粤教版物理选修3-1 同步教学课件：3.5 研究洛伦兹力29张PPT

课件29张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二三一、洛伦兹力
运动电荷所受磁场的作用力叫洛伦兹力,通电导线所受的安培力实质上是作用在运动电荷上的洛伦兹力的宏观表现.目标导航预习导引一二三二、洛伦兹力的方向
用左手定则判定.
1.判定负电荷运动所受洛伦兹力的方向,应使四指指向负电荷运动的相反方向.
2.洛伦兹力的方向总是既垂直于电荷运动方向又垂直于磁场方向,即总是垂直于速度和磁场所决定的平面.但在这个平面内电荷运动方向和磁场方向却不一定垂直,当电荷运动方向与磁场方向不垂直时,应用左手定则不可能使四指指向电荷运动方向的同时让磁感线垂直穿入手心,这时只要磁感线从手心穿入即可.
洛伦兹力的方向与带电粒子运动的方向存在什么关系?它对带电粒子做功吗?
答案：二者方向始终垂直.洛伦兹力对带电粒子不做功.目标导航预习导引一二三三、洛伦兹力的大小
当电荷在垂直于磁场方向上运动时,洛伦兹力f=qvB .
电荷在某一区域不受洛伦兹力,能否说明该区域的磁感应强度为零?
答案：不能.因为静止的电荷在磁场中不受洛伦兹力,电荷的运动方向与磁场方向平行时也不受洛伦兹力.知识精要思考探究典题例解一二迁移应用一、洛伦兹力的方向
1.洛伦兹力的方向由左手定则判断,必须注意运动电荷是正电荷,四指所指的方向就是电荷运动方向,如果是负电荷,四指所指的方向跟电荷运动方向相反.
2.洛伦兹力的方向与电荷运动方向垂直,因此洛伦兹力不对电荷做功.它只改变速度的方向,不改变速度的大小.
3.在实际问题中,由于原子核、离子和电子等微观粒子的重力远小于洛伦兹力,所以往往忽略它们的重力.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用在利用左手定则判断带电粒子在磁场中所受到的洛伦兹力的方向时,四指所指的方向是否一定为电荷运动的方向?
答案：不一定.根据左手定则,四指所指的方向为正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用【例1】 如图所示,表示磁场磁感应强度B、正电荷运动方向v和磁场对电荷洛伦兹力F的相互关系图,这四个图中正确的是(B、v、F两两垂直)(　　) (导学号51120097)
思路分析：用左手定则判断负电荷所受洛伦兹力的方向时四指指向负电荷运动方向的反方向,这里容易弄混.洛伦兹力垂直于磁场和运动速度所决定的平面.
解析：由左手定则可判断D正确.
答案：D一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一二知识精要思考探究典题例解迁移应用1.如图所示,一束电子自下而上进入一垂直于纸面的匀强磁场后发生偏转,则磁场方向向　　　　　,进入磁场后电子的动能　　　　　(选填“增加”“减少”或“不变”).?
答案：内　不变
解析：因电子带负电荷,由电子的偏转方向和左手定则可知,磁场方向垂直纸面向里,又因为洛伦兹力不做功,由动能定理可知,电子的动能不变.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用2.在阴极射线管中电子流方向由左向右,其上方置一根通有如图所示电流的直导线,导线与阴极射线管平行,则阴极射线将(　　) (导学号51120098)
A.向上偏转　　　　　　
B.向下偏转
C.向纸里偏转
D.向纸外偏转
答案：B
解析：由题意可知,直线电流的方向由左向右,根据安培定则,可判定直导线下方的磁场方向为垂直纸面向里,而阴极射线电子运动方向由左向右,由左手定则知(电子带负电,四指要指向运动方向的反方向),阴极射线将向下偏转,故B选项正确.一二知识精要思考探究典题例解迁移应用二、洛伦兹力的大小
1.洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力,洛伦兹力的大小不仅跟运动电荷的速度大小有关,还跟速度的方向有关,当v和B平行时,洛伦兹力f=0;当v和B垂直时,洛伦兹力最大为f=Bqv;当v和B的夹角为θ时,把速度v分解为沿与B平行的分量v∥和与B垂直的分量v⊥,f=Bqv⊥=Bqvsin θ.
2.洛伦兹力实际上是磁场对通电导体作用的微观表现,即F安=nf(n为通电导体中自由电荷的总数).一二知识精要思考探究典题例解迁移应用3.洛伦兹力和电场力的比较 一二知识精要思考探究典题例解迁移应用一二知识精要思考探究典题例解迁移应用如何推导洛伦兹力的表达式f=qvB呢?
答案：设导体内单位长度上自由电荷数为n,自由电荷的电荷量为q,定向移动的速度为v,设长度为L的导线中的自由电荷在t秒内全部通过截面A,如图所示,设通过的电荷量为Q,有一二知识精要思考探究典题例解迁移应用【例2】 (多选)如图所示,甲是一个带正电的小物块,乙是一个不带电的绝缘体,甲、乙叠放在一起静置于粗糙的水平地板上,地板上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场,现用水平恒力拉乙物块,使甲、乙无相对滑动地一起水平向左加速运动,在加速运动阶段(　　) (导学号51120099)
A.乙物块与地之间的摩擦力不断增大
B.甲、乙两物块间的摩擦力不断增大
C.甲、乙两物块间的摩擦力大小不变
D.甲、乙两物块间的摩擦力不断减小一二知识精要思考探究典题例解迁移应用解析：整体受力分析,竖直方向受向下的重力、洛伦兹力、向上的支持力,且三力平衡,水平方向受向左的拉力F和向右的地面摩擦力.随着速度的增加,洛伦兹力逐渐增加,乙物块与地面间的弹力增大,与地面的摩擦力不断增大,甲、乙运动的加速度逐渐减小,物块甲所受的静摩擦力逐渐减小.所以A、D正确.
答案：AD一二知识精要思考探究典题例解迁移应用(多选)如图所示,匀强电场的方向竖直向下,匀强磁场的方向垂直纸面向里,三个油滴a、b、c带有等量同种电荷,其中a静止,b向右做匀速运动,c向左做匀速运动,比较它们的重力Ga、Gb、Gc间的关系,正确的是(　　) (导学号51120100)
A.Ga最大 B.Gb最大
C.Gc最大 D.Gb最小一二知识精要思考探究典题例解迁移应用答案：CD
解析：据F合=0可知a带负电.显然,b、c也带负电,所以b所受洛伦兹力方向竖直向下,c所受洛伦兹力方向竖直向上.
设三个油滴的电荷量为q,电场的电场强度为E,磁场的磁感应强度为B,运动电荷的速度为v.
据F合=0得对a有:Ga-Eq=0,Ga=Eq;
对b有Gb+Bqv-Eq=0,Gb=Eq-Bqv;
对c有Gc-Bqv-Eq=0,Gc=Eq+Bqv,
所以有Gc>Ga>Gb.知识链接案例探究类题试解洛伦兹力的实际应用
1.磁流体发电机
发电原理:如图所示,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和带负电的微粒,而从整体上来说是呈电中性)喷射入磁场,磁场中有两块金属板A、B,则高速射入的离子在洛伦兹力的作用下向A、B两板聚集,使两板间产生电势差.知识链接案例探究类题试解如图所示,运动电荷在磁场中受洛伦兹力作用发生偏转,正、负离子分别到达B、A极板(B为电源正极,故电流方向从B经R到A),使A、B板间产生匀强电场,在电场力的作用下偏转逐渐减弱,当等离子体不发生偏转即匀速穿过时,有qvB=qE,所以此时两极板间电势差U=Ed=Bdv,据闭合电路欧姆定律可得电流大小知识链接案例探究类题试解2.霍尔效应
如图所示,厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中.当电流按如图方向通过导体板时,在导体板的上侧面A和下侧面A'之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应.实验表明,当磁场不太强时,电势差U、电流I和B的关系为 ,式中的比例系数k称为霍尔系数.知识链接案例探究类题试解霍尔效应解释:外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧,在导体板的另一侧会出现多余的正电荷,从而形成横向电场.横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电场力.当静电场力与洛伦兹力达到平衡时,导体板上下两侧面之间就会形成稳定的电势差.需要十分注意的是A侧面会聚集正电荷,从而造成A板电势比A'板的电势高,由 ,这也是一种测量磁感应强度B的方法.知识链接案例探究类题试解3.速度选择器
如图所示,如果电场强度E和磁感应强度B为定值,当qE=qvB时,粒子将沿图中的虚线匀速通过速度选择器,这样选择出的速度 .如果粒子速度大于v向上偏出;速度小于v将向下偏出.改变速度的大小可通过改变B和E的大小来实现.
需要注意的是,负电荷以速度v也可匀速通过这个选择器.但是,若粒子从右边进入,就不能匀速沿虚线通过了.知识链接案例探究类题试解4.电磁流量计
(1)如图所示,一圆形导管直径为d,用非磁性材料制成,其中有可以导电的液体流过导管.知识链接案例探究类题试解如图所示为磁流体发电机示意图.其中两极板间距d=20 cm,磁场的磁感应强度B=5 T,若接入额定功率P=100 W 的灯泡,灯泡正好正常发光,灯泡正常发光时的电阻R=400 Ω.不计发电机内阻,求等离子体的流速. (导学号51120101)
思路分析：等离子体进入磁场,稳定时受洛伦兹力等于电场力.知识链接案例探究类题试解解答：等离子体进入磁场后,在洛伦兹力的作用下发生偏转,正、负离子分别向下、上极板聚集,形成一个下极板为正极、上极板为负极的电源.不计发电机内阻,电源电动势E等于灯泡两端电压,可求得U灯= =200 V,即E=200 V.知识链接案例探究类题试解(多选)如图所示为一“滤速器”装置的示意图,a、b为水平放置的平行金属板,一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间.为了选取具有某种特定速率的电子,可在a、b间加上电压,并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场,使所选电子仍能够沿水平直线OO'运动,由O'射出.不计重力作用,可能达到上述目的的办法是(　　) (导学号51120102)
A.使a板电势高于b板,磁场方向垂直纸面向里
B.使a板电势低于b板,磁场方向垂直纸面向里
C.使a板电势高于b板,磁场方向垂直纸面向外
D.使a板电势低于b板,磁场方向垂直纸面向外知识链接案例探究类题试解答案：AD
解析：要使电子沿直线OO'射出,则电子必做匀速直线运动,电子受力平衡.在该场区,电子受到电场力和洛伦兹力,要使电子所受二力平衡,则二力方向为竖直向上和竖直向下.选项A电子所受电场力竖直向上,由左手定则判断洛伦兹力竖直向下,满足受力平衡.同理,选项D也满足受力平衡.所以选项A、D正确.