【優(yōu)化方案】高二物理 第3章第四節(jié)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用洛倫茲力課件 教科

第四節(jié)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用——洛倫茲力課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道什么是洛倫茲力，會(huì)用左手定則判斷洛倫茲力的方向．2．掌握洛倫茲力公式的推導(dǎo)過程，會(huì)用公式求洛倫茲力．3．知道洛倫茲力不做功，它只改變帶電粒子速度方向，不改變其速度大?。?．掌握帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和分析方法．并能用學(xué)過的知識(shí)推導(dǎo)出勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式和周期公式．重點(diǎn)難點(diǎn)：洛倫茲力的公式推導(dǎo)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)半徑、周期公式的應(yīng)用．

核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練第四節(jié)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用——洛倫茲力課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案一、洛倫茲力1．定義：_________在磁場(chǎng)中所受的磁場(chǎng)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本質(zhì)．3．洛倫茲力的方向左手定則：伸開左手，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，并使四指指向______________，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_________的方向．負(fù)電荷受力的方向與正電荷受力的方向____．運(yùn)動(dòng)電荷宏觀表現(xiàn)磁感線正電荷運(yùn)動(dòng)方向洛倫茲力相反4．洛倫茲力的大小(1)當(dāng)______時(shí)，F(xiàn)洛＝______.(2)當(dāng)______時(shí)，F(xiàn)洛＝0.二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1．洛倫茲力不改變帶電粒子速度的______，或者說，洛倫茲力對(duì)帶電粒子不______．v⊥BqvBv∥B大小做功2．沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做______________．洛倫茲力方向總與速度方向垂直，正好起到了________的作用．公式：_____＝m.(1)半徑：r＝______.(2)周期：T＝______.周期與運(yùn)動(dòng)速度、半徑無關(guān)勻速圓周運(yùn)動(dòng)向心力qvB核心要點(diǎn)突破一、對(duì)洛倫茲力的理解和認(rèn)識(shí)1．對(duì)洛倫茲力方向的認(rèn)識(shí)(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蛔儯?2)在研究電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直的情況時(shí)，由左手定則可知，洛倫茲力的方向既與磁場(chǎng)方向垂直，又與電荷的運(yùn)動(dòng)方向垂直，即洛倫茲力垂直于v和B兩者所決定的平面．(3)由于洛倫茲力的方向總是跟運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向垂直，所以洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功，洛倫茲力只能改變電荷速度的方向，不能改變速度的大?。?．洛倫茲力大小的理解推導(dǎo)：如圖3－4－1所示，直導(dǎo)線長(zhǎng)為L(zhǎng)，電流為I，導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)電荷數(shù)為n，截面積為S，電荷的電荷量為q，運(yùn)動(dòng)速度為v，則圖3－4－13．洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較洛倫茲力電場(chǎng)力作用對(duì)象僅在運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向與B不平行時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷才受到洛倫茲力帶電粒子只要處在電場(chǎng)中，一定受到電場(chǎng)力大小方向F洛＝qvBsinθ，方向與B垂直，與v垂直，用左手定則判斷F＝qE，F(xiàn)的方向與E同向或反向特點(diǎn)洛倫茲力永不做功電場(chǎng)力可做正功、負(fù)功或不做功相同點(diǎn)反映了電場(chǎng)和磁場(chǎng)都具有力的性質(zhì)特別提醒：：(1)判斷負(fù)電荷荷在磁場(chǎng)中中運(yùn)動(dòng)受洛洛倫茲力的的方向，四四指要指向向負(fù)電荷運(yùn)運(yùn)動(dòng)的相反反方向，也也就是電流流的方向．．(2)電荷運(yùn)動(dòng)的的方向v和B不一定垂直直，但洛倫倫茲力一定定垂直于磁磁感應(yīng)強(qiáng)度度B和速度方向向v.(3)運(yùn)動(dòng)動(dòng)電電荷荷不不受受洛洛倫倫茲茲力力作作用用的的位位置置，，磁磁感感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度度不不一一定定為為零零．．即時(shí)時(shí)應(yīng)應(yīng)用用(即時(shí)時(shí)突突破破，，小小試試牛牛刀刀)1．帶帶電電粒粒子子垂垂直直勻勻強(qiáng)強(qiáng)磁磁場(chǎng)場(chǎng)方方向向運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，，會(huì)會(huì)受受到到洛洛倫倫茲茲力力的的作作用用．．下下列列表表述述正正確確的的是是()A．洛倫茲力對(duì)對(duì)帶電粒子做做功B．洛倫茲力不不改變帶電粒粒子的動(dòng)能C．洛倫茲力的的大小與速度度無關(guān)D．洛倫茲力不不改變帶電粒粒子的速度方方向解析：選B.帶電粒子在磁磁場(chǎng)中受到的的洛倫茲力始始終與其運(yùn)動(dòng)動(dòng)方向垂直，，故洛倫茲力力不會(huì)對(duì)帶電電粒子做功，，即不改變帶帶電粒子的動(dòng)動(dòng)能，或不改改變帶電粒子子的速度大小小，只改變其其速度方向，，A、D錯(cuò)，B對(duì)．據(jù)F＝qvB知，洛倫茲力力大小與帶電電粒子的速度度大小有關(guān)，，C錯(cuò)．2．分析思路(1)圓心的確定帶電粒子垂直直進(jìn)入磁場(chǎng)后后，一定做圓圓周運(yùn)動(dòng)，其其速度方向一一定沿圓周的的切線方向，，因此圓心的的位置必是兩兩速度方向垂垂直的交點(diǎn)或或某一速度方方向的垂線與與圓周上兩點(diǎn)點(diǎn)連線中垂線線的交點(diǎn)，方方向如圖3－4－2所示．圖3－4－2(2)運(yùn)動(dòng)半徑大小小的確定一般先作入射射點(diǎn)、出射點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的半徑徑，并作出相相應(yīng)的輔助三三角形，然后后利用三角函函數(shù)求解出半半徑的大?。?3)運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確確定(4)圓心角的確定定①帶電粒子射射出磁場(chǎng)的速速度方向與射射入磁場(chǎng)的速速度方向間的的夾角φ叫偏向角．偏偏向角等于圓圓心角即φ＝θ，如圖3－4－3.②某段圓弧所對(duì)對(duì)應(yīng)的圓心角角是這段圓弧弧弦切角的二二倍，即θ＝2α.圖3－4－3即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小小試牛刀)2．兩個(gè)粒子，，電荷量相同同，在同一勻勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受受磁場(chǎng)力而做做勻速圓周運(yùn)運(yùn)動(dòng)()A．若速率相等等，則半徑必必相等B．若動(dòng)能相等等，則周期必必相等C．若質(zhì)量相等等，則周期必必相等D．若質(zhì)量與速速度的乘積大大小相等，則則半徑必相等等課堂互動(dòng)講練類型一洛倫茲力方向的判斷例1如圖3－4－4所示，在真空空中，水平導(dǎo)導(dǎo)線中有恒定定電流I通過，導(dǎo)線的的正下方有一一質(zhì)子初速度度方向與電流流方向相同，，則質(zhì)子可能能的運(yùn)動(dòng)情況況是()A．沿路徑a運(yùn)動(dòng)B．沿路徑b運(yùn)動(dòng)C．沿路徑c運(yùn)動(dòng)D．沿路徑d運(yùn)動(dòng)圖3－4－4【思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí)應(yīng)應(yīng)注意以下三三點(diǎn)：(1)明確電流周圍圍磁場(chǎng)的特點(diǎn)點(diǎn)．(2)由左手定則判判定質(zhì)子所受受洛倫茲力的的方向．(3)確定質(zhì)子的運(yùn)運(yùn)動(dòng)軌跡．【精講精析】由安培定則可可知，電流在在下方產(chǎn)生的的磁場(chǎng)方向指指向紙外，由由左手定則可可知，質(zhì)子剛剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)時(shí)所受洛倫茲茲力方向向上上．則質(zhì)子的的軌跡必定向向上彎曲，因因此C、D必錯(cuò)；由于洛倫茲力力方向始終與與電荷運(yùn)動(dòng)方方向垂直，故故其運(yùn)動(dòng)軌跡跡必定是曲線線，則B正確；；A錯(cuò)誤．．【答案】B類型二洛倫茲力大小的計(jì)算例2有一質(zhì)質(zhì)量為為m、電荷荷量為為q的帶正正電的的小球球停在在絕緣緣平面面上，，并處處在磁磁感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)度度為B、方向向垂直直于紙紙面向向里的的勻強(qiáng)強(qiáng)磁場(chǎng)場(chǎng)中，，如圖圖3－4－5所示，，為了了使小小球飄飄離平平面，，勻強(qiáng)強(qiáng)磁場(chǎng)場(chǎng)在紙紙面內(nèi)內(nèi)移動(dòng)動(dòng)的最最小速速度應(yīng)應(yīng)為多多少？？方向向如何何？圖3－4－5【規(guī)律總總結(jié)】要注意意正確確理解解帶電電粒子子受洛洛倫茲茲力的的條件件：(1)帶電粒粒子必必須是是運(yùn)動(dòng)動(dòng)的，，此運(yùn)運(yùn)動(dòng)是是相對(duì)對(duì)磁場(chǎng)場(chǎng)而言言的，，相對(duì)對(duì)于地地面不不一定定運(yùn)動(dòng)動(dòng)．(2)應(yīng)用洛洛倫茲茲力分分析問問題時(shí)時(shí)，一一定不不要忘忘記F＝qvB中有一一個(gè)速速度v，v的變化化會(huì)影影響到到洛倫倫茲力力F的大小小和方方向的的變化化．變式訓(xùn)訓(xùn)練1一初速速度為為零的的質(zhì)子子(質(zhì)量m＝1.67××10－27kg，電荷荷量q＝1.6×10－19C)，經(jīng)過過電壓壓為1880V的電場(chǎng)場(chǎng)加速速后，，垂直直進(jìn)入入磁感感應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度為為5.0×10－4T的勻強(qiáng)強(qiáng)磁場(chǎng)場(chǎng)中，，質(zhì)子子所受受的洛洛倫茲茲力為為多大大？答案：：4.8×10－17N類型三半徑公式、周期公式的應(yīng)用例3已知?dú)浜伺c與氦核的質(zhì)質(zhì)量之比m1∶m2＝1∶4，電荷量之之比q1∶q2＝1∶2，當(dāng)氫核與與氦核以v1∶v2＝4∶1的速度，垂垂直于磁場(chǎng)場(chǎng)方向射入入磁場(chǎng)后，，分別做勻勻速圓周運(yùn)運(yùn)動(dòng)，則氫氫核與氦核核半徑之比比r1∶r2＝________，周期之比比T1∶T2＝________.【思路點(diǎn)撥】粒子在勻強(qiáng)強(qiáng)磁場(chǎng)中做做勻速圓周周運(yùn)動(dòng)，一一般情況下下，半徑公公式不要直直接使用，，特別是做做計(jì)算題時(shí)時(shí)，應(yīng)先列列出洛倫茲茲力充當(dāng)向向心力的方方程．【答案】2∶11∶2【規(guī)律總結(jié)】(1)掌握粒子在在勻強(qiáng)磁場(chǎng)場(chǎng)中做圓周周運(yùn)動(dòng)的軌軌道半徑和和周期公式式是解決此此題的關(guān)鍵鍵．(2)比例法是解解物理問題題的有效方方法之一．．使用的程程序一般是是：根據(jù)研研究對(duì)象的的運(yùn)動(dòng)過程程確定相應(yīng)應(yīng)的物理規(guī)規(guī)律，根據(jù)據(jù)題意確定定運(yùn)動(dòng)過程程中的恒量量，分析剩剩余物理量量之間的函函數(shù)關(guān)系，，建立比例例式求解．．變式訓(xùn)練練2如圖3－4－6所示，在在x軸上方存存在著垂垂直于