高中物理 2.4磁场对运动电荷的作用课件 新人教版选修1-1

高中物理 2.4磁场对运动电荷的作用课件 新人教版选修1-1内容摘要：

1、四、磁场对运动电荷的作用 情景导入 课程目标 目前 , 我国几乎家家户户都有了电视机 , 如图所示为老式电视机的主要部件 显像管 , 为什么禁止将磁铁靠近正在播放节目的电视机呢 ? 提示 : 由于磁场对运动电荷有力的作用 , 所以磁铁的磁场会影响电子的运动轨迹 , 从而造成图像变形 , 影响播放效果。 1 . 知道什么是洛伦兹力 , 知道影响洛伦兹力方向的因素。 2 . 会用左手定则解答有关带电粒子在磁场中运动方向的问题。 3 . 了解电子束的磁偏转原理及其在技术中的应用。 一 二 三 一、洛伦兹力 1 . 概念 : 磁场对 运动电荷 的作用力称为洛伦兹力。 2 . 与安培力的关系 : 通电导 2、线受到的安培力 , 是导线中定向运动的电荷所受洛伦兹力的 宏观 表现。 思考 洛伦兹力与安培力是同种性质的力吗 ? 提示 :是同种性质的力 ( 安培力是洛伦兹力的宏观表现 ,洛伦兹力是安培力的微观形式 )。 一 二 三 二、洛伦兹力的方向 洛伦兹力的方向可以由 左手 定则来判断。 即伸开 左 手 , 使拇指与其余四指 垂直 , 并且都与手掌在同一个平面内 , 让磁感线从掌心进入 , 并使四指指向正电荷运动的方向 , 这时 拇指 所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。 思考 用左手定则判断正电荷和负电荷所受洛伦兹力方向时四指所指方向是否相同 ? 提示 :不同 ,四指所指的方向为正 3、电荷运动的方向或负电荷运动的反方向 ,也就是电流的方向。 一 二 三 三、电子束的磁偏转 1 . 概念 : 由于 洛伦兹 力的作用 , 电子束能在磁场中发生偏转 , 叫作磁偏转。 2 . 装置及现象 : 洛伦兹力演示仪是由一个球形电子射线管和一组 线圈组成的。 在演示仪中可以观察到 , 没有磁场时 , 电子束是 直进 的 ; 外加磁场后 ,电子束的径迹变成 圆形。 影响其半径的因素有 磁场 的强弱和电子的 速度。 3 . 应用 : 电视显像管应用了电子束 磁 偏转的原理。 探究 一 探究 二 探究一 洛伦兹力及其方向 问题导引 如图所示 , 在用阴极射线管研究磁场对运动电荷作用的实验中 , 当 4、阴极射线管不加磁场时 , 观察到电子束沿直线运动 ( 如图甲 ), 加上磁场后观察到电子束发生了偏转 ( 如图乙 ), 并且改变磁场方向 , 偏转方向也改变 , 这说明了什么 ? 提示 :加上磁场后电子束发生了偏转 ,说明磁场对运动电荷有作用力( 洛伦兹力 ); 磁场方向不同 ,偏转方向也不同 ,说明洛伦兹力的方向与磁场方向有关。 探究 一 探究 二 名师精讲 1 . 洛伦兹力的概念 磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力 , 是由荷兰物理学家洛伦兹首先提出的。 2 . 洛伦兹力的产生条件 电荷在磁场中运动且运动方向与磁场方向不在同一条直线上时 , 电荷才受洛伦兹力作用。 温馨提醒 如果电荷静止 , 5、或电荷运动方向与磁场方向一致( 或相反 ) 时 ,磁场对电荷无洛伦兹力作用。 探究 一 探究 二 3 . 洛伦兹力的大小 电荷在磁场中受洛伦兹力的大小与电荷量 q 、电荷运动速度 v 的大小、磁场的磁感应强度 B 的大小、速度 v 与磁感应强度 B 方向的夹角都有关。 当 v= 0 时 , 洛伦兹力 F 洛 = 0 , 即静止的电荷不受洛伦兹力。 当 v 0 , 且 v B 时 , 洛伦兹力 F 洛 = 0 , 即运动方向与磁场方向平行时 ,不受洛伦兹力。 当 v 0 , 且 v B 时 , 洛伦兹力 F 洛 = q 即运动方向与磁场方向垂直时 , 所受洛伦兹力最大。 探究 一 探究 二 4 6、. 洛伦兹力的方向 ( 1 ) 判断 安培力实际上是大量运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的宏观表现 , 所以洛伦兹力的方向也可由左手定则判定。 左手定则 : 伸开左手 , 使拇指跟其余四指垂直 , 且处于同一平面内 , 让磁感线穿入手心 , 四指指向正电荷运动的方向 ( 若是负电荷 , 则四指指向负电荷运动的反方向 ), 拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。 ( 2 ) 特点 洛伦兹力的方向与电荷的运动方向和磁场方向都垂直 , 即洛伦兹力F 洛 垂直于 B 和 v 决定的平面。 洛伦兹力只改变带电粒子的运动方向 , 不改变速度大小 , 对电荷不做功。 探究 一 探究 二 温馨提示 决定洛伦兹力方向的 7、因素有三个 :电荷的电性( 正、负 ), 速度方向 ,磁感应强度的方向。 当电荷电性一定时 ,其他两个因素中 ,如果只让一个因素相反 ,则洛伦兹力方向必定相反 ;如果同时让两个因素相反 ,则洛伦兹力方向将不变。 探究 一 探究 二 5 . 洛伦兹力与电场力的比较 洛伦兹力 电场力 性质 洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力 电场力是电场对电荷的作用力 产生 条件 磁场中静止电荷、沿磁场方向运动的电荷不受洛伦兹力 电场中的电荷无论静止 , 还是沿任何方向运动都要受到电场力 方向 (1 ) 方向由电荷的正负、磁场的方向以及电荷的运动方向决定 , 方向之间的关系遵循左手定则 (2 ) 洛伦兹力方向一定垂直 8、于磁场方向以及电荷运动方向 ( 电荷运动方向与磁场方向不一定垂直 ) (1 ) 方向由电荷的正负、电场的方向决定 (2 ) 正电荷的受力方向与电场方向一致 , 负电荷的受力方向与电场方向相反 探究 一 探究 二 洛伦兹力 电场力 大小 F = q v B(v B) F = q E 作用 效果 洛伦兹力只改变电荷运动速度的方向 ,不改变速度的大小 电场力既可以改变电荷运动速度的方向 , 又可以改变电荷运动速度的大小 做功 情况 洛伦兹力一定不做功 电场力可以不做功 , 也可以做功 探究 一 探究 二 【例题 1 】 如图所示是表示磁场磁感应强度 B 、负电荷运动方向 v 和磁场对电荷洛伦兹力 F 9、 的相互关系图 , 这四个图中不正确的是 ( B 、 v 、 F 两两垂直 )( ) 解析 :本题考查正确运用左手定则判断 B 、 v 、 F 三者之间的方向关系。 由左手定则可知选项 A 、 B 、 C 方向关系正确 , D 错误。 答案 : D 题后反思 用左手定则判断洛伦兹力方向时 ,四指一定指向电流方向 ,即带电粒子若带负电 ,则四指指向负电荷运动的反方向。 探究 一 探究 二 探究二 电子束的磁偏转及其应用 问题导引 如图所示是显像管原理示意图 , 试思考讨论下列问题 : 显像管原理示意图 ( 俯视图 ) ( 1 ) 要使电子打在 A 点 , 偏转磁场应该沿什么方向 ? ( 2 ) 要 10、使电子打在 B 点 , 偏转磁场应该沿什么方向 ? ( 3 ) 要使电子从 A 点向 B 点逐渐移动 , 偏转磁场应该怎样变化 ? 探究 一 探究 二 提示 : ( 1 ) 由左手定则判定知 ,要使电子打在 A 点 ,偏转磁场应该垂直纸面向外。 ( 2 ) 要使电子打在 B 点 ,偏转磁场应该垂直纸面向里。 ( 3 ) 要使电子从 A 点向 B 点逐渐移动 ,偏转磁场应该先垂直纸面向外并逐渐减小 ,然后垂直纸面向里并逐渐增大。 探究 一 探究 二 名师精讲 电子束的磁偏转 ( 1 ) 实验演示 : 如图所示是一种特殊的电子射线管 , 由电子枪发射出的电子射线可以使管内的气体发出辉光 , 显示出 11、电子的轨迹。 在不加磁场时 , 电子的轨迹是一条直线 , 在管外加上与电子束运动方向垂直的匀强磁场时 , 电子的轨迹就弯成了圆 , 这说明磁场对运动电子的作用力 洛伦兹力 , 使电子做圆周运动 , 且由 F 洛 = q , 该运动为匀速圆周运动 , 即洛伦兹力提供向心力。 ( 2 ) 理论分析 : 由 q 2知 R= , 即电子的速度和磁场的强弱是影响带电粒子做圆周运动半径的因素。 探究 一 探究 二 【例题 2 】 运动的电子束在垂直于运动方向的磁场中会受到 的作用。 显像管通过控制电子束打在荧光屏上的位置来构成画面。 为了让显示器有清晰的图像 , 显像管的设计、生产及使用都应注意防止 对成像的干 12、扰。 解析 :电子枪产生高能电子束 ,通电线圈提供磁场。 电子束穿过磁场时 ,受到洛伦兹力作用 ,径迹发生偏转 ,显像管通过通电线圈产生的磁场控制电子束打在荧光屏上的位置来构成画面。 由于电视机显像管应用了电子束的偏转原理 ,所以将磁铁靠近正在播放节目的电视机时磁铁的磁场会影响电子的运动使图像变形。 答案 : 洛伦兹力 外加磁场 题后反思 电视机显像管在工作时既利用了磁场 ,又害怕外来磁场的 干扰。 1 2 3 4 5 1 . 关于洛伦兹力方向的判定 , 以下说法正确的是 ( ) A. 用左手定则判定洛伦兹力的方向时 ,“ 四指指向 ” 与电荷定向运动的方向相同 B. 用左手定则判定洛伦兹力的方向 13、时 ,“ 四指指向 ” 与电荷运动形成等效电流方向相同 C. 正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向即该处磁场方向 D. 若将在磁场中的运动电荷 +q 换为 - q 且速度方向反向 , 则洛伦兹力方向不变 解析 :运用左手定则时 ,“ 四指指向 ” 应沿电荷定向移动形成的等效电流方向 ,而不一定沿电荷定向移动方向 ,因为负电荷定向移动形成电流的方向与其运动方向相反。 通过左手定则所确定的洛伦兹力与磁场之间关系可知 :两者方向相互垂直 ,而不是相互平行。 答案 : 1 2 3 4 5 2 . 下列说法正确的是 ( ) A. 运动电荷在磁感应强度不为零的地方 , 一定受到洛伦兹力作用 B. 运动电荷在某处 14、不受洛伦兹力作用 , 则该处的磁感应强度一定为 0 C. 洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能 , 也不能改变带电粒子的速度 D. 洛伦兹力对带电粒子永不做功 解析 :电荷的运动方向与磁场方向平行时 ,不受洛伦兹力的作用 ,选项 A 、 洛伦兹力方向与速度方向垂直 ,只改变速度的方向 ,不改变速度的大小 ,对带电粒子不做功 ,选项 C 错误 , D 正确。 答案 : D 1 2 3 4 5 3 . 关于带电粒子所受洛伦兹力 F 洛 、磁感应强度 B 和粒子速度 v 三者方向之间的关系 , 下列说法正确的是 ( ) A. F 洛 、 B 、 v 三者必定均相互垂直 B 必定垂直于 B 、 v , 但 15、 B 不一定垂直于 v C. B 必定垂直于 F 洛 、 v , 但 F 洛 不一定垂直于 v D. v 必定垂直于 F 洛 、 B , 但 F 洛 不一定垂直于 B 解析 :根据左手定则可知 F 洛 永远垂直于 B 和 v 决定的平面。 答案 : B 1 2 3 4 5 4 . 在以下几幅图中 , 洛伦兹力的方向判断不正确的是 ( ) 解析 :由左手定则可以判定 A 、 B 、 D 项正确 ,只有 C 项不正确 ,当电荷运动的方向与磁场平行时不受洛伦兹力。 答案 : C 1 2 3 4 5 5 . 太阳或其他星体上 , 时刻都有大量的高能粒子流放出 , 称为宇宙射线。 这些高能粒子流 , 如果都到达地球 , 将给地球上的生。