹力只改变速度的方向而不改变其大小.,（3）洛伦兹力永远不做功.,3.洛伦兹力的大小：,（1）当v平行于B时：,（2）当v垂直于B时：,F=qvB,F=0,4.电视机显像管的工作原理,为B与v之间夹角,