高考物理 核心要點突破系列 第15章第四節(jié)《磁場對運動電荷的作用》課件 新人教版選修31

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1、第四節(jié)磁場對運動電荷的作用第四節(jié)磁場對運動電荷的作用核心要點突破核心要點突破課堂互動講練課堂互動講練知能優(yōu)化訓練知能優(yōu)化訓練第四節(jié)第四節(jié)課前自主學案課前自主學案目標概覽目標概覽目標概覽目標概覽學習目標：學習目標：1.知道什么是洛倫茲力，知道電荷運知道什么是洛倫茲力，知道電荷運動方向與磁場方向平行時，電荷受到的洛倫茲力動方向與磁場方向平行時，電荷受到的洛倫茲力等于零；電荷運動方向與磁場方向垂直時，電荷等于零；電荷運動方向與磁場方向垂直時，電荷受到的洛倫茲力最大，受到的洛倫茲力最大，F(xiàn)qvB.2會用左手定則熟練地判定洛倫茲力的方向會用左手定則熟練地判定洛倫茲力的方向重點難點：重點難點：1.洛倫茲力

2、的大小和方向洛倫茲力的大小和方向2用左手定則判斷洛倫茲力的方向用左手定則判斷洛倫茲力的方向課前自主學案課前自主學案一、洛倫茲力一、洛倫茲力1演示實驗：電子射線管發(fā)出的電子束，圖演示實驗：電子射線管發(fā)出的電子束，圖1541甲中的徑跡是甲中的徑跡是_把電子射線管把電子射線管放在蹄形磁鐵的磁場中，圖乙中電子束的徑跡向放在蹄形磁鐵的磁場中，圖乙中電子束的徑跡向_發(fā)生了偏轉，若調換磁鐵南北極的位置，則發(fā)生了偏轉，若調換磁鐵南北極的位置，則電子束的徑跡會向電子束的徑跡會向_偏轉偏轉圖圖1541一條直線一條直線下下上上2磁場對運動電荷有力的作用，人們稱這種力為磁場對運動電荷有力的作用，人們稱這種力為_二、洛

3、倫茲力的方向和大小二、洛倫茲力的方向和大小1洛倫茲力的方向，也可以用左手定則判定：伸洛倫茲力的方向，也可以用左手定則判定：伸開左手，使大拇指與其余四個手指垂直，并且都開左手，使大拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內，讓磁感線垂直從與手掌在同一個平面內，讓磁感線垂直從_進進入，并使四指指向入，并使四指指向_運動的方向，這時運動的方向，這時_所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向負電荷受力的方向與正電荷受洛倫茲力的方向負電荷受力的方向與正電荷受力的方向力的方向_洛倫茲力洛倫茲力掌心掌心正電荷正電荷拇指拇指相反相反2洛倫茲力的大小洛倫

4、茲力的大小若帶電粒子運動方向與磁感應強度方向垂直，則若帶電粒子運動方向與磁感應強度方向垂直，則F_.若粒子速度方向與磁感應強度方向的夾若粒子速度方向與磁感應強度方向的夾角為角為，則，則F_.3洛倫茲力的方向始終與帶電粒子的運動方向垂洛倫茲力的方向始終與帶電粒子的運動方向垂直，故洛倫茲力不改變帶電粒子運動速度的直，故洛倫茲力不改變帶電粒子運動速度的_，只改變粒子運動的方向洛倫茲力對帶電粒子不只改變粒子運動的方向洛倫茲力對帶電粒子不做功做功qvBqvBsin大小大小核心要點突破核心要點突破一、如何判斷洛倫茲力的方向一、如何判斷洛倫茲力的方向1由左手定則判定決定洛倫茲力方向的因素有由左手定則判定決定

5、洛倫茲力方向的因素有三個：電荷的電性三個：電荷的電性(正、負正、負)、速度方向、磁感應、速度方向、磁感應強度的方向當電荷一定即電性一定時，其他兩強度的方向當電荷一定即電性一定時，其他兩個因素中，如果只讓一個因素相反，則洛倫茲力個因素中，如果只讓一個因素相反，則洛倫茲力方向必定相反；如果同時讓兩個因素相反，則洛方向必定相反；如果同時讓兩個因素相反，則洛倫茲力方向將不變倫茲力方向將不變2在研究電荷的運動方向與磁場方向垂直的情況在研究電荷的運動方向與磁場方向垂直的情況時，由左手定則可知，洛倫茲力的方向既與磁場時，由左手定則可知，洛倫茲力的方向既與磁場方向垂直，又與電荷的運動方向垂直，即洛倫茲方向垂直

6、，又與電荷的運動方向垂直，即洛倫茲力垂直于力垂直于v和和B兩者所決定的平面兩者所決定的平面特別提醒：特別提醒：(1)判斷負電荷在磁場中運動受洛倫茲判斷負電荷在磁場中運動受洛倫茲力的方向，四個手指要伸向負電荷運動的相反方力的方向，四個手指要伸向負電荷運動的相反方向向(2)電荷運動的方向電荷運動的方向v和和B不一定垂直，但洛倫茲力不一定垂直，但洛倫茲力一定垂直于磁感應強度一定垂直于磁感應強度B和速度的方向和速度的方向v.二、對洛倫茲力的理解二、對洛倫茲力的理解1公式推導公式推導設導體內單位長度上自由電荷數(shù)為設導體內單位長度上自由電荷數(shù)為n，自由電荷的，自由電荷的電荷量為電荷量為q，定向移動的速度為

7、，定向移動的速度為v，設長度為，設長度為L的導的導線中的自由電荷在線中的自由電荷在t秒內全部通過截面秒內全部通過截面A，如圖，如圖1542所示，所示，圖圖15422洛倫茲力和安培力的區(qū)別與聯(lián)系洛倫茲力和安培力的區(qū)別與聯(lián)系(1)洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，而安培力是導體中所有定向移動的自由電荷受到而安培力是導體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)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時受到的洛倫盡管安培力是自由電荷定向移動時受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，但也不能認為安培力就簡單地茲力的宏觀表現(xiàn)，但也不能認為安培力就簡單地

8、等于所有定向移動電荷所受洛倫茲力的和，一般等于所有定向移動電荷所受洛倫茲力的和，一般只有當導體靜止時才能這樣認為只有當導體靜止時才能這樣認為(3)洛倫茲力恒不做功，但安培力卻可以做功洛倫茲力恒不做功，但安培力卻可以做功可見安培力與洛倫茲力既有緊密相關、不可分割可見安培力與洛倫茲力既有緊密相關、不可分割的必然聯(lián)系，也有顯著的區(qū)別的必然聯(lián)系，也有顯著的區(qū)別3洛倫茲力與電場力的比較洛倫茲力與電場力的比較洛倫茲力洛倫茲力電場力電場力公式公式FqvB(vB)FqE受力條件受力條件(1)B0(2)v0，即運動電荷，即運動電荷(3)v與與B不平行不平行E0方向方向與與B、v方向垂直方向垂直與與E方向平方向平

9、行行影響大小影響大小的因素的因素q、v、B及及v與與B的夾角的夾角q、E做功情況做功情況總不做功總不做功可以做功可以做功特別提醒：特別提醒：(1)安培力是導體中自由電荷定向移動安培力是導體中自由電荷定向移動所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)(2)vB時，洛倫茲力時，洛倫茲力FqvB，在，在vB時，時，F(xiàn)0，在在v0時時，F(xiàn)0.(3)洛洛倫茲力最重要的一個特點就是恒不做功倫茲力最重要的一個特點就是恒不做功三、帶電粒子在復合場中的直線運動三、帶電粒子在復合場中的直線運動1復合場一般包括重力場、電場和磁場三種場的復合場一般包括重力場、電場和磁場三種場的任意兩種場復合或三種場復合任意兩種場復

10、合或三種場復合2帶電粒子在復合場中運動的分析方法和思路帶電粒子在復合場中運動的分析方法和思路(1)正確進行受力分析，除重力、彈力、摩擦力外正確進行受力分析，除重力、彈力、摩擦力外要特別注意電場力和洛淪茲力的分析要特別注意電場力和洛淪茲力的分析(2)確定帶電粒子的運動狀態(tài)，注意運動情況和受確定帶電粒子的運動狀態(tài)，注意運動情況和受力情況的結合力情況的結合(3)靈活選擇不同的運動規(guī)律靈活選擇不同的運動規(guī)律當帶電粒子在復合場中做勻速直線運動時，粒當帶電粒子在復合場中做勻速直線運動時，粒子受力必然平衡，由平衡條件列方程求解子受力必然平衡，由平衡條件列方程求解對于臨界問題，解決時要認真分析物體所經歷對于臨

11、界問題，解決時要認真分析物體所經歷的物理過程，找出臨界狀態(tài)相對應的臨界條件，的物理過程，找出臨界狀態(tài)相對應的臨界條件，抓住題目中敘述的一些抓住題目中敘述的一些“恰好恰好”、“剛好剛好”、“最大最大”、“最高最高”、“至少至少”等關鍵詞為突破口，挖掘隱含條等關鍵詞為突破口，挖掘隱含條件，探究臨界位置或狀態(tài)件，探究臨界位置或狀態(tài)特別提醒：特別提醒：(1)電子、質子、電子、質子、粒子等一般不計重粒子等一般不計重力，帶電小球、塵埃、液滴等帶電顆粒一般要考力，帶電小球、塵埃、液滴等帶電顆粒一般要考慮重力的作用慮重力的作用(2)注意重力、電場力做功與路徑無關，洛倫茲力注意重力、電場力做功與路徑無關，洛倫茲

12、力始終和運動方向垂直，永不做功的特點始終和運動方向垂直，永不做功的特點課堂互動講練課堂互動講練 長方體金屬塊放在勻強磁場中，有電流通長方體金屬塊放在勻強磁場中，有電流通過金屬塊，如圖過金屬塊，如圖1543所示，則下面正確的是所示，則下面正確的是()A金屬塊上表面電勢高于下表面電勢金屬塊上表面電勢高于下表面電勢B金屬塊上表面電勢低于下表面電勢金屬塊上表面電勢低于下表面電勢C金屬塊上表面電勢等于下表面電勢金屬塊上表面電勢等于下表面電勢D無法比較上、下表面的電勢高低無法比較上、下表面的電勢高低洛倫茲力方向的判定洛倫茲力方向的判定圖圖1543【解析解析】金屬導電是由于金屬中自由電子定向金屬導電是由于金

13、屬中自由電子定向移動引起的，當金屬塊中有電流時，自由電子運移動引起的，當金屬塊中有電流時，自由電子運動方向和電流方向相反，由左手定則可判斷自由動方向和電流方向相反，由左手定則可判斷自由電子所受洛倫茲力方向向下，即自由電子向下偏電子所受洛倫茲力方向向下，即自由電子向下偏轉，所以上表面電勢較下表面高轉，所以上表面電勢較下表面高【答案答案】A【點評點評】判斷洛倫茲力的方向時，首先應明確判斷洛倫茲力的方向時，首先應明確磁場方向和帶電粒子的電性及其運動方向，然后磁場方向和帶電粒子的電性及其運動方向，然后根據(jù)左手定則判定根據(jù)左手定則判定變式訓練變式訓練1圖圖1544陰極射線管中粒子流向由左向右，其上方放置

14、一陰極射線管中粒子流向由左向右，其上方放置一根通有如圖根通有如圖1544所示電流的直導線，導線與所示電流的直導線，導線與陰極射線管平行，則陰極射線將陰極射線管平行，則陰極射線將()A向上偏轉向上偏轉B向下偏轉向下偏轉C向紙里偏轉向紙里偏轉D向紙外偏轉向紙外偏轉解析：解析：選選B.由安培定則，電流在其下方所產生的由安培定則，電流在其下方所產生的磁場方向垂直紙面向里，由左手定則，電子流所磁場方向垂直紙面向里，由左手定則，電子流所受洛倫茲力向下，故向下偏轉，則選受洛倫茲力向下，故向下偏轉，則選B. 不計重力的負粒子能夠在如圖不計重力的負粒子能夠在如圖1545所所示的正交勻強電場和勻強磁場中勻速直線穿

15、示的正交勻強電場和勻強磁場中勻速直線穿過設產生勻強電場的兩極板間電壓為過設產生勻強電場的兩極板間電壓為U，距離為，距離為d，勻強磁場的磁感應強度為，勻強磁場的磁感應強度為B，粒子電荷量為，粒子電荷量為q，進入速度為進入速度為v，以下說法正確的是，以下說法正確的是()速度選擇器速度選擇器圖圖1545A若同時增大若同時增大U和和B，其他條件不變，則粒子一，其他條件不變，則粒子一定能夠直線穿過定能夠直線穿過B若同時減小若同時減小d和增大和增大v，其他條件不變，則粒，其他條件不變，則粒子可能直線穿過子可能直線穿過C若粒子向下偏能夠飛出極板間，則粒子動能若粒子向下偏能夠飛出極板間，則粒子動能一定減小一定

16、減小D若粒子向下偏能夠飛出極板間，則粒子的動若粒子向下偏能夠飛出極板間，則粒子的動能有可能不變能有可能不變【答案答案】BC【點評點評】帶電粒子在電磁場中的運動，一定要帶電粒子在電磁場中的運動，一定要綜合分析所受的電場力和洛倫茲力的情況，才能綜合分析所受的電場力和洛倫茲力的情況，才能作出正確的解答作出正確的解答變式訓練變式訓練2一個質子以速度一個質子以速度v穿過相互垂直的電穿過相互垂直的電場和磁場區(qū)域而沒有偏轉，如圖場和磁場區(qū)域而沒有偏轉，如圖1546所示所示圖圖1546A若電子以速度若電子以速度v射入該區(qū)域，電子將會偏轉射入該區(qū)域，電子將會偏轉B無論何種帶電粒子，只要以相同的速率無論何種帶電粒

17、子，只要以相同的速率v射入射入該區(qū)域都不會發(fā)生偏轉該區(qū)域都不會發(fā)生偏轉C若質子的入射速度若質子的入射速度vv，它將向上偏轉，其，它將向上偏轉，其軌跡是一條拋物線軌跡是一條拋物線D若質子的入射速度若質子的入射速度vv，它將向下偏轉，其，它將向下偏轉，其軌跡是一條拋物線軌跡是一條拋物線 如圖如圖1547所示，豎直絕緣桿處于方向所示，豎直絕緣桿處于方向彼此垂直，大小為彼此垂直，大小為E、B的勻強電、磁場中，一個的勻強電、磁場中，一個質量為質量為m、帶電量為、帶電量為q的小球，從靜止開始沿桿的小球，從靜止開始沿桿下滑，且與桿的動摩擦因數(shù)為下滑，且與桿的動摩擦因數(shù)為，試求：，試求：(1)小球速度為多大時

18、，加速度最大？是多少？小球速度為多大時，加速度最大？是多少？(2)小球下滑的最大速度是多少？小球下滑的最大速度是多少？帶電粒子在復合場中的直線運動帶電粒子在復合場中的直線運動圖圖1547圖圖1548【點評】【點評】洛倫茲力不但與磁場與電荷有關，洛倫茲力不但與磁場與電荷有關，還與電荷的運動狀態(tài)有關，在解決此類問題時還與電荷的運動狀態(tài)有關，在解決此類問題時要用動態(tài)的眼光，從受力分析入手，查找臨界要用動態(tài)的眼光，從受力分析入手，查找臨界狀態(tài)，從而得出正確結果狀態(tài)，從而得出正確結果變式訓練變式訓練3圖圖1549如圖如圖1549所示，一個帶負電的滑環(huán)套在水平所示，一個帶負電的滑環(huán)套在水平且足夠長的粗糙的

19、絕緣桿上，整個裝置處于方向且足夠長的粗糙的絕緣桿上，整個裝置處于方向如圖所示的勻強磁場如圖所示的勻強磁場B中現(xiàn)給滑環(huán)施以一個水平中現(xiàn)給滑環(huán)施以一個水平向右的瞬時沖量，使其由靜止開始運動，則滑環(huán)向右的瞬時沖量，使其由靜止開始運動，則滑環(huán)在桿上的運動情況可能是在桿上的運動情況可能是()A始終做勻速運動始終做勻速運動B開始做減速運動，最后靜止于桿上開始做減速運動，最后靜止于桿上C先做加速運動，最后做勻速運動先做加速運動，最后做勻速運動D先做減速運動，最后做勻速運動先做減速運動，最后做勻速運動解析：解析：選選ABD.帶負電滑環(huán)向右運動時所受洛倫茲帶負電滑環(huán)向右運動時所受洛倫茲力方向向上，其大小與滑環(huán)初

20、速度大小有關由力方向向上，其大小與滑環(huán)初速度大小有關由于滑環(huán)初速度的大小未具體給定，因而洛倫茲力于滑環(huán)初速度的大小未具體給定，因而洛倫茲力與滑環(huán)重力可出現(xiàn)三種不同的關系：與滑環(huán)重力可出現(xiàn)三種不同的關系：(1)當洛倫茲力等于重力，則滑環(huán)做勻速運動當洛倫茲力等于重力，則滑環(huán)做勻速運動(2)當洛倫茲力開始時小于重力，滑環(huán)將做減速運當洛倫茲力開始時小于重力，滑環(huán)將做減速運動，最后停在桿上動，最后停在桿上(3)當洛倫茲力開始時大于重力，滑環(huán)所受的洛倫當洛倫茲力開始時大于重力，滑環(huán)所受的洛倫茲力隨速度減小而減小，滑環(huán)與桿之間擠壓力將茲力隨速度減小而減小，滑環(huán)與桿之間擠壓力將逐漸減小，因而滑環(huán)所受的摩擦力減小，當擠壓逐漸減小，因而滑環(huán)所受的摩擦力減小，當擠壓力為零時，摩擦力為零，滑環(huán)做勻速運動故正力為零時，摩擦力為零，滑環(huán)做勻速運動故正確的選項為確的選項為A、B、D.