物理人教版 (2019)磁场对运动电荷的作用力教学课件ppt

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核心素养目标物理观念：洛伦兹力的大小和方向．科学思维：经历由安培力的表达式推导洛伦兹力的表达式的过程，了解宏观与微观的联系．科学探究：通过演示实验，观察阴极射线在磁场中的偏转．科学态度与责任：了解洛伦兹力的性质在电视显像管中的应用. 
知识点一　洛伦兹力的方向1．洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力．
基础导学,研读教材
2．洛伦兹力的方向左手定则：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平面内；让________从掌心垂直进入，并使________指向正电荷运动方向，这时________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．
拓展在用左手定则判断运动的电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向时，对于正电荷，四指指向电荷的运动方向；但对于负电荷，四指应指向电荷运动的反方向．
知识点二　洛伦兹力的大小1．当v⊥B 时：F＝________.2．当v与B 的夹角为θ时：F＝________.3．当v∥B 时：F＝________.
知识点三　电子束的磁偏转1．电子束的磁偏转洛伦兹力的方向与粒子的运动速度方向垂直，当粒子在磁场中运动时，因受到洛伦兹力的作用，就会发生偏转．
2．显像管(1)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．(2)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，因此电子束打在荧光屏上的光点就像图中那样不断移动，这在显示技术中叫做扫描．
【思考辨析】(1)运动电荷在磁场中一定受洛伦兹力. (　　)(2)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. (　　)(3)洛伦兹力同电场力一样，可对运动电荷做正功或负功. (　　)(4)判断电荷所受洛伦兹力的方向时应同时考虑电荷的电性．(　　)(5)显像管内偏转线圈中的电流恒定不变时，电子打在荧光屏上的光点是不动的．(　　) 
要点一　洛伦兹力的方向
给阴极射线管两极加上电压，使阴极射线管工作起来，就能够观察到电子束沿直线运动．把阴极射线管放置在蹄形磁铁两极之间，可以改变磁场方向，观察在不同方向的磁场作用下电子束的偏转情况，思考并探究下列问题：(1)当阴极射线管加上磁场后观察到的现象是什么？这一现象说明了什么？(2)安培力是洛伦兹力的宏观表现，试结合安培力方向的判断方法，思考正负电荷所受洛伦兹力方向如何判断．(3)试借助左手定则，验证阴极射线管中电子束受力方向．  
提示：(1)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．(2)正电荷运动方向为电流方向，即左手定则中大拇指指向为正电荷所受洛伦兹力方向；同理负电荷受力方向为大拇指相反方向．(3)阴极射线带负电，受力方向与大拇指指向相反，因此在乙图中向下偏．
拓展(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一致，均可用左手定则进行判断． 
1．三个决定洛伦兹力方向的因素：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，则洛伦兹力方向不变．2．F、B、v三者方向间的关系：F⊥B，F⊥v，即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，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小．
[例1]　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，带电荷量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的方向．
解析：(1)因v⊥B，由左手定则可知，方向垂直v指向左上方．(2)v与B的夹角为30°，由左手定则可知洛伦兹力方向垂直纸面向里．(3)由于v与B平行，所以不受洛伦兹力．(4)v与B垂直，方向垂直v指向左上方．答案：(1)垂直v指向左上方(2)垂直纸面向里(3)不受洛伦兹力(4)垂直v指向左上方
点拨方向的特点：F洛⊥B、F洛⊥v，但B与v不一定垂直． 
练1　运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，运动方向会发生偏转，这一点对地球上的生命来说有十分重要的意义．从太阳和其他星体发射出的高能粒子流，称为宇宙射线，在射向地球时，由于地磁场的存在，改变了带电粒子的运动方向，对地球起到了保护作用．如图所示为地磁场对宇宙射线作用的示意图．现有来自宇宙的一束质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这一质子流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．向东偏转C．向西偏转D．向北偏转
解析：根据地磁场的分布特点可知，地磁场的磁感线从地球的地理南极附近出发，回到地理北极附近，在赤道上空的磁场方向从南向北，平行于地面．质子带正电，由左手定则可知质子会向东偏转，故B正确． 
要点二　洛伦兹力的大小1．对公式F＝qvB的理解(1)适用条件：运动电荷的速度方向与磁场方向垂直，当v＝0时，F洛＝0，即相对磁场静止的电荷不受洛伦兹力作用．(2)B，v夹角对洛伦兹力的影响：①当θ＝90°时，v⊥B，sin θ＝1，F洛＝qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大．②当v∥B时，θ＝0°，sin θ＝0，F洛＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力．③若不垂直，F洛＝qvBsin θ.
2．洛伦兹力与电场力的比较
提醒电荷在磁场中受洛伦兹力是“有条件”的，即运动电荷的速度方向和磁场方向有夹角，若是平行或电荷与磁场相对静止，则不受洛伦兹力作用；电荷在电场中一定受电场力作用，是“无条件”的，即电场力与电荷的运动状态无关． 
[例2]　两个带电粒子以相同的速度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，则两带电粒子所受洛伦兹力之比为(　　)A．2:1 B．1:1C．1:2 D．1:4
解析：由F＝Bqv可知，F∝q，与质量无关，故只有C正确．
解析：由洛伦兹力公式F洛＝qvBsin θ知，电荷在磁场中不一定受到洛伦兹力的作用，A错误．由左手定则知洛伦兹力一定与磁场方向垂直，故D错误．电荷在电场中一定受到电场力的作用，受力方向与电场方向可能相同也可能相反，故B对，C错． 
[例3]　关于电荷所受电场力和洛伦兹力，正确的说法是(　　)A．电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用B．电荷在电场中一定受电场力作用C．电荷所受电场力一定与该处电场方向一致D．电荷所受的洛伦兹力不一定与磁场方向垂直
练2　带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场，恰做匀速直线运动，如图所示，若油滴质量为m，磁感应强度为B，则下述说法正确的是(　　)A．油滴必带正电荷，电荷量为B．油滴必带正电荷，比荷C．油滴必带负电荷，电荷量为D．油滴带什么电荷都可以，只要满足
解析：油滴水平向右做匀速直线运动，其所受的洛伦兹力必向上与重力平衡，故带正电荷，其电荷量为 ，A正确，C、D错误；比荷 ，B错误． 
点拨：分析洛伦兹力作用下带电体的运动时，方法与力学中一样，对带电体进行受力分析，运用牛顿第二定律、运动学公式、动能定理等列方程求解． 
要点三　带电体在匀强磁场中的运动综合问题
[例4]　如图所示，在匀强磁场中，有一长为l的悬线，一端固定于O点，另一端挂一质量为m、带电荷量为＋q的小球，将小球与悬线先后两次拉至与磁感线垂直且等高的左、右两侧的水平位置，由静止释放，已知小球通过最低位置时悬线的拉力之差为2mg，重力加速度为g，试求该匀强磁场的磁感应强度．
解析：小球自左侧通过最低位置时，由左手定则可知小球所受洛伦兹力F方向向上，在最低点，小球受到重力mg、洛伦兹力F和悬线的拉力T，根据牛顿第二定律有F＋T－mg＝ ；小球自右侧通过最低位置时，洛伦兹力F′方向向下，设悬线的拉力为T′，小球速度为v′，根据牛顿第二定律有T′－F′－mg＝ .小球从最高点运动至最低位置过程中，悬线的拉力、洛伦兹力均不做功，根据动能定理有 ，又F＝qvB，F′＝qv′B，T′－T＝2mg，联立以上各式得
点拨求解带电体在磁场中的运动问题可按以下步骤进行：(1)确定研究对象，即带电体．(2)确定带电体所带电荷量的正、负以及速度方向．(3)由左手定则，判断带电体所受洛伦兹力的方向，并作出受力分析图．(4)由平行四边形定则、矢量三角形或正交分解法等方法，根据物体的平衡条件或牛顿第二定律列方程．(5)由题设条件和要求解方程或方程组，求出相关的物理量．
[考法拓展]　(多选)在[例4]中，小球先后两次通过最低点时，相同的物理量有(　 )A．小球受到的洛伦兹力 B．小球的加速度C．小球的动能 D．小球的动量
练3　一个质量为m＝0.1 g的小滑块，带有q＝5×10－4 C的电荷量，放置在倾角α＝30°的光滑绝缘斜面上，斜面固定且置于B＝0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，要离开斜面(g取10 m/s2)．求： (1)小滑块带何种电荷？ (2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？ (3)该斜面长度至少多长？
解析：(1)小滑块在沿斜面下滑的过程中，受重力mg、斜面支持力FN和洛伦兹力F作用，如图所示，若要使小滑块离开斜面，则洛伦兹力F应垂直斜面向上，根据左手定则可知，小滑块应带负电荷．(2)小滑块沿斜面下滑的过程中，由平衡条件得F＋FN＝mgcsα，当支持力FN＝0时，小滑块脱离斜面．设此时小滑块速度为vmax，则此时小滑块所受洛伦兹力F＝qvmaxB，所以vmax
解析：安培力和洛伦兹力实际上都是磁场对运动电荷的作用力，但二者不是等价的，安培力实际上是洛伦兹力的宏观表现，它可以对通电导体做功，但洛伦兹力不能对运动电荷做功，所以A、C错，B、D对． 
1．(多选)关于安培力和洛伦兹力，下面说法中正确的是(　　)A．洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力B．安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力C．安培力和洛伦兹力，二者是等价的D．安培力对通电导体能做功，但洛伦兹力对运动电荷不能做功
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，一定受到洛伦兹力的作用B．运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感应强度一定为零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不做功
解析：只有当运动电荷在磁场中磁感应强度B不为零的地方且电荷运动方向不平行于磁场方向时运动电荷才受到洛伦兹力的作用，所以A、B不正确；洛伦兹力总垂直于速度v，也就是说洛伦兹力不改变速度的大小，只改变速度的方向，所以C不正确，D正确． 
3．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子．如图所示，把电子射线管(阴极射线管)放在蹄形磁铁的两极之间，可以观察到电子束偏转的方向是(　　)A．向上 B．向下C．向左 D．向右
解析：电子束带负电，电子束由负极向正极运动，在电子束运动的过程中，条形磁铁产生的磁场由N极指向S极，根据左手定则可判断出电子受到的洛伦兹力方向向下，故电子束的偏转方向向下，B正确，A、C、D错误． 
4.如图所示，螺线管A、B两端加上恒定直流电压，沿着螺线管轴线方向有一电子射入，则该电子在螺线管内(　　)A．若A端接电源正极，电子做加速直线运动B．若B端接电源正极，电子做加速直线运动C．无论A、B两端极性如何，电子均做匀速直线运动D．无论A、B两端极性如何，电子均做往复运动
解析：由于通电螺线管中产生的磁场方向平行于螺线管的中心轴线，与电子的运动方向平行，则电子在磁场中不受洛伦兹力，电子重力不计，则电子做匀速直线运动，C正确．
5．电视机显像管应用了电子束磁偏转的原理．如图所示，电子束经电子枪加速后进入偏转磁场，然后打在荧光屏上产生亮点．没有磁场时，亮点在O点；加上磁场后，亮点的位置偏离O点，以下说法正确的是(　　)
A．仅增大加速电压，亮点将远离O点B．仅减小磁感应强度，亮点将远离O点C．增大加速电压同时增大磁感应强度，亮点可能远离O点D．增大加速电压同时减小磁感应强度，亮点可能远离O点