人教版 (2019)选择性必修 第二册第一章 安培力与洛伦兹力2 磁场对运动电荷的作用力课文内容ppt课件

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册第一章 安培力与洛伦兹力2 磁场对运动电荷的作用力课文内容ppt课件，共51页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，随堂训练，知识概览，一洛伦兹力的方向，答案D，答案C，二洛伦兹力的大小，答案006N等内容，欢迎下载使用。

目 标 素 养1.通过探究,知道洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁感应强度的方向都垂直,会用左手定则判断洛伦兹力的方向。2.通过推导,知道计算洛伦兹力的公式,知道安培力是洛伦兹力的宏观表现,会计算洛伦兹力的大小。3.通过分析,知道电视显像管的基本构造及基本原理。
一、洛伦兹力的方向1.洛伦兹力的定义。运动电荷在磁场中受到的力。2.洛伦兹力方向的判断。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;让磁感线从掌心垂直进入,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。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。
微思考1每时每刻都有大量带电的宇宙射线向地球射来,地球磁场可以有效地改变这些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,它将向哪个方向偏转?
提示:地球周围的磁场由地理南极附近指向地理北极附近,当带正电的宇宙射线粒子垂直于地面向赤道射来时,根据左手定则可以判断粒子所受洛伦兹力方向向东,所以粒子将向东偏转。
二、洛伦兹力的大小1.电荷量为q的粒子以速度v运动时,如果速度方向与磁感应强度B的方向垂直,那么粒子受到的洛伦兹力F= qvB 。2.当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为θ时,电荷所受的洛伦兹力F= qvBsin θ 。 3.当电荷沿磁场方向运动(即θ=0或v∥B)时,F= 0 。
微判断(1)运动电荷在磁感应强度不为零的地方,一定会受到洛伦兹力的作用。(　　)(2)运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用,则该处的磁感应强度一定为零。(　　)(3)电荷垂直于磁场运动时所受洛伦兹力最小,平行于磁场运动时所受洛伦兹力最大。(　　)(4)同一电荷,以相同大小的速度进入磁场,速度方向不同时,洛伦兹力的大小也可能相同。(　　)
三、电子束的磁偏转1.电视显像管构造:由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。2.电视显像管原理。(1)电子枪发射高速电子。(2)电子束在磁场中偏转。(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、强弱都在不断变化,使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。
微思考2显像管工作时,电子束依次扫描荧光屏上各点,可为什么我们觉察不到荧光屏的闪烁?提示:这是眼睛的视觉暂留现象,电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场,电视机中的显像管每秒要进行50场扫描,当电子束扫描频率达到人眼的临界闪烁频率时,由于视觉暂留的原因,人眼就感觉不到荧光屏的闪烁。
重难归纳1.洛伦兹力方向的决定因素:电荷的正负、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,如果只让一个因素反向,则洛伦兹力必定反向; 如果让两个因素同时反向,则洛伦兹力方向不变。2.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,它只改变电荷的运动方向,不改变电荷的速度大小。
3.用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时,应注意将四指指向负电荷运动的反方向。
下图是美丽的极光,你可知极光是如何产生的?
提示:来自太阳的带电粒子到达地球附近,地球磁场迫使其中一部分沿着磁场线集中到南北两极,当它们进入极地大于80 km的高层大气时,与大气中的原子和分子碰撞并激发,从而释放能量,同时产生光芒,形成围绕磁场的大圆圈,它是一种绚丽多彩的发光现象。
典例剖析【例1】 试判断图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向,其中垂直于纸面向里的是(　　)
解析:根据左手定则可以判断,选项A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下。选项B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上。选项C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面向外。选项D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面向里,选项D正确。
特别提醒(1)洛伦兹力永不做功,虽然安培力是洛伦兹力的宏观表现,但安培力可以做功。(2)利用左手定则判断洛伦兹力方向时,四指指向也可以理解为总是指向等效电流的方向。
学以致用1.如图所示的磁感应强度B、电荷的运动速度v和磁场对电荷的作用力F的相互关系图中,画得正确的是(其中B、F、v两两垂直)(　　)
解析:由于B、F、v两两垂直,根据左手定则可知,选项A、B、D中洛伦兹力的方向都与图示F的方向相反,故选项A、B、D错误,C正确。
重难归纳1.洛伦兹力大小的理解要点。洛伦兹力F=qvBsin θ,θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角。(1)当θ=90°,即电荷运动方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力最大,为F=qvB。(2)当θ=0°或θ=180°,即电荷运动方向与磁场方向平行时,F=0。(3)当v=0,即电荷在磁场中静止时,F=0。
2.洛伦兹力与安培力的关系。
3.洛伦兹力与静电力的比较。
下图为显像管的原理示意图,当没有磁场时电子束将打在荧光屏正中央的O点。安装在管颈的偏转线圈可以产生磁场,使电子束发生偏转。设垂直于纸面向里的磁场方向为正方向,如果要使电子束打在荧光屏上的位置由a点逐渐移动到b点,所加变化的磁场是怎样变化的?磁感应强度随时间变化的图像是下图中的哪一个?
提示:电子开始时向上偏转,根据左手定则可以得知,磁场的方向垂直于纸面向外,即方向为负,且逐渐减小;后来电子又向下偏转,根据左手定则可以得知,磁场方向垂直于纸面向里,即方向为正,且逐渐增大。其图像为图甲。
典例剖析【例2】如图所示,各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B,带电粒子的速率均为v,所带电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小,并指出洛伦兹力的方向。
答案:(1)qvB,垂直于v指向左上方(2) ,垂直于纸面向里(3)0(4)qvB,垂直于v指向左上方
解析:(1)因v⊥B,所以F=qvB,方向垂直于v指向左上方。(2)v与B的夹角为30°,将v分解成垂直于磁场的分量和平行于磁场的分量,v⊥=vsin 30°,F=qvBsin 30°= ,方向垂直于纸面向里。(3)由于v与B平行,所以洛伦兹力为零。(4)v与B垂直,F=qvB,方向垂直于v指向左上方。
特别提醒(1)用左手定则判断洛伦兹力方向时,要特别注意运动电荷的正负,四指应指向正电荷运动的方向,指向负电荷运动的反方向。 (2)计算洛伦兹力的大小时,应注意弄清v与磁感应强度B的方向关系。当v与B成θ角(0°<θ<180°)时,应将v(或B)进行分解取它们垂直的分量计算。
学以致用2.两个带电粒子以相同的速度沿垂直磁感线方向进入同一匀强磁场,两粒子质量之比为1∶4,电荷量之比为1∶2,则两带电粒子受洛伦兹力之比为(　　)A.2∶1B.1∶1C.1∶2D.1∶4答案:C解析:带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时,洛伦兹力F=qvB,与电荷量成正比,与质量无关,选项C正确。
三 带电体在磁场中的运动
重难归纳1.带电体在匀强磁场中无约束情况下做直线运动的两种情景。(1)速度方向与磁场平行,不受洛伦兹力作用,可做匀速直线运动,也可在其他力作用下做变速直线运动。(2)速度方向与磁场不平行,且除洛伦兹力外的各力均为恒力,若轨迹为直线则必做匀速直线运动,带电体所受洛伦兹力也为恒力。
2.涉及洛伦兹力的题目往往较为综合,解题时可按以下步骤分析:(1)确定研究对象,进行受力分析。注意带电体在匀强磁场中,若速度方向与磁场方向不平行,则受洛伦兹力。(2)根据已知条件,结合牛顿运动定律和运动学规律,列方程求解。(3)若涉及能量,可根据动能定理或能量守恒定律,列方程求解,同时注意洛伦兹力始终与带电体速度方向垂直,因而对带电体不做功。
在两平行金属板间,有如图所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场。α粒子(带正电)以速度v0从两极板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入,恰好能沿直线匀速通过。则:
(1)若质子(带正电)以速度v0从两极板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入,质子将向哪偏转?(2)若电子以速度v0从两极板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入,电子将向哪偏转?(3)若质子以大于v0的速度,沿垂直于电场方向和磁场方向从两极板正中央射入,质子将向哪偏转?
提示:设带电粒子的质量为m、电荷量为q,匀强电场的电场强度为E,匀强磁场的磁感应强度为B。带电粒子以速度v0垂直射入互相正交的匀强电场和匀强磁场中时,若粒子带正电荷,则所受电场力方向向下,大小为qE;所受洛伦兹力方向向上,大小为qv0B。沿直线匀速通过时,有qv0B=qE,v0= ,即与其质量、电荷量无关。如果粒子带负电荷,电场力方向向上,洛伦兹力方向向下,上述结论仍然成立。所以,(1)(2)两问中粒子均不偏转。若质子以大于v0的速度射入两极板之间,由于洛伦磁力F=qvB(v>v0),洛伦兹力将大于电场力,质子带正电荷,将向上偏转。
典例剖析【例3】如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于纸面向外,质量为m、电荷量为q的小球在倾角为α的光滑斜面上由静止开始下滑。若带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为零,则:(1)小球的带电性质如何?(2)此时小球下滑的速度和位移分别为多大?
解析:(1)小球沿斜面下滑,其对斜面的压力为零,说明其受到的洛伦兹力应垂直斜面向上,根据左手定则可判断小球带正电。(2)当小球对斜面压力为零时,有mgcs α=qvB得小球此时的速度为由于小球沿斜面方向做匀加速运动,加速度为a=gsin α由匀变速直线运动的位移公式v2=2ax
方法指导洛伦兹力作用下的变加速运动问题。 (1)注意受力情况和运动情况的分析。带电物体在磁场中速度变化时洛伦兹力的大小随之变化,并可能进一步导致压力、摩擦力的变化,物体在变力作用下将做变加速运动。 (2)注意临界状态的分析。当摩擦力与引起物体运动的外力平衡时,物体将处于平衡状态;当洛伦兹力增大使物体与接触面的压力为零时,物体将要离开接触面。
学以致用3.用一根长l=0.8 m的轻绳吊一质量为m=1 g的带电小球,放在磁感应强度B=1 T、方向如图所示的匀强磁场中。将小球拉到与悬点等高处由图示位置静止释放,小球便在垂直于磁场的竖直面内摆动。当小球第一次摆到最低点时,悬线的拉力恰好为零。重力加速度g取10 m/s2。则小球第二次经过最低点时,悬线对小球的拉力多大?
1.关于安培力和洛伦兹力,下列说法正确的是(　　)A.运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力作用B.通电导线在磁场中一定受到安培力作用C.洛伦兹力一定不对运动电荷做功D.安培力一定不对通电导线做功答案:C
解析:运动电荷在磁场中运动,若速度方向与磁场方向平行,则不受洛伦兹力作用,选项A错误。通电导线在磁场中,若电流方向与磁场方向平行,则不受安培力作用,选项B错误。由于洛伦兹力方向垂直于运动电荷的速度方向,根据功的定义可知,洛伦兹力对运动电荷不做功,选项C正确。安培力方向与通电导线垂直,可以对通电导线做功,选项D错误。
2.如图所示,美国物理学家安德森在研究宇宙射线时,在云雾室里观察到有一个粒子的径迹和电子的径迹弯曲程度相同,但弯曲方向相反,从而发现了正电子,获得了诺贝尔物理学奖。云雾室中磁场方向可能是(　　)A.垂直于纸面向外B.垂直于纸面向里C.沿纸面向上D.沿纸面向下答案:B解析:由左手定则可知,磁场方向垂直于纸面向里,选项B正确。
3.如图所示,一个带正电、电荷量为q的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中,磁感应强度为B,若小带电体的质量为m,为了使它对水平绝缘面正好无压力,应该(　　)A.使B的数值增大
解析:为使小带电体对平面无压力,则应使它受到的洛伦兹力刚好平衡重力。磁场不动而只增大B,静止电荷在磁场里不受洛伦兹力,选项A错误。磁场向上移动相当于电荷向下运动,受洛伦兹力向右,不可能平衡重力,选项B错误。磁场以v向右移动,等同于电荷以速率v向左运动,此时洛伦兹力向下,也不可能平衡重力,选项C错误。磁场以v向左移动,等同于电荷以速率v向右运动,此时洛伦兹力向上,当qvB=mg时,带电体对绝缘水平面无压力,即 ,选项D正确。
4.如图所示,电子枪发射的电子经加速后沿虚线方向进入匀强磁场区域(图中圆内),沿图中实线方向射出磁场,最后打在屏上P点,则磁场的方向可能为(　　) A.垂直于纸面向外B.垂直于纸面向内C.平行纸面向上D.平行纸面向右答案:A解析:电子受到的洛伦兹力方向向上,根据左手定则可得磁场的方向可能垂直于纸面向外,选项A正确。
5.光滑绝缘杆与水平面保持θ角,磁感应强度为B的匀强磁场充满整个空间,一个带正电、电荷量为q、质量为m、可以自由滑动的小环套在杆上,如图所示。小环下滑过程中对杆的压力为零时,小环的速度为多大?