13版高中物理《課時(shí)講練通》3.5運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力（人教版選修3-1）

1、5 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力,1.知道洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向及磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的關(guān)系，會(huì)應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力的方向。2.知道洛倫茲力公式的推導(dǎo)過(guò)程，會(huì)應(yīng)用公式計(jì)算洛倫茲力的大小。3.知道電視顯像管的基本構(gòu)造和工作原理。,重點(diǎn)：1.會(huì)用左手定則判斷洛倫茲力方向。 2.會(huì)應(yīng)用洛倫茲力公式計(jì)算洛倫茲力大小。難點(diǎn)：1.洛倫茲力方向的探究過(guò)程。 2.洛倫茲力公式的推導(dǎo)過(guò)程。,一、洛倫茲力及其方向1.洛倫茲

2、力(1)定義：__(A.運(yùn)動(dòng)B.靜止)電荷在磁場(chǎng)中所受的力。(2)與安培力的關(guān)系：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的安培力是洛倫茲力的_________，而洛倫茲力是安培力的微觀解釋。,A,宏觀表現(xiàn),2．洛倫茲力的方向(1)左手定則：伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)。讓_______從掌心進(jìn)入，并使_____指向正電荷運(yùn)動(dòng)方向，這時(shí)_____所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向。(2)特點(diǎn)

3、：洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向都_____，洛倫茲力只改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，不改變速度大小，對(duì)電荷__(A.做功B.不做功)。,磁感線,四指,拇指,垂直,B,二、洛倫茲力的大小、電視顯像管的工作原理1.洛倫茲力的大小(1)一般公式：F=_________，其中θ為速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角。(2)當(dāng)v⊥B時(shí)，F(xiàn)=____。(3)當(dāng)v∥B時(shí)，F(xiàn)=__。,qvBsinθ,qvB,0,2.電視顯像管的工作原理(

4、1)電視顯像管應(yīng)用了_____________的原理。(2)掃描：電子束打在熒光屏上的位置在_________的控制下一行一行地不斷移動(dòng)。(3)偏轉(zhuǎn)線圈：產(chǎn)生使___________的磁場(chǎng)。,電子束磁偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng),電子束偏轉(zhuǎn),【判一判】(1)在應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力的方向時(shí)，四指一定指向電荷運(yùn)動(dòng)方向。( )(2)電荷在磁場(chǎng)中一定會(huì)受到磁場(chǎng)力的作用。( )(3)僅在洛倫茲力作用下，電荷的動(dòng)能一定不會(huì)變化。(

5、)(4)電視顯像管是靠電場(chǎng)使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)的。( ),提示：(1)根據(jù)左手定則，四指所指的方向?yàn)檎姾蛇\(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向，故(1)錯(cuò)誤。(2)當(dāng)電荷在磁場(chǎng)中靜止或沿著磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，電荷不會(huì)受到磁場(chǎng)力作用，故(2)錯(cuò)誤。(3)由于洛倫茲力方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，洛倫茲力不做功，所以電荷動(dòng)能不會(huì)改變，故(3)正確。(4)電視顯像管是靠偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)的，故(4)錯(cuò)誤。,探究洛倫茲力的方向1.演示如圖“用陰

6、極射線管研究磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用”實(shí)驗(yàn)，探究以下問(wèn)題。,(1)當(dāng)陰極射線管不加磁場(chǎng)時(shí)，觀察到電子束沿直線運(yùn)動(dòng)(如圖甲)，加上磁場(chǎng)后觀察到電子束發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，并且改變磁場(chǎng)方向，偏轉(zhuǎn)方向也改變，說(shuō)明了什么？提示：加上磁場(chǎng)后電子束發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力(洛倫茲力)；磁場(chǎng)方向不同，偏轉(zhuǎn)方向也不同，說(shuō)明洛倫茲力的方向與磁場(chǎng)方向有關(guān)。,(2)你能否根據(jù)電子束受力方向與磁場(chǎng)方向的關(guān)系，結(jié)合安培力的方向的判斷方法，總結(jié)出帶電粒子在磁場(chǎng)中

7、所受洛倫茲力方向的判斷方法？【思路分析】引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)判斷安培力方向的左手定則推導(dǎo)出判斷洛倫茲力方向的左手定則是本節(jié)的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題，教師可引導(dǎo)學(xué)生回顧電流方向的規(guī)定，明確正電荷運(yùn)動(dòng)方向即為電流方向，從而把兩個(gè)左手定則統(tǒng)一起來(lái)。,提示：可以用左手定則判斷洛倫茲力方向：伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)。讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)方向，這時(shí)拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向。,

8、2.洛倫茲力的方向與運(yùn)動(dòng)電荷的電性、速度方向及磁場(chǎng)的方向間的關(guān)系是怎樣的？提示：(1)洛倫茲力的方向總是與電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向都垂直，即洛倫茲力的方向總是垂直于電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向所決定的平面。(2)F、B、v三者的方向關(guān)系是：F⊥B，F(xiàn)⊥v，但B與v不一定垂直。,【誤區(qū)警示】對(duì)于洛倫茲力、電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向的空間關(guān)系，學(xué)生常常誤認(rèn)為三者兩兩垂直，教師要向?qū)W生講清：洛倫茲力的方向一定與電荷運(yùn)動(dòng)方向、磁場(chǎng)方向都垂直，但電荷的運(yùn)

9、動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向可以成任意角度。,【知識(shí)點(diǎn)撥】洛倫茲力與安培力的關(guān)系(1)洛倫茲力是單個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力，而安培力是導(dǎo)體中所有定向移動(dòng)的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。(2)盡管安培力是自由電荷定向移動(dòng)時(shí)受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，但也不能認(rèn)為安培力就簡(jiǎn)單地等于所有定向移動(dòng)電荷所受洛倫茲力的和，一般只有當(dāng)導(dǎo)體靜止時(shí)才能這樣認(rèn)為。(3)洛倫茲力恒不做功，但安培力卻可以做功。可見(jiàn)安培力與洛倫茲力既有緊密相關(guān)、不可分割的必然

10、聯(lián)系，也有顯著的區(qū)別。,【探究歸納】1.洛倫茲力的方向可用左手定則判斷。2.洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向都垂直，因而洛倫茲力只改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，不改變速度大小，對(duì)電荷不做功，但電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向不一定垂直。,【典例1】(2012·廣州高二檢測(cè))在圖中，洛倫茲力的方向判斷不正確的是( )【解析】選B、C。根據(jù)左手定則可以判斷A、D的方向都正確，B的洛倫茲力方向向下，C的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行

11、，不受洛倫茲力，所以選B、C。,【規(guī)律方法】左手定則的應(yīng)用(1)決定洛倫茲力方向的因素有三個(gè)：電荷的電性(正、負(fù))、速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。當(dāng)電荷電性一定時(shí)，其他兩個(gè)因素中，如果只讓一個(gè)因素相反，則洛倫茲力方向必定相反;如果同時(shí)讓兩個(gè)因素相反，則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔儭?2)判斷負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受洛倫茲力的方向，四個(gè)手指要指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的相反方向。,【變式訓(xùn)練】(2012·廣安高二檢測(cè))每時(shí)每刻都有大量宇宙射線向地球

12、射來(lái)，地磁場(chǎng)可以改變射線中大多數(shù)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，使它們不能到達(dá)地面，這對(duì)地球上的生命有十分重要的意義。假設(shè)有一個(gè)帶正電的宇宙射線粒子正垂直于地面向赤道射來(lái)，在地磁場(chǎng)的作用下，它將( )A．向東偏轉(zhuǎn) B．向南偏轉(zhuǎn)C．向西偏轉(zhuǎn) D．向北偏轉(zhuǎn)【解析】選A。赤道上的地磁場(chǎng)方向水平向北，根據(jù)左手定則可以判斷粒子向東偏轉(zhuǎn)，所以A正確。,探究洛倫茲力的大小

13、 電視機(jī)顯像管的工作原理1.探究洛倫茲力的大小安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，即一段導(dǎo)體所受安培力等于該段導(dǎo)體內(nèi)所有電荷定向移動(dòng)時(shí)所受洛倫茲力的合力，試根據(jù)這一思路，建立物理模型，推導(dǎo)洛倫茲力的計(jì)算公式。,提示：如圖，設(shè)導(dǎo)體內(nèi)單位體積上自由電荷數(shù)為n，自由電荷的電荷量為q，定向移動(dòng)的速度為v，設(shè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的導(dǎo)線中的自由電荷在t秒內(nèi)全部通過(guò)面積為S的截面A，則通過(guò)的電荷量Q＝nqSL＝nqS·vt，當(dāng)導(dǎo)體與磁場(chǎng)垂直時(shí)，

14、 所以洛倫茲力故F＝qvB。當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向夾角為θ時(shí)，電荷所受的洛倫茲力為F＝qvBsinθ。,2.如圖所示是顯像管原理示意圖，試思考討論下列問(wèn)題:(1)要使電子打在A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向?(2)要使電子打在B點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向?(3)要使電子從A點(diǎn)向B點(diǎn)逐漸移動(dòng)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該怎樣變化?,提示：(1)由左手定則判定知，要使電子打在

15、A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該垂直紙面向外。(2)要使電子打在B點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該垂直紙面向里。(3)要使電子從A點(diǎn)向B點(diǎn)逐漸移動(dòng)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該先垂直紙面向外并逐漸減小，然后垂直紙面向里并逐漸增大。,3.洛倫茲力和電場(chǎng)力是兩種不同性質(zhì)的力，你能根據(jù)下表比較這兩種力的異同嗎？提示：,磁場(chǎng),電場(chǎng),左手,定則,垂直,電場(chǎng),一致,相反,qvB,qE,方向,大小,一定,【探究歸納】 1.洛倫茲力的大小F=qvBsinθ。2.電視顯像管的原理(1)發(fā)

16、光原理：電子打在熒光屏上發(fā)光。(2)偏轉(zhuǎn)原理：電子束在磁場(chǎng)中受力偏轉(zhuǎn)。(3)掃描原理：偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向、強(qiáng)弱不斷變化，導(dǎo)致發(fā)光點(diǎn)不斷移動(dòng)。,【典例2】(2012·宜春高二檢測(cè))質(zhì)量為m、帶電量為q的小球，從傾角為θ的光滑絕緣斜面上由靜止下滑，整個(gè)斜面置于方向水平向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，如圖所示。若帶電小球下滑后某時(shí)刻對(duì)斜面的作用力恰好為零，下面說(shuō)法中正確的是( )A.小球帶正電 B.小球在斜面上運(yùn)

17、動(dòng)時(shí)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C.小球在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)做加速度增大，而速度也增大的變加速直線運(yùn)動(dòng)D.小球在斜面上下滑過(guò)程中，當(dāng)小球?qū)π泵鎵毫榱銜r(shí)的速率為,【解析】選A、B、D。要使小球?qū)π泵娴膲毫榱?，小球所受洛倫茲力的方向?yīng)該垂直于運(yùn)動(dòng)方向向上，根據(jù)左手定則可以判斷A正確；對(duì)小球受力分析可以判斷小球受的合外力大小為mgsinθ，所以小球做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，B正確，C錯(cuò)誤；當(dāng)小球?qū)π泵鎵毫榱銜r(shí)，qvB=mgcosθ，所以

18、 D正確。,【規(guī)律方法】帶電體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的解題思路(1)對(duì)帶電體進(jìn)行受力分析，研究各方向上的受力特點(diǎn)，特別是對(duì)沿帶電體的運(yùn)動(dòng)方向和垂直運(yùn)動(dòng)方向上的力進(jìn)行分析。(2)應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律、力與加速度的瞬時(shí)關(guān)系解決問(wèn)題。,【變式訓(xùn)練】如圖所示，甲是一個(gè)帶正電的小物塊，乙是一個(gè)不帶電的絕緣物塊，甲、乙疊放在一起靜置于粗糙的水平地板上，地板上方空間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，現(xiàn)用水平恒力拉乙物塊，使甲、乙無(wú)相對(duì)滑動(dòng)地一起水平

19、向左加速運(yùn)動(dòng)，在加速運(yùn)動(dòng)階段( )A.乙物塊與地之間的摩擦力不斷增大B.甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷增大C.甲、乙兩物塊間的摩擦力大小不變D.甲、乙兩物塊間的摩擦力不斷減小,【解析】選 A、D。整體受力分析，豎直方向受向下的重力、洛倫茲力和向上的支持力，且三力平衡，水平方向受向左的拉力F和向右的地面給的摩擦力。隨著速度的增加，洛倫茲力逐漸增加，乙物塊與地面間的彈力增加，與地面的摩擦力不斷增大，甲、乙運(yùn)動(dòng)的加速度逐漸減小，物塊甲

20、所受的靜摩擦力逐漸減小。所以 A、D正確。,【溫馨提示】洛倫茲力是運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中所受的力，是性質(zhì)力，所以在對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí)，要分析物體所受的洛倫茲力。,【典例】質(zhì)量為m，帶電量為q的微粒，以速度v與水平方向成45°角進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)同時(shí)存在的空間，如圖所示，微粒在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)的共同作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng)，求：(1)該帶電粒子帶何種電荷，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。,【思路點(diǎn)撥】正確分析