人教版选修物理《磁场对运动电荷的作用力》课件

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1、单击此处编辑母版文本样式,第三章,5,成才之路 · 高中新课程 · 学习指导 · 人教版 · 物理 · 选修3-1,单击此处编辑母版文本样式,第三章　磁场,成才之路 · 高中新课程 · 学习指导 · 人教版 · 物理 · 选修3-1,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/9/14,,‹#›,·,物理,路漫漫其修远兮 吾将上下而求索,人教版 · 选修3-1,磁,,场,第三章,5　运动电荷在磁场中受到的力,第三章,学习目标定位,1,课堂情景切入,2,知识自主梳理,3,重点难点突破,4,考点题型设计,6,课 时 作 业,8,课堂知识构建,5

2、,易错案例剖析,7,,学习目标定位,※,通过实验，观察阴极射线在磁场中的偏转，认识洛伦兹力。,※※,会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。,※,了解电子束的磁偏转原理以及在科学技术中的应用。,,课堂情景切入,电视机显像管中的电子只是细细的一束，为什么能使整个屏幕发光？从宇宙深处射来的带电粒子，为什么不能直射地球？为什么只在地球两极形成绚丽多彩的极光？……解开这些问题的钥匙就是本节学习的磁场对运动电荷的作用规律。,震撼人心的极光,,,知识自主梳理,洛伦兹力的方向和大小,1.洛伦兹力,__________在磁场中所受的力。,2,．,洛伦兹力和安培力的关系,通电导线在磁场中受到的安培力，实际上

3、是在导线中________________所受到的洛伦兹力的宏观表现。,运动电荷,定向运动的电荷,3,．,洛伦兹力的方向,(1)左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让__________从掌心进入，并使四指指向__________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__________的方向。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向__________。,(2)洛伦兹力方向特点：,F,⊥,B,，,F,⊥,v,，即,F,垂直于_______ 所决定的平面。,磁感线,正电荷,洛伦兹力,相反,B,和,v,,4,．,洛伦兹力的大小,当速度方向和磁感

4、应强度方向分别满足以下几种情况时，洛伦兹力的大小分别是,(1)当,v,与,B,成,θ,角时：,F,＝__________,(2)当,v,⊥,B,时：,F,＝__________,(3)当,v,∥,B,时，,F,＝__________,q,v,B,sin,θ,q,v,B,0,电视显像管的工作原理,1,．,构造,如图所示，由电子枪、__________和荧光屏组成。,偏转线圈,2,．,原理,(1)电子枪__________。,(2)电子束在磁场中__________。,(3)荧光屏被电子束撞击发光。,3,．,扫描,在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在__________，使得

5、电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。,4,．,偏转线圈,使电子束偏转的磁场是由__________产生的。,发射电子,偏转,不断变化,两对线圈,,重点难点突破,一、洛伦兹力的方向,1,．,决定洛伦兹力方向的三个因素,电荷的电性(正、负)，速度方向、磁感应强度的方向。当电性一定时，其他两个因素决定洛伦兹力的方向，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。,2,．,F,、,B,、,v,三者方向间的关系,电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系，两者关系是不确定的。电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向，,F,⊥,B,，,F,⊥,v,，即

6、,F,垂直于,B,和,v,所决定的平面。,,3,．,洛伦兹力的特点,洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化。但无论怎样变化，洛伦兹力都与运动方向垂直，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷运动方向，不改变电荷速度大小。,[特别提醒],应用左手定则时，当,v,与,B,不垂直时，洛伦兹力仍垂直于,v,、,B,决定的平面，但磁感线不一定要垂直穿过掌心，磁感线方向一定与大拇指垂直，不一定与四指垂直。,初速为,v,0,的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图所示，则(　　),A．电子将向右偏转，速率不变,B．电子将向左偏转，速率改变,C．电子将向左偏转，速率不变,D．

7、电子将向右偏转，速率改变,答案：,A,解析：,由安培定则可知，通电导线右方磁场方向垂直纸面向里，则电子受洛伦兹力方向由左手定则可判知向右，所以电子向右偏；由于洛伦兹力不做功，所以电子速率不变。,二、洛伦兹力和安培力的区别与联系,区别,联系,①,洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力，而安培力是指通电导线(即大量带电粒子)所受到的磁场力,②,洛伦兹力永不做功，而安培力可以做功,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解释,②,大小关系：,F,安,＝,NF,洛,(,N,是导体中定向运动的电荷数),③,方向关系：洛伦兹力与安培力的方向，均可用左手定则进行判断,,,[特别提醒],尽

8、管安培力是自由电荷定向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现，但也不能简单地认为安培力就等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和，一般只有当导体静止时才能这样认为。,,三、洛伦兹力与电场力的比较,内容,洛伦兹力,静电力,性质,磁场对在其中运动的电荷的作用力,电场对放入其中的电荷的作用力,产生条件,v,≠,0且,v,不与,B,平行,电场中的电荷一定受到电场力的作用,大小,F,＝,q,v,B,(,v,⊥,B,),F,＝,qE,力的方向与,场的方向,的关系,一定是,F,⊥,B,，,F,⊥,v,正电荷所受力的方向与电场方向相同，负电荷所受力的方向与电场方向相反,内容,洛伦兹力,静电力,做功情况,任何情况下都不做功

9、,可能做正功、负功，也可能不做功,力,F,为零,时，场的,情况,F,为零，,B,不一定为零,F,为零，,E,一定为零,作用效果,只改变电荷运动速度的方向，不改变速度的大小,既可以改变电荷运动速度的大小，也可以改变电荷运动速度的方向,下列说法正确的是(　　),A．所有电荷在电场中都要受到电场力的作用,B．所有电荷在磁场中都要受到洛伦兹力的作用,C．一切运动电荷在磁场中都要受到洛伦兹力的作用,D．电荷所受电场力一定与该处电场方向一致，运动电荷所受磁场力一定与磁场方向垂直,答案：,A,,,解析：,电荷在电场中受电场力,F,＝,qE,，不管运动还是静止都一样，故A对；而运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力,

10、F,＝,q,v,B,，其中,v,是垂直于,B,的分量，当,v,平行于,B,时，电荷不受洛伦兹力，故B、C错，正电荷所受电场力的方向与该处电场方向一致，D错。,四、带电粒子在复合场中的运动,1．复合场：一般是指电场、磁场和重力场并存，或其中两种场并存，或分区域存在。,2．带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路,(1)正确进行受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注意电场力和洛伦兹力的分析。,(2)确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合。,(3)电荷在复合场中的运动一般有两种情况——直线运动和圆周运动。,①电荷在电场力、重力和洛伦兹力共同作用下做直线运动时，一定是做匀速直线运动。,②

11、电荷在上述复合场中如果做匀速圆周运动，只能是除洛伦兹力以外的所有恒力的合力为零才能实现。,[特别提醒],(1)电子、质子、,α,粒子等一般不计重力，带电小球、尘埃、液滴等带电颗粒一般要考虑重力的作用。,(2)注意重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力始终和运动方向垂直，永不做功的特点。,2．磁流体发电机,(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能。,(2)根据左手定则，如下图中的,B,板是发电机正极。,,,,,(3)磁流体发电机两极板间的距离为,d,，等粒子体速度为,v,，磁场磁感应强度为,B,，则两极板间能达到的最大电势差,U,＝,Bd,v,。,(湖北黄冈中学2013～2014

12、学年高二上学期期中)如图所示，从,S,处发出的热电子经加速电压,U,加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转，不考虑电子本身的重力。设两极板间电场强度为,E,，磁感应强度为,B,。欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是(　　),,A．适当减小电场强度,E,B．适当减小磁感应强度,B,C．适当增大加速电场的宽度,D．适当减小加速电压,U,答案：,A,,,解析：,要使粒子直线运动，必须满足条件：,Eq,＝,q,v,B,，根据左手定则可知电子所受的洛伦兹力的方向竖直向下，故电子向上极板偏转的原因是电场力大于洛伦兹力，所以为了使粒子在复合场中做匀速

13、直线运动，则要么增大洛伦兹力，要么减小电场力。减小加速电压,U,，即可以减小速度,v,，减小洛伦兹力，故D错误；适当减小电场强度，可以减小电场力，故A正确，适当减小磁感应强度，可减小洛伦兹力，故B错误，增大加速电场的宽度，不改变速度,v,，故C错。,课堂知识构建,,考点题型设计,在下图所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为,B,，带电粒子的速率均为,v,，带电荷量均为,q,。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小和方向。,洛伦兹力的大小和方向,点评：,在计算洛伦兹力的大小时，要注意,v,应取与,B,垂直的分量。洛伦兹力的方向垂直于,v,与,B,所决定的平面。,每时每刻都有大量宇宙射线射向地球，地

14、磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有着十分重要的意义。假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它的偏转方向和所受洛伦兹力的大小，下列说法中正确的是(　　),A．向西偏转，不变　　 B．向南偏转，不变,C．向北偏转，减小 D．向东偏转，增大,答案：,D,,,解析：,地球表面地磁场的方向由南向北，宇宙射线带电，根据左手定则可判定，射线自赤道上空竖直下落过程中所受洛伦兹力方向向东，所以向东偏转，越靠近地球磁场越强，所受的洛伦兹力越大，选项D正确。,在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，有一倾角为,θ,、足够长的光滑绝缘斜面，

15、磁感应强度为,B,，方向垂直于纸面向外，电场方向竖直向上．有一质量为,m,、带电荷量为＋,q,的小球静止在斜面顶端，这时小球对斜面的正压力恰好为零，如图所示，若迅速把电场方向反转为竖直向下，小球能在斜面上连续滑行多远？所用时间是多少？,带电物体在复合场中的运动,,,点评：,本题是带电粒子在复合场中的综合问题，应在分析物体受力的基础上，弄清物理过程，根据隐含的临界条件求解。,(北京四中2013～2014学年高二上学期期末)如图所示，两虚线之间的空间内存在着正交或平行的匀强电场,E,和匀强磁场,B,，有一个带正电的小球(电荷量为＋,q,，质量为,m,)从电磁复合场上方的某一高度处自由落下，那么，带

16、电小球可能沿直线通过的电磁复合场是(　　),答案：,CD,解析：,在A图中刚进入复合场时，带电小球受到方向向左的电场力、向右的洛伦兹力、竖直向下的重力，在重力的作用下，小球的速度要变大，洛伦兹力也会变大，所以水平方向受力不可能总是平衡，A选项错误；B图中小球要受到向下的重力、向上的电场力、向外的洛伦兹力，小球要向外偏转，不可能沿直线通过复合场，B选项错误；C图中小球受到向下的重力、向右的洛伦兹力、沿电场方向的电场力，若三力的合力恰好为零，则小球将沿直线匀速通过复合场，C正确；D图中小球只受到竖直向下的重力和竖直向上的电场力可以沿直线通过复合场，D正确。,如图所示，磁流体发电机的极板相距,d,＝

17、0.2m，极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，,B,＝1.0T。外电路中可变负载电阻,R,用导线与极板相连。电离气体以速率,v,＝1100m/s沿极板射入，极板间电离气体等效内阻,r,＝0.1Ω，试求此发电机的最大输出功率为多大？,洛伦兹力与现代科技,答案：,121kW,一种测量血管中血流速度的仪器原理图，如图所示，在动脉血管两侧分别安装电极并加磁场，设血管直径为2mm，磁场的磁感应强感度为0.080T，电压表测出的电压为0.10mV，则血流速度大小为________m/s。,,,,,答案：,0.63m/s,,易错案例剖析,易错点：,对运动电荷的电性把握不准导致错误,案例：,(银川一中2013～

18、2014学年高二上学期期末)长方体金属块放在匀强磁场中，有电流通过金属块，如图所示，则下面关于金属块上下表面电势高低的说法中，正确的是(　　),,,,A．金属块上、下表面电势相等,B．金属块上表面电势高于下表面电势,C．金属块上表面电势低于下表面电势,D．无法比较上、下表面的电势高低,,易错分析：,本题易错选B，误认为电流方向向右，正电荷在磁场中受洛伦兹力向上偏转，所以金属块上表面电势高于下表面电势，出错原因是：不明确金属导电中自由运动的电荷是带负电的电子。,正确解答：,电子从右向左运动，根据左手定则，电子向上偏转，上表面得到电子带负电，下表面失去电子带正电，所以上表面的电势低于下表面的电势，故C正确。,正确答案：,C,,课 时 作 业,（点此链接）,,结束语,当,你尽了自己的最大努力,时,，,失败,也是伟大,的，所以不要放弃，坚持就是正确的。,When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The,End,谢谢,大家,荣幸,这,一路，与你同行,It'S An Honor To Walk With You All The,Way,演讲人：,XXXXXX,时 间：,XX,年,XX,月,XX,日,,