高二物理人教選修3-1第三章第5節(jié)《運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力》（新人教）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 5運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力 1 洛倫茲力 在磁場(chǎng)中受到的力稱為洛倫茲力 2 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個(gè)平面內(nèi) 讓 從掌心進(jìn)入 并使四指指向 運(yùn)動(dòng)的方向 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 磁感線 正電荷 洛倫茲力 相反 3 洛倫茲力的大小帶電量為q的粒子 以速率v進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 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f 2 當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí) 洛倫茲力f 3 當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角為 時(shí) 洛倫茲 力f qvB qvBsin 0 4 電視顯像管的工作原理 陰極發(fā)射 經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)線圈 偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電子運(yùn)動(dòng)方向垂直 電子受 作用發(fā)生偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn)后的電子打在熒光屏上 使熒光屏發(fā)光 電子 洛倫茲力 知識(shí)點(diǎn)1洛倫茲力的方向 太陽(yáng)風(fēng)是一種連續(xù)存在 來(lái)自太陽(yáng)并以200 800km s的速度運(yùn)動(dòng)的帶電粒子流 太陽(yáng)風(fēng)對(duì)地球的影響很大 當(dāng)它抵達(dá)地球時(shí) 往往引起很大的磁暴 且會(huì)在地球兩極形成絢麗多彩如同夢(mèng)幻般的極光 圖3 5 1 討論 1 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力稱為 力的方向 可用 定則來(lái)判斷 洛倫茲力 左手 2 為什么會(huì)在地球兩極形成極光 太陽(yáng)風(fēng)是太陽(yáng)噴射出的帶電粒子流 當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)進(jìn)入地磁場(chǎng)時(shí) 由于地磁場(chǎng)的作用 太陽(yáng)風(fēng)中的帶電粒子進(jìn)入地球南北兩極地區(qū) 兩極的高層大氣 受到太陽(yáng)風(fēng)的轟擊后會(huì)發(fā)出光芒 形成極光 1 洛倫茲力方向的判斷 1 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個(gè)平面內(nèi) 讓磁感線從掌心進(jìn)入 并使四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向 這時(shí)拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向 2 判斷負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受洛倫茲力的方向 四指要指 向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的相反方向 也就是電流的方向 2 對(duì)洛倫茲力方向的理解 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?2 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 注意 v與B不一定垂直 3 洛倫茲力的特點(diǎn) 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 洛倫茲力只改變電荷速度的方向 不能改變速度的大小 例1 如圖3 5 2所示 在陰極射線管正上方平行放 一通有強(qiáng)電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線 則陰極射線將 A 向紙內(nèi)偏B 向紙外偏C 向下偏轉(zhuǎn) D 向上偏轉(zhuǎn) 圖3 5 2 解析 直線電流在陰極射線管位置產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外 陰極射線帶負(fù)電 向右運(yùn)動(dòng) 由左手定則判斷出洛倫茲力的方向向上 射線向上偏轉(zhuǎn) 答案 D 觸類旁通 1 關(guān)于帶電粒子所受洛倫茲力f 磁感應(yīng)強(qiáng)度B和粒子速 度v三者之間的關(guān)系 下列說(shuō)法中正確的是 A f B v三者必定均相互垂直B f必定垂直于B v 但B不一定垂直vC B必定垂直于f 但f不一定垂直于vD v必定垂直于f 但f不一定垂直于B解析 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 但v和B不一定垂直 B對(duì) 答案 B 知識(shí)點(diǎn)2洛倫茲力的大小 洛倫茲力公式的推導(dǎo) 設(shè)導(dǎo)線內(nèi)單位長(zhǎng)度的自由電荷數(shù)為n 自由電荷的電荷量為q 定向移動(dòng)的速度為v 設(shè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的導(dǎo)線中的自由電荷在時(shí)間t秒內(nèi)全部通過(guò)截面A 導(dǎo)線垂直放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 如圖3 5 3所示 圖3 5 3 1 時(shí)間t秒內(nèi)通過(guò)截面A的電荷量Q 2 導(dǎo)線中的電流I 3 導(dǎo)線所受安培力F ILB 故F 4 洛倫茲力f FnL nqL nqvt Qt nqv nqvLB qvB 1 洛倫茲力的大小 f qvBsin 其中 是帶電粒子的運(yùn) 動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角 1 當(dāng)v B時(shí) 90 所以f qvB 2 當(dāng)v B時(shí) 0 所以f 0 即運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)平行 時(shí) 不受洛倫茲力 3 當(dāng)v 0時(shí) f 0 即靜止電荷不受洛倫茲力 2 洛倫茲力與安培力的關(guān)系 1 洛倫茲力是單個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力 而安培力是導(dǎo)體中所有定向移動(dòng)的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) 2 盡管安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) 但洛倫茲力不做 功 但安培力卻可以做功 例2 在如圖3 5 4所示的情形中 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B 帶電粒子的速率均為v 帶電荷量均為q 試求出 圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小 并指出洛倫茲力的方向 圖3 5 4 題后反思 1 用左手定則判斷洛倫茲力方向時(shí) 要特別注意運(yùn)動(dòng)電荷的正負(fù) 四指應(yīng)指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向 或指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向 2 計(jì)算洛倫茲力的大小時(shí) 應(yīng)注意弄清v與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向關(guān)系 當(dāng)v B時(shí) 洛倫茲力f qvB 當(dāng)v B時(shí) f 0 當(dāng)v與B成 角 0 90 時(shí) 應(yīng)將v 或B 進(jìn)行分解取它們垂直 的分量計(jì)算 觸類旁通 2 關(guān)于電荷在磁場(chǎng)中受力 下列說(shuō)法中正確的是 A 靜止的電荷一定不受洛倫茲力的作用 運(yùn)動(dòng)電荷一定 受到洛倫茲力的作用 D B 洛倫茲力的大小始終滿足f qvBC 若電荷穿過(guò)某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn) 不計(jì)其他力 則此空間一定不存在磁場(chǎng)D 帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)平行時(shí) 一定不受洛倫茲力的作用 知識(shí)點(diǎn)3電視顯像管的工作原理 電視機(jī)的內(nèi)部顯像管中 電子槍射出的是一束細(xì)細(xì)的電子束 為什么整個(gè)屏幕都能發(fā)光 若在電視機(jī)附近放置一個(gè)很強(qiáng)的磁鐵 電視畫面將會(huì)出現(xiàn)顏色失真的現(xiàn)象 這又是為什么 圖3 5 5 電視顯像管應(yīng)用了電子束在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)原理 電子束射向熒光屏就能發(fā)光 一束電子束只能使熒光屏上的一個(gè)點(diǎn)發(fā)光 而通過(guò)偏轉(zhuǎn)線圈中磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)就可以使整個(gè)熒光屏發(fā)光 所以若在電視機(jī)前放一個(gè)磁性很強(qiáng)的磁鐵 會(huì)使電子束運(yùn)動(dòng)方向改變 造成電視畫面出現(xiàn)顏色失真 1 電視顯像管的構(gòu)造 如圖3 5 5所示 實(shí)際上是一個(gè)陰極射線管和偏轉(zhuǎn)線圈的組合 陰極射線管內(nèi)有電子槍和熒光屏 2 電視顯像管的工作原理 陰極發(fā)射電子 經(jīng)過(guò)偏轉(zhuǎn)線圈 偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)和電子運(yùn)動(dòng)方向垂直 電子受洛倫茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn)后的電子打在熒光屏上 使熒光屏發(fā)光 例3 如圖3 5 6 沒有磁場(chǎng)時(shí) 顯像管內(nèi)電子束打在熒光屏正中的O點(diǎn) 加磁場(chǎng)后電子束打在熒光屏O點(diǎn)上方的P 點(diǎn) 則所加磁場(chǎng)的方向可能是 A 垂直于紙面向內(nèi)B 垂直于紙面向外C 平行于紙面向右D 平行于紙面向左 圖3 5 6 解析 電子受到的洛倫茲力的方向向上 由左手定則 可判定磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外 B項(xiàng)正確 答案 B 觸類旁通 3 如圖3 5 7所示為電視機(jī)顯像管偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖 當(dāng)線圈通以圖示的直流電時(shí) 形成的磁場(chǎng)如圖所示 一束沿著 管徑軸線垂直射向紙內(nèi)的電子將 A 向上偏轉(zhuǎn)B 向下偏轉(zhuǎn)C 向右偏轉(zhuǎn)D 向左偏轉(zhuǎn)圖3 5 7 解析 由安培定則可知 通電線圈中心位置處的合磁場(chǎng)方向是豎直向下的 再由左手定則判斷得出電子束所受的洛倫茲力水平向右 故C對(duì) 答案 C 洛倫茲力與電場(chǎng)力 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力 電場(chǎng)對(duì)任何帶電粒子都存在電場(chǎng)力的作用 因此在處理帶電粒子在磁場(chǎng) 電場(chǎng)中的相關(guān)問(wèn)題時(shí)必須注意區(qū)分洛倫茲力與電場(chǎng)力兩者的不同 例4 一個(gè)電子穿過(guò)某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn) 則 A 此空間一定不存在磁場(chǎng)B 此空間一定不存在電場(chǎng)C 此空間可能只有勻強(qiáng)磁場(chǎng) 方向與電子速度垂直D 此空間可能有相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng) A 此空間一定不存在磁場(chǎng)B 此空間一定不存在電場(chǎng)C 此空間可能只有勻強(qiáng)磁場(chǎng) 方向與電子速度垂直D 此空間可能有相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng) 解析 電子穿過(guò)某一空間而未發(fā)生偏轉(zhuǎn) 說(shuō)明電子可能不受外力 可能合外力為零或外力的方向與速度方向在一直線上 當(dāng)v B或B 0時(shí) 洛倫茲力為零 電子不偏轉(zhuǎn) A錯(cuò)誤 速度v B時(shí) 洛倫茲力不為零 且與v垂直 必偏轉(zhuǎn) C錯(cuò)誤 電子在電場(chǎng)中所受的靜電力和運(yùn)動(dòng)方向在同一直線上時(shí) 電子運(yùn)動(dòng)方向不發(fā)生偏轉(zhuǎn) B錯(cuò)誤 當(dāng)電子所受靜電力和洛倫茲力平衡時(shí)也不發(fā)生偏轉(zhuǎn) 故D正確 答案 D 觸類旁通 4 雙選 有關(guān)電荷所受電場(chǎng)力和洛倫茲力的說(shuō)法中 正確 的是 BD A 電荷在磁場(chǎng)中一定受洛倫茲力的作用B 電荷在電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力的作用C 電荷受電場(chǎng)力的方向與該處的電場(chǎng)方向一致D 電荷若受洛倫茲力 則受力方向與該處的磁場(chǎng)方向垂直 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全