1.2 磁场对运动电荷的作用力 课件(共42张PPT) 2024-2025学年人教版(2019)高中物理选择性必修第二册

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名称 1.2 磁场对运动电荷的作用力 课件(共42张PPT) 2024-2025学年人教版(2019)高中物理选择性必修第二册
格式 pptx
文件大小 15.1MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2024-12-19 13:19:33

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文档简介

(共42张PPT)
1.2 磁场对运动电荷的作用力
人教版(2019)物理(选择性必修第二册)
第一章 安培力与洛伦兹力
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
素养目标
1.通过实验,认识洛伦兹力。能判断洛伦兹力的方向,会计算洛伦兹力的大小
2.掌握洛伦兹力公式的推导过程,会用公式分析求解洛伦兹力
3.了解显像管的基本构造及工作的基本原理,认识电子束的磁偏转,体会物理知识与科学技术的关系
磁场对通电导线有作用力
带电粒子的定向移动形成了电流
磁场对运动电荷有作用力吗?
如果有,力的方向和大小又是怎样的呢?
电流方向
新课讲解
观察电子束在磁场中受力偏转
实验装置
抽成真空的玻璃管,玻璃管的两个电极分别连接到高压电源两极
玻璃管的阴极发射电子,电子在电场的加速下飞向阳极
没有磁场时候,电子束呈现一条直线
观察电子束在磁场中受力偏转
观察电子束在磁场中受力偏转
实验现象
现象:当 N 极在纸面朝外靠近电子束时,电子束向下偏转
当 S 极在纸面朝外靠近电子束时,电子束向上偏转
观察电子束在磁场中受力偏转
实验结论
磁场对运动电荷有作用力
磁场对运动电荷的作用力的方向与磁场方向有关
-
+
分析:
①在磁场作用下,电子束的径迹发生偏转,说明电子受到力的作用
②磁场方向改变,电子束径迹的偏转方向发生改变,说明力的方向与磁场方向有关
这个力称为洛伦兹力
N
温故知新
伸开左手,使拇指和其余四指垂直,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
电流方向
左手定则
这时拇指所指方向就是该通电导线所受安培力方向。
正电荷运动方向
这时拇指所指方向就是该正电荷所受洛伦兹力方向。
试着用左手定则判断电子所受洛伦兹力的方向
试判断下列图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向、或带电粒子的电性、或带电粒子的运动方向
v
F洛
F洛
B
垂直于纸面向里运动
B
v
B
F洛
v
B
+
v
B
v
B
洛仑兹力垂直于纸面向外
F洛=0
F洛=0
经典例题
温故知新
导线中电流的方向与磁场的方向垂直时,安培力的大小为
安培力
洛伦兹力
微观实质
宏观表现
问题:可否通过安培力公式推导洛伦兹力公式?
思考与讨论
设有一段长为L,横截面积为S的直导线,单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q,自由电荷定向移动的速率为 v。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中
Q=nqSL=nqS·vt
洛伦兹力怎么算呢?
提示
- - - - - -
- - - - - -
I=nqsv
N=nLs
每个自由电荷所受的洛伦兹力大小 :
F=BIL
I
F安
F洛
安培力
洛伦兹力
F安=N·F洛
洛伦兹力F与v、B三者之间的方向关系
V
v1
v2
V
B
B
F
+
F
+
F既与B垂直又与v垂直,即垂直于B和v所确定的平面,但B与v不一定垂直
洛伦兹力对物体的运动能起到什么作用?
洛伦兹力对电荷不做功,只改变粒子速度的方向,不改变粒子速度的大小。
洛伦兹力的大小
当电荷运动的方向与磁场方向垂直时(v⊥B):F洛=qvB
上式中各量的单位:
F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力
洛伦兹力的计算公式
洛伦兹力F洛
牛顿(N)
磁感应强度B
电荷q
速度v
特斯拉(T)
库伦(C)
米每秒(m/s)
当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为θ时,电荷所受的洛伦兹力为什么?
B1
B2
B
F = B2IL
=BILsinθ (θ 为 B 与 I 的正向夹角)
v
B∥
B┴
L1
F = BIL1
=BILsinθ (θ 为 B 与 I 的正向夹角)
v
v┴
v∥
F=qvBsin θ,θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角:
①当θ=90°时,v⊥B,sin θ=1,F=qvB,即运动方向与磁场垂直时,洛伦兹力最大。
②当v∥B 时,θ=0°,sin θ=0,F=0,即运动方向与磁场平行时,不受洛伦兹力。
③当电荷静止于磁场中时(v =0): F洛=0 (即静止电荷不受洛伦兹力)
v
v
分类 洛伦兹力 安培力
区别 洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力 安培力是指通电直导线所受到的磁场力
洛伦兹力不做功 安培力可以做功
联系 ①安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观本质。 ②大小关系:F安=NF洛(N是导体中定向运动的电荷数)。 ③方向关系:洛伦兹力与安培力均可用左手定则进行判断 洛伦兹力与安培力的关系
电子束的磁偏转
电视显像管的工作原理
洛伦兹力的方向与粒子的运动速度方向垂直,当粒子在磁场中运动时,因受到洛伦兹力的作用,就会发生偏转。显像管电视机中就应用了电子束磁偏转的原理
主要构造:电子枪(阴极)、偏转线圈、荧光屏等。
原理:应用电子束磁偏转的道理。
在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场,其方向、强弱在不断变化,电子束打在荧光屏上的光点在不断移动 ——扫描。
电视显像管
-
竖直向上
③若要使电子束打在荧光屏上的位置由B逐渐向A点移动,偏转磁场应该怎样变化?
①若要使电子束在水平方向偏离中心,打在荧光屏上的A点,偏转磁场应该沿什么方向?
②若要使电子束打在B点,磁场应该沿什么方向?
竖直向下
思考与讨论
先竖直向上并逐渐减小;然后竖直向下并逐渐增大。
扫描
实际上,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就像右图所示那样不断移动,这在显示技术中叫作扫描。
电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场,电视机中的显像管每秒要进行50场扫描,所以我们感到整个荧光屏都在发光。
科学漫步
正电子的发现
在粒子物理研究中,带电粒子在云室等探测装置中的径迹是非常重要的实验证据。根据对不同粒子径迹的分析和比较,科学家可以得到粒子的带电情况、运动情况等许多信息,甚至可以发现新粒子。
1930年,英国物理学家狄拉克从理论上预言了电子的反粒子的存在,这个反粒子就是正电子。正电子与电子质量相同,但是带等量的正电荷,
也可以说,它是带正电荷的电子。
C.D.安德森 1930 年起就负责用云室观测宇宙射线。云室置于磁场中。为了鉴别粒子的性质,在云室中安有几块金属板,粒子穿过金属板,就可以区别其能量。1932 年 8 月 2 日,C.D.安德森在照片中发现一条奇特的径迹,与电子的径迹相似,却又具有相反的方向(如图 36 – 1 所示),显示这是某种带正电的粒子。从曲率判断,又不可能是质子。于是他果断地得出结论,这是带正电的电子。
安德森使用过的云室和磁铁
1.关于安培力、电场力和洛伦兹力,下列说法正确的是(  )
A.电荷在电场中一定受电场力作用,电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用
B.安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观表现
C.电场力一定沿电场方向,洛伦兹力一定沿磁场方向
D.安培力、洛伦兹力和电场力都可以做功
经典例题
B
答案:B
解析:电荷在电场中一定受电场力作用,电荷在磁场中只有速度不与磁场平行的运动的电荷才受洛伦兹力作用,故A错误;安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观表现,故B正确;正电荷所受的电场力一定沿电场方向,洛伦兹力一定与磁场方向垂直,故C错误;安培力和电场力都可以做功,洛伦兹力方向与速度方向垂直,所以不做功,故D错误,故选B。
经典例题
2.显像管的工作原理图如图所示,图中阴影区域没有磁场时,从电子枪发出的电子打在荧光屏正中心的O点。为使电子在竖直方向偏离中心,打在荧光屏上的A点,阴影区域所加磁场的方向是(  )
A.竖直向上         
B.竖直向下
C.垂直于纸面向内
D.垂直于纸面向外
D
答案:D
解析:根据左手定则可以得知,电子开始上偏,受向上的洛伦磁力,故磁场的方向垂直纸面向外,故选D。
一、洛伦兹力的方向
左手定则
F既与B垂直又与v垂直,即垂直于B和v所确定的平面,但B与v不一定垂直。
二、洛伦兹力的大小
F洛=qvB
F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力
洛伦兹力的方向与磁场方向有关
洛伦兹力和电场力的比较
三、电子束的磁偏转
1.如图所示,一个带正电q的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中,磁感应强度为B,若小带电体的质量为m,为了使它对水平绝缘面正好无压力,应该(  )
A.使B的数值增大
B.使磁场以速率 向上移动
C.使磁场以速率 向右移动
D.使磁场以速率 向左移动
D
答案:D
解析:为使小带电体对平面无压力,则应使它受到的洛伦兹力刚好平衡重力,磁场不动而只增大B,静止小带电体在磁场里不受洛伦兹力,A错误;磁场向上移动相当于小带电体向下运动,受洛伦兹力向右,不可能平衡重力;磁场以v向右移动,等同于小带电体以速率v向左运动,此时洛伦兹力向下,也不可能平衡重力,故B、C错误;磁场以v向左移动,等同于小带电体以速率v向右运动,此时洛伦兹力向上,当qvB=mg时,带电体对水平绝缘面无压力,即 ,选项D正确。
2.带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场,恰做匀速直线运动,如图所示,若油滴质量为m,磁感应强度为B,则下述说法正确的是(  )
A.油滴必带正电荷,电荷量为
B.油滴必带正电荷,比荷=
C.油滴必带负电荷,电荷量为
D.油滴带什么电荷都可以,只要满足
A
答案:A
解析:油滴水平向右做匀速直线运动,其所受洛伦兹力必向上与重力平衡,故带正电,由mg=qv0B 得其电荷量q= ,故A正确,C错误;油滴的比荷= ,故B错误;油滴若带负电,其所受洛伦兹力必向下,油滴受力就不能平衡,油滴就不能做匀速直线运动,故D错误。
3.四川省稻城县海子山的“高海拔宇宙线观测站”(LHAASO),是世界上海拔最高、规模最大、灵敏度最强的宇宙射线探测装置。假设来自宇宙的质子流沿着与地球表面垂直的方向射向这个观测站,由于地磁场的作用(忽略其他阻力的影响),质子流到达该观测站时将(  )
A.竖直向下沿直线射向观测站
B.与竖直方向稍偏东一些射向观测站
C.与竖直方向稍偏南一些射向观测站
D.与竖直方向稍偏西一些射向观测站
B
答案:B
解析:质子流的方向从上而下射向地球表面,地磁场方向在赤道的上空从南指向北,根据左手定则,洛伦兹力的方向向东,所以质子向东偏转,故B正确,A、C、D错误。故选B。
4.如图,一束负离子从S点沿水平方向射出,在没有电、磁场时恰好击中荧光屏上的坐标原点O;若同时加上电场和磁场后,负离子束最后打在荧光屏上坐标系的第Ⅲ象限中,则所加电场E和磁场B的方向可能是(不计离子重力及相互作用力)(  )
A.E向上,B向上
B.E向下,B向下
C.E向上,B向下
D.E向下,B向上
A
答案:A
解析:由题意可知,电子在电场中受力应向下,故电场方向应向上;而粒子在磁场作用下向左偏转,故说明洛伦兹力向左,由左手定则可知,B应向上,故A正确。
5.质量为m、带电荷量为q的微粒,以速度v与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场同时存在的空间,如图所示,微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动,求:
(1)电场强度的大小以及该带电微粒带何种电荷。
(2)磁感应强度的大小。
正电荷,
答案:
解析:(1)微粒做匀速直线运动,所受合力必为零,微粒受重力mg,电场力qE,洛伦兹力qvB,由此可知,微粒带正电,受力分析如图所示,
故由几何关系可知qE=mg,则电场强度 。
(2)由于合力为零,则qvB=mg,所以B= 。
正电荷,