【物理】3.5 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 課件（人教版選修3-1）.ppt

第三章磁場(chǎng)第五節(jié)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 人教版選修3 1 思考 電視機(jī)顯像管中的電子只是細(xì)細(xì)的一束 為什么能使整個(gè)屏幕發(fā)光 思考 從宇宙深處射來(lái)的帶電粒子為什么只在地球的兩極引起極光 瑞典斯特哥爾摩的極光 美國(guó)阿拉斯加州的極光 北極極光 德國(guó)下薩可森州極光 南極極光 冰島的極光 1 判斷安培力的方向 2 安培力大小的一般計(jì)算方法 一 復(fù)習(xí) 思考 1 磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用 2 電流是由電荷的定向形成的 由此我們是否可以設(shè)想這個(gè)力其實(shí)是作用在電荷上的 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中會(huì)受到作用力嗎 推理與猜想 洛倫茲 1853 1928 洛倫茲是荷蘭物理學(xué)家 數(shù)學(xué)家 1853年7月18日生于阿納姆 洛倫茲創(chuàng)立了經(jīng)典電子論 提出了洛倫茲變換公式 1902年與其學(xué)生塞曼共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 為紀(jì)念洛倫茲的卓著功勛 荷蘭政府決定從1945年起 把他的生日定為 洛倫茲節(jié) 演示 陰極射線在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn) 1 沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí) 接通高壓電源可以觀察到什么現(xiàn)象 2 光束實(shí)質(zhì)上是什么 3 若在電子束的路徑上加磁場(chǎng) 可以觀察到什么現(xiàn)象 4 改變磁場(chǎng)的方向 通過(guò)觀查從而判斷運(yùn)動(dòng)的電子在各個(gè)方向磁場(chǎng)中的受力方向 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 在沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí) 電子束沿直線運(yùn)動(dòng) 將磁鐵靠近陰極射線管 發(fā)現(xiàn)電子束運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了彎曲 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力叫做 洛倫茲力 二 探究洛倫茲力的方向 安培力是磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力 電流是電荷的定向移動(dòng)形成的 洛倫茲力是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力實(shí)質(zhì)是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 洛倫茲力的方向可以用左手定則判定 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 理論推導(dǎo) 猜想 猜想正確 洛倫茲力的方向 左手定則 1 伸開左手 使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內(nèi) 把手放入磁場(chǎng)中 讓磁感線垂直穿過(guò)手心 若四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向 那么拇指所指的方向就使正電荷所受洛倫茲力的方向 2 若四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向 那么拇指所指的方向就是負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向 垂直紙面向外 試判斷下圖中的帶電粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受的洛倫茲力的方向 1 可見 以相同速度進(jìn)入同一磁場(chǎng)的正負(fù)電荷受到的洛倫茲力方向相反 2 安培力方向由左手定則判斷 我們知道安培力的方向既垂直于磁場(chǎng)方向 又垂直于電流方向 同樣也用左手定則判斷洛倫茲力f的方向也既垂直于磁場(chǎng)B的方向又垂直于電荷運(yùn)動(dòng)速度v的方向 練一練 練一練 試判斷各圖中帶電粒子受洛倫茲力的方向 或帶電粒子的電性 或帶點(diǎn)粒子的運(yùn)動(dòng)方向 洛倫茲力方向垂直紙面向里 洛倫茲力方向垂直紙面向外 試判斷下圖中的帶電粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受的洛倫茲力的情況如何 1 當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí) 洛倫茲力最小 f 0 想一想 如果帶電粒子射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí) 不計(jì)粒子重力 初速度vo跟磁感強(qiáng)度B的方向平行 粒子將做什么運(yùn)動(dòng) 以初速度v0做勻速直線運(yùn)動(dòng) 三 洛倫茲力的大小 類比 我們知道 當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向平行時(shí)安培力等于0 實(shí)驗(yàn)表明 磁場(chǎng)越強(qiáng) 磁感強(qiáng)度越大 電荷量越大 運(yùn)動(dòng)速度越快 電荷受到的洛倫茲力越大 三 洛倫茲力的大小 可見 當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí)洛倫茲力的大小跟三個(gè)因素相關(guān) 磁感應(yīng)強(qiáng)度B電荷量q電荷運(yùn)動(dòng)快慢v 總結(jié) 洛侖茲力 f qVB V垂直B 想一想 若此電子不垂直射入磁場(chǎng) 電子受到的洛倫茲力又如何呢 四 探究洛倫茲力的表達(dá)式 設(shè)有一段長(zhǎng)為L(zhǎng) 橫截面積為S的直導(dǎo)線 單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n 每個(gè)自由電荷的電荷量為q 自由電荷定向移動(dòng)的速率為v 這段通電導(dǎo)線垂直磁場(chǎng)方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 求 1 電流強(qiáng)度I 2 通電導(dǎo)線所受的安培力 3 這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電荷數(shù) 4 每個(gè)電荷所受的洛倫茲力 如果通電導(dǎo)線不和磁場(chǎng)方向垂直 怎么辦 適用條件 速度方向與磁場(chǎng)方向垂直 速度v與磁場(chǎng)B的方向夾角為 時(shí) I nqsv F安 ILB nqsv LB 總電荷數(shù) nsL F洛 VB 問(wèn)題 若此電子不垂直射入磁場(chǎng) 電子受到的洛倫茲力又如何呢 洛倫茲力 F qVB V垂直B 安培力是洛倫茲力的集體表現(xiàn) 洛倫茲力是安培力微觀表現(xiàn) 2 大小關(guān)系 F安 NF洛 N是導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)的電荷數(shù) 3 方向關(guān)系 F安與F洛方向相同 4 F安與F洛本質(zhì)都是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 洛倫茲力與安培力的關(guān)系 洛倫茲力和電場(chǎng)力的區(qū)別 電荷在電場(chǎng)中一定受到電場(chǎng)力的作用 與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān) 而電荷在磁場(chǎng)中不一定受到磁場(chǎng)力作用 只有相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)且運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向不平行的電荷才受磁場(chǎng)力作用 2 大小 F電 Eq F洛 Bqvsin 3 電荷所受電場(chǎng)力方向總是平行于電場(chǎng)線的切線方向 而電荷所受磁場(chǎng)力的方向總是既垂直于磁場(chǎng)方向 又垂直于運(yùn)動(dòng)方向 4 電場(chǎng)力要對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功 電荷在等勢(shì)面上運(yùn)動(dòng)除外 而電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí) 磁場(chǎng)力一定不會(huì)對(duì)電荷做功 CD 練一練 2 擺長(zhǎng)為L(zhǎng)的單擺在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中擺動(dòng) 擺動(dòng)中擺線始終繃緊 若擺球帶正電 電量為q 質(zhì)量為m 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 當(dāng)小球從最高處擺到最低處 擺線上拉力T多大 解析 擺球在運(yùn)動(dòng)中洛倫茲力不做功 由動(dòng)能定理得 擺球在最低點(diǎn)時(shí)的速度方向不同 洛倫茲力方向不同 繩受到的拉力大小不同 當(dāng)擺球向右擺時(shí) 2 當(dāng)擺球向左擺時(shí) 例題 質(zhì)量m 0 1 10 3kg的小物塊 帶有電量為q 5 10 4C的正電荷 放在斜面上 斜面的傾角 30 物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 4 設(shè)整個(gè)斜面放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 B 0 5T 方向如圖 若斜面足夠長(zhǎng) 問(wèn) 1 物塊下滑時(shí) 能達(dá)到的最大速率為多少 2 如果將磁場(chǎng)反向 其他條件不變 物塊下滑時(shí)將發(fā)生什么情況 五電視顯像管的工作原理 主要構(gòu)造 電子槍 陰極 偏轉(zhuǎn)線圈 熒光屏等 思考與討論 1 若要使電子束在水平方向偏離中心 打在熒光屏上的 點(diǎn) 偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向 五電視顯像管的工作原理 2 若要使電子束打在 點(diǎn) 磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向 3 若