微专题复习：磁场对运动电荷的作用力(共21张PPT)

(共21张PPT)
微专题复习：磁场对运动电荷的作用力
选择性必修二 第一章 安培力与洛伦兹力
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1.能熟练用左手定则判断运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向，并能分析相关问题；
2.会熟练计算洛伦兹力的大小；
3.回顾电视显像管的基本构造及工作的基本原理；
4.会分析带电体在匀强磁场中的运动．
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I
F安
F洛
安培力
洛伦兹力
宏观
微观
F安=N·F洛
【主题一】洛伦兹力的方向
1.洛伦兹力：
(1)定义：_________ 在磁场中受到的力．
运动电荷
(2)与安培力的关系：通电导线在磁场中受到的安培力是洛伦兹力的宏观表现．
v
v
（1）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；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向（负电荷运动的反方向），这时拇指所指的方向就是运动的正电荷（负电荷）所受洛伦兹力的方向。
【主题一】洛伦兹力的方向
2.洛伦兹力的方向：
(2)方向特点：F⊥B，F⊥v.即F垂直于B、v决定的平面．(注意B和v可以有任意夹角)
3．洛伦兹力的作用效果：
只改变运动电荷速度的方向，不改变运动电荷速度的大小。
洛伦兹力对运动电荷永远不做功！
例1、如图所示，美国物理学家安德森在研究宇宙射线时，在云雾室里观察到有一个粒子的径迹和电子的径迹弯曲程度相同，但弯曲方向相反，从而发现了正电子，获得了诺贝尔物理学奖．云雾室中磁场方向可能是 (　　)
A．垂直纸面向外
B．垂直纸面向里
C．沿纸面向上
D．沿纸面向下
【解析】　
【答案】　
B
由左手定则可知，磁场方向可能垂直纸面向里，故B正确．
【典型例题】
【典型例题】
变式训练1-1、一带正电的物体固定在小车的底板上，其中小车绝缘，整个装置静止在水平地面上，在空间施加一垂直纸面向里的匀强磁场，如果保持小车不动，使匀强磁场沿水平方向向左匀速运动。则下列说法正确的是（　　）
A．带电物体所受的洛伦兹力为零
B．带电物体受洛伦兹力且方向竖直向下
C．小车对地面的压力变大
D．地面对小车的支持力变小
【解析】　
D
【答案】　
由牛顿第三定律可知小车对地面的压力变小，
受洛伦兹力的带电物体的速度不是相对地面而言，而是相对磁场。
题中匀强磁场向左匀速运动，
相当于小车水平向右匀速运动，
由左手定则可知，带电物体所受的洛伦兹力方向竖直向上，
A、B均错误；
则地面对小车的支持力变小，
C错误，D正确。
【主题二】洛伦兹力的大小
1．洛伦兹力的大小：

v

v与B成θ时，F洛=qvBsinθ
(1) v∥B，F洛=0；
(2) v⊥B，F洛=qvB
★当电荷相对磁场静止时：＝0.
【典型例题】
例2、如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均B，方向如图；带电粒子的速率均为,方向如图；带电荷量均为,电性如图。关于各电荷所受洛伦兹力，说法正确的是（　　）
【解析】　
【答案】　
A. （1）中电荷受到的洛伦兹力大小等于
B. （2）中电荷受到的洛伦兹力大小等于0
C. （3）中电荷受到的洛伦兹力大小等于
D. （4）中电荷受到的洛伦兹力平行于纸面斜向左上
A．(1)中，速度与磁场垂直，电荷受洛伦兹力等于，A错误；
D
B．(2)中，电荷受到的洛伦兹力大小等于，不为0，B错误；
C．(3)中，电荷不受洛伦兹力的作用，C错误；
D．(4)中，电荷受到的洛伦兹力平行于纸面、垂直于速度斜向左上方，D正确。
变式训练2-1
变式训练2-1、当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则带电粒子在线管中做（　　）
A．匀速直线运动
B．加速直线运动
C．减速直线运动
D．匀速圆周运动
【解析】　
【答案】　
A
由于长通电螺线管中产生的磁场方向平行于螺线管的中心轴线，与正粒子的运动方向平行，则正粒子在磁场中不受洛伦兹力，粒子重力不计，所以粒子做匀速直线运动，故A正确，BCD错误。
★洛伦兹力的特点
解题技巧：
2.运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用．
1.利用左手定则判断洛伦兹力的方向，注意区分正、负电荷．
3.洛伦兹力一定不做功．
【主题三】电子束的磁偏转
1．显像管的构造：如图所示，由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成
2．显像管的原理:
(1)电子枪发射高速电子．
(2)电子束在磁场中偏转．
(3)荧光屏被电子束撞击时发光．
3．显像管的扫描：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不断移动，这在电视技术中叫做扫描．
【典型例题】
例3、如图所示，电视显像管中有一个电子枪，工作时它能发射电子，荧光屏被电子束撞击就能发光．在偏转线圈处有垂直于纸面的磁场B1和平行于纸面方向竖直的磁场B2，就是靠这样的磁场来使电子束偏转，使整个荧光屏发光．经检测仅有一处故障：磁场B1不存在，则荧光屏上(　　)
A．不亮
B．仅有一个中心亮点
C．仅有一条水平亮线
D．仅有一条竖直亮线
【解析】　
【答案】　
C
所以在荧光屏上仅有一条水平亮线，故C正确．
磁场B1不存在，只有平行于纸面方向竖直的磁场B2，
电子垂直进入该磁场后，所受的洛伦兹力为水平方向，
变式训练3-1、显像管的原理示意图如图所示，当没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点．安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转．设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，如果要使电子束打在荧光屏上的位置由A点逐渐移动到B点，下列磁场能够使电子束发生上述偏转的是 (　　)
【解析】　
【典型例题】
【答案】　
A
故能够使电子束发生上述偏转的磁场是选项A.
要使电子束打在荧光屏上的位置由A点逐渐移动到B点，
可知电子先向上偏转后向下偏转，
A到O过程中洛伦兹力向上，
根据左手定则，此过程中磁场方向应该垂直纸面向外，即为负
O到B过程中洛伦兹力向下，
根据左手定则，此过程中磁场方向应该垂直纸面向里，即为正
v
v
【主题四】带电体在洛伦兹力作用下的运动
1．带电体在匀强磁场中速度变化时洛伦兹力的大小往往随之变化，并进一步导致弹力、摩擦力的变化，带电体将在变力作用下做变加速运动．
2．利用牛顿运动定律和平衡条件分析各物理量的动态变化时要注意弹力为零的临界状态，此状态是弹力方向发生改变的转折点．
【典型例题】
例4、如图所示，一个质量为m=1.5×10-4kg的小滑块，带有q=5×10-4C的电荷量，放置在倾角的光滑绝缘斜面上，斜面固定且置于的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，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，将脱离斜面（，g取10m/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】　
【答案】　
（1）带负电荷；（2）4.8m/s；（3）1.92m
（1）小滑块沿斜面下滑过程中，受重力mg、斜面支持力和洛伦兹力。
若要小滑块离开斜面，洛伦兹力的方向应垂直斜面向上，
（2）小滑块沿斜面下滑时，垂直斜面方向的加速度为零，有
当FN=0时，小滑块开始脱离斜面，此时有
得
（3）下滑过程中，只有重力做功，由动能定理得
，斜面的长度至少应为
根据左手定则可知，小滑块应带有负电荷。
【典型例题】
变式训练4-1、如图所示，倾角为θ的粗糙绝缘斜面(足够长)置于方向垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度为B.质量为m、电荷量为q的带电滑块由静止释放，下滑x距离后飞离斜面．已知滑块与斜面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，下列说法正确的是 (　　)
A．滑块带负电
B．滑块在斜面上做匀加速直线运动
C．滑块离开斜面瞬间的速率为
D．滑块克服摩擦力做的功为
【解析】　
【答案】　
C
下滑x距离后飞离斜面，说明滑块所受洛伦兹力垂直于斜面向上，
由左手定则可知，滑块带正电，
故A错误；
滑块由静止释放后在斜面上向下做加速运动，
当滑块的速度为v时所受洛伦兹力F＝qvB，
对滑块，由牛顿第二定律得：
mgsin θ－μ(mgcos θ－qvB)＝ma，
解得：
a＝g(sin θ－μcos θ)＋，
滑块向下做加速运动，速度v不断增大，加速度a不断增大，滑块在离开斜面前做加速度增大的加速运动，故B错误；
斜面对滑块的支持力恰好为零时将离开斜面，设此时滑块的速度为v′，在垂直于斜面方向，有：
，
解得：v′＝，
故C正确；
从滑块开始下滑到离开斜面过程，设滑块克服摩擦力做功为Wf，对滑块，
由能量守恒定律得：
mgxsin θ＝mv′2＋Wf，
解得：
Wf＝mgxsin θ－
故D错误．
【典型例题】
【解析】　
【答案】　
例5、如图所示为一个质量带电量为的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，现给圆环向右初速度，在此后的运动过程中，下列说法正确的是（　　）
A．圆环可能做匀减速运动
B. 圆环克服摩擦力所做的功一定为
C．圆环不可能做匀速直线运动
D. 圆环克服摩擦力所做的功可能为
圆环带正电，磁场方向垂直纸面向里，由左手定则可判定,当圆环水平向右运动时洛伦兹力方向竖直向上，
当时，即
圆环不受水平杆的弹力作用，
摩擦力==0,
圆环将做匀速直线运动；
当时，即
圆环减速，洛伦兹力减小，
圆环圆环与杆间的正压力增大，
摩擦力=,增大，
加速度增大，最终圆环停下来，
则克服摩擦力所做功为;
当时，即
圆环先减速，洛伦兹力减小，
圆环与杆间的正压力小，
摩擦力=,减小，
加速度减小，
当洛伦兹力减小到重力大小时，
开始以的速度做匀速直线运动，
则克服摩擦力所做功为.
D
变式训练5-1
【解析】　
变式训练5-1、如图甲所示，一个质量为m、电荷量为q的圆环可在水平放置的足够长的粗糙绝缘细杆上滑动，细杆处于匀强磁场中，不计空气阻力，现给圆环向右的初速度v0，在以后运动过程中的速度－时间图像如图乙所示．则关于圆环所带的电性，匀强磁场的磁感应强度B，下列说法正确的是(重力加速度为) (　　)
A．圆环带负电，
B．圆环带正电，
C．圆环带负电，
D．圆环带正电，
故B正确，A、C、D错误．
由乙图知，圆环先减速再匀速，
则洛伦兹力竖直向上，
根据左手定则可知，
圆环带正电，
又圆环在竖直方向上受力平衡，
圆环最后做匀速直线运动，
则圆环在水平方向所受摩擦力减为0，
则，
则有＝mg，
即B＝；
【答案】　
B
5．对于定性分析的问题还可以采用极限法进行推理，从而得到结论．
求解带电体在磁场中的运动问题的解题步骤
规律总结：
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．根据物体的平衡条件或牛顿第二定律列方程求解；
大小：v⊥B，F洛=qvB
方向：左手定则
应用：显像管及带电体在磁场中的运动问题
课堂小结：
F洛
再 见 ！