高中物理人教版选修1-1课件：2.4 磁场对运动电荷的作用(共23张PPT)
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修1-1课件：2.4 磁场对运动电荷的作用(共23张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 581.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-05-08 15:44:23 | ||
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文档简介
(共23张PPT)
四、磁场对运动电荷的作用
1.知道什么是洛伦兹力。知道影响洛伦兹力方向的因素。
2.会用左手定则解答有关带电粒子在磁场中运动方向的问题。
3.会进行洛伦兹力的相关计算。
4.了解电子束的磁偏转原理及其在电子技术中的应用。
一
二
三
一、洛伦兹力
1.定义:磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力。
2.洛伦兹力与安培力的关系:通电导线受到的安培力,是导线中定向运动的电荷受到的洛伦兹力的宏观表现。
一
二
三
太阳或其他星体上,时刻都有大量的高能粒子流放出,称为宇宙射线。这些高能粒子流,如果都到达地球,将给地球上的生物带来极大危害。庆幸的是,地球周围存在地磁场,改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向,对宇宙射线起到了一定的阻挡作用,你知道这是为什么吗?
一
二
三
提示:大量的高能粒子流即宇宙射线在空中运动时,由于地球是个很大的磁场,带电粒子受到了洛伦兹力,这些带电粒子发生了偏转,从而改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向,对宇宙射线起到了一定的阻挡作用。
一
二
三
二、洛伦兹力的方向
洛伦兹力的方向遵循左手定则,即伸开左手,使拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线穿入手心,并使四指指向正电荷运动的方向,这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向;负电荷的受力方向与正电荷的受力方向相反。
一
二
三
三、显像管的工作原理
1.电视机显像管中电子束的偏转利用的就是运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的原理来工作的。
2.显像管中有一个阴极,工作时它能发射电子,荧光屏被电子束撞击就能发光。
一
二
三
如图所示,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?要使电子束在水平方向偏离中心,打在荧光屏上的B点,偏转磁场应该沿什么方向?如果要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动,偏转磁场应该怎样变化?
提示:应用左手定则,若打在A点应该垂直纸面向外;若打在B点,应该垂直纸面向里。
由垂直纸面向里逐渐减小,然后变成垂直纸面向外逐渐增大。
一
二
三
一、对洛伦兹力的理解
磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力,是由荷兰物理学家洛伦兹首先提出的。
1.洛伦兹力的方向
安培力实际上是大量运动电荷在磁场中受洛伦兹力的宏观表现,所以洛伦兹力的方向也可由左手定则判定。
左手定则:伸开左手,使拇指跟其余四指垂直,且处于同一平面内,让磁感线垂直穿入手心,四指指向正电荷运动的方向(若是负电荷,则四指指向负电荷运动的反方向),拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。
(1)在研究电荷的运动方向与磁场方向垂直的情况时,由左手定则可知,洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直,又与电荷的运动方向垂直,即洛伦兹力垂直于v和B两者所决定的平面。
一
二
三
(2)电荷运动的方向和磁感应强度B的方向不一定垂直,但洛伦兹力一定垂直于磁感应强度B和速度v的方向。
一
二
三
2.洛伦兹力的大小
电荷在磁场中受洛伦兹力的大小与电荷量q、电荷运动的速度v的大小、磁场的磁感应强度B的大小、速度v的方向与磁感应强度B的方向的夹角都有关。
(1)当v=0时,洛伦兹力F洛=0,即静止的电荷不受洛伦兹力。
(2)当v≠0,且v∥B时,洛伦兹力F洛=0,即运动方向与磁场方向平行时,不受洛伦兹力。
(3)当v≠0,且v⊥B时,洛伦兹力F洛=qvB,即运动方向与磁场方向垂直时,受洛伦兹力,且此时受洛伦兹力最大。
特别提醒决定洛伦兹力方向的因素有三个:电荷的电性(正、负),速度方向,磁感应强度的方向。当电荷电性一定时,其他两个因素中,如果只让一个因素相反,则洛伦兹力方向必定相反;如果同时让两个因素相反,则洛伦兹力方向将不变。
一
二
三
二、洛伦兹力与安培力的联系
1.在导体静止不动时,安培力是洛伦兹力的合力,所以洛伦兹力的方向与安培力的方向是一致的,可由左手定则判定。判断洛伦兹力的方向时一定要注意F垂直于v与B所决定的平面。
2.当运动电荷的速度v的方向与磁感应强度的方向平行时,运动电荷不受洛伦兹力的作用,仍以初速度做匀速直线运动。而磁场中静止的电荷也不受洛伦兹力的作用。导体平行于磁场方向放置时,定向运动的电荷不受洛伦兹力,所以导体也不受安培力。
一
二
三
3.洛伦兹力对运动电荷永不做功,而安培力对运动导体却可以做功。由于洛伦兹力F始终垂直于电荷的运动速度v的方向,不论电荷做什么性质的运动,也不论电荷是什么样的运动轨迹,F只可能改变v的方向,并不改变v的大小,所以洛伦兹力对运动电荷不做功。通电导体在磁场中运动时,电荷相对磁场的运动方向是电荷在导体中的定向运动速度u与导体宏观运动速度v的合速度v合的方向,因此电荷所受洛伦兹力的方向也不垂直于导体,洛伦兹力垂直于导体方向的分力F洛1做正功,而沿导体方向的分力F洛2做负功, 总功仍为0,如图所示。导体中所有运动电荷受到 的洛伦兹力,在垂直于导体方向的分力就是安培 力,所以安培力对运动导体可以做功。
一
二
三
三、带电粒子仅在洛伦兹力作用下的运动
1.运动性质
带电粒子以一定的速度v进入磁感应强度为B的匀强磁场中(不考虑其他力的作用)。
(1)当v与B方向相同或相反时,洛伦兹力为零,所以带电粒子做匀速直线运动。
(2)当v与B方向垂直时,洛伦兹力与速度方向垂直,只改变速度方向,不改变速度大小,所以带电粒子做匀速圆周运动。
2.应用——显像管的工作原理
(1)电子束磁偏转原理:借助磁场的作用,使电子束(或其他的运动电荷)改变运动方向的现象,称为磁偏转。
一
二
三
(2)电视机显像管用到了电子束磁偏转的原理:显像管的结构跟电子射线管相似,但荧光屏处于显像管的最前端,最后端是电子枪,管颈处是由两个偏转线圈组成的偏转装置,如图所示。偏转线圈未加磁场时,电子枪发出的电子束将轰击在荧光屏的中心,荧光屏中心就出现一个亮点。当显像管接收到影像信号时,磁偏转装置就会产生一个变化的磁场,使电子束从荧光屏左上角开始向右扫描出一条水平线,之后再扫描下面一条线。如此高频率地反复扫描,并利用人眼的视觉暂留效应,使荧光屏上的亮点构成我们看到的影像。
一
二
三
(3)偏转线圈在水平方向和竖直方向都加有偏转磁场,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不断移动,这在电视技术中叫作扫描。
特别提醒电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场,电视机中每秒要进行50场扫描。
类型一
类型二
类型三
对洛伦兹力的理解
【例1】 关于安培力和洛伦兹力,下面的说法正确的是 ( )
A.安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力
B.安培力和洛伦兹力,其本质都是磁场对运动电荷的作用力
C.这两种力都是效果力,其实并不存在,原因是不遵循牛顿第三定律
D.安培力对通电导体能做功,洛伦兹力对运动电荷做功
解析:本题考查的内容是安培力和洛伦兹力的比较。洛伦兹力是安培力的微观解释,本质上是同种性质的力,故A错,B对;安培力对通电导体能做功,而洛伦兹力由于始终垂直运动电荷的速度方向,故洛伦兹力不做功,选项D错误。
答案:B
类型一
类型二
类型三
题后反思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。
类型一
类型二
类型三
洛伦兹力方向的判断
【例2】 地球周围存在地磁场,地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向,对地球上的生命起到保护作用,如图所示,那么( )
类型一
类型二
类型三
A.地磁场对宇宙射线的阻挡作用各处都相同
B.地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作用在南、北两极最强,赤道附近最弱
C.地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作用在南、北两极最弱,赤道附近最强
D.地磁场会使沿地球赤道平面内射来的宇宙射线中的带电粒子向两极偏转
类型一
类型二
类型三
解析:垂直射向地球的宇宙射线,在地球的南、北两极处,其运动方向与地磁场的方向基本平行,所受的洛伦兹力很小,故几乎不发生偏转;而在赤道上空时,其运动方向与地磁场垂直,所受洛伦兹力最大,带电粒子的偏转程度最大。
答案:C
题后反思本题在审题时要特别注意选项B、C中是针对垂直射向地球表面的宇宙射线,再与地磁场的分布结合起来就能够正确解答了。因此熟练掌握各种磁体磁场的分布是我们解决综合性问题的关键。
类型一
类型二
类型三
显像管的工作原理
【例3】说明电视机显像管偏转线圈作用的示意图如图所示。当线圈中通过图示方向的电流时,一束沿中心轴线O自纸内射向纸外的电子流,将( )
A.向左偏转
B.向右偏转
C.向上偏转
D.向下偏转
解析:根据安培定则,可判断出两侧通电螺线管的N极均在下方。在O点,磁感线的方向为竖直向上,再由左手定则判断出电子受到向右的洛伦兹力,故电子流向右偏转,选项B正确。
答案:B
类型一
类型二
类型三
题后反思解决运动电荷受到洛伦兹力怎样偏转类题目,关键是应用左手定则,大拇指指向洛伦兹力的方向,也即是粒子偏转的方向。
四、磁场对运动电荷的作用
1.知道什么是洛伦兹力。知道影响洛伦兹力方向的因素。
2.会用左手定则解答有关带电粒子在磁场中运动方向的问题。
3.会进行洛伦兹力的相关计算。
4.了解电子束的磁偏转原理及其在电子技术中的应用。
一
二
三
一、洛伦兹力
1.定义:磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力。
2.洛伦兹力与安培力的关系:通电导线受到的安培力,是导线中定向运动的电荷受到的洛伦兹力的宏观表现。
一
二
三
太阳或其他星体上,时刻都有大量的高能粒子流放出,称为宇宙射线。这些高能粒子流,如果都到达地球,将给地球上的生物带来极大危害。庆幸的是,地球周围存在地磁场,改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向,对宇宙射线起到了一定的阻挡作用,你知道这是为什么吗?
一
二
三
提示:大量的高能粒子流即宇宙射线在空中运动时,由于地球是个很大的磁场,带电粒子受到了洛伦兹力,这些带电粒子发生了偏转,从而改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向,对宇宙射线起到了一定的阻挡作用。
一
二
三
二、洛伦兹力的方向
洛伦兹力的方向遵循左手定则,即伸开左手,使拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线穿入手心,并使四指指向正电荷运动的方向,这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向;负电荷的受力方向与正电荷的受力方向相反。
一
二
三
三、显像管的工作原理
1.电视机显像管中电子束的偏转利用的就是运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的原理来工作的。
2.显像管中有一个阴极,工作时它能发射电子,荧光屏被电子束撞击就能发光。
一
二
三
如图所示,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?要使电子束在水平方向偏离中心,打在荧光屏上的B点,偏转磁场应该沿什么方向?如果要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动,偏转磁场应该怎样变化?
提示:应用左手定则,若打在A点应该垂直纸面向外;若打在B点,应该垂直纸面向里。
由垂直纸面向里逐渐减小,然后变成垂直纸面向外逐渐增大。
一
二
三
一、对洛伦兹力的理解
磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力,是由荷兰物理学家洛伦兹首先提出的。
1.洛伦兹力的方向
安培力实际上是大量运动电荷在磁场中受洛伦兹力的宏观表现,所以洛伦兹力的方向也可由左手定则判定。
左手定则:伸开左手,使拇指跟其余四指垂直,且处于同一平面内,让磁感线垂直穿入手心,四指指向正电荷运动的方向(若是负电荷,则四指指向负电荷运动的反方向),拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。
(1)在研究电荷的运动方向与磁场方向垂直的情况时,由左手定则可知,洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直,又与电荷的运动方向垂直,即洛伦兹力垂直于v和B两者所决定的平面。
一
二
三
(2)电荷运动的方向和磁感应强度B的方向不一定垂直,但洛伦兹力一定垂直于磁感应强度B和速度v的方向。
一
二
三
2.洛伦兹力的大小
电荷在磁场中受洛伦兹力的大小与电荷量q、电荷运动的速度v的大小、磁场的磁感应强度B的大小、速度v的方向与磁感应强度B的方向的夹角都有关。
(1)当v=0时,洛伦兹力F洛=0,即静止的电荷不受洛伦兹力。
(2)当v≠0,且v∥B时,洛伦兹力F洛=0,即运动方向与磁场方向平行时,不受洛伦兹力。
(3)当v≠0,且v⊥B时,洛伦兹力F洛=qvB,即运动方向与磁场方向垂直时,受洛伦兹力,且此时受洛伦兹力最大。
特别提醒决定洛伦兹力方向的因素有三个:电荷的电性(正、负),速度方向,磁感应强度的方向。当电荷电性一定时,其他两个因素中,如果只让一个因素相反,则洛伦兹力方向必定相反;如果同时让两个因素相反,则洛伦兹力方向将不变。
一
二
三
二、洛伦兹力与安培力的联系
1.在导体静止不动时,安培力是洛伦兹力的合力,所以洛伦兹力的方向与安培力的方向是一致的,可由左手定则判定。判断洛伦兹力的方向时一定要注意F垂直于v与B所决定的平面。
2.当运动电荷的速度v的方向与磁感应强度的方向平行时,运动电荷不受洛伦兹力的作用,仍以初速度做匀速直线运动。而磁场中静止的电荷也不受洛伦兹力的作用。导体平行于磁场方向放置时,定向运动的电荷不受洛伦兹力,所以导体也不受安培力。
一
二
三
3.洛伦兹力对运动电荷永不做功,而安培力对运动导体却可以做功。由于洛伦兹力F始终垂直于电荷的运动速度v的方向,不论电荷做什么性质的运动,也不论电荷是什么样的运动轨迹,F只可能改变v的方向,并不改变v的大小,所以洛伦兹力对运动电荷不做功。通电导体在磁场中运动时,电荷相对磁场的运动方向是电荷在导体中的定向运动速度u与导体宏观运动速度v的合速度v合的方向,因此电荷所受洛伦兹力的方向也不垂直于导体,洛伦兹力垂直于导体方向的分力F洛1做正功,而沿导体方向的分力F洛2做负功, 总功仍为0,如图所示。导体中所有运动电荷受到 的洛伦兹力,在垂直于导体方向的分力就是安培 力,所以安培力对运动导体可以做功。
一
二
三
三、带电粒子仅在洛伦兹力作用下的运动
1.运动性质
带电粒子以一定的速度v进入磁感应强度为B的匀强磁场中(不考虑其他力的作用)。
(1)当v与B方向相同或相反时,洛伦兹力为零,所以带电粒子做匀速直线运动。
(2)当v与B方向垂直时,洛伦兹力与速度方向垂直,只改变速度方向,不改变速度大小,所以带电粒子做匀速圆周运动。
2.应用——显像管的工作原理
(1)电子束磁偏转原理:借助磁场的作用,使电子束(或其他的运动电荷)改变运动方向的现象,称为磁偏转。
一
二
三
(2)电视机显像管用到了电子束磁偏转的原理:显像管的结构跟电子射线管相似,但荧光屏处于显像管的最前端,最后端是电子枪,管颈处是由两个偏转线圈组成的偏转装置,如图所示。偏转线圈未加磁场时,电子枪发出的电子束将轰击在荧光屏的中心,荧光屏中心就出现一个亮点。当显像管接收到影像信号时,磁偏转装置就会产生一个变化的磁场,使电子束从荧光屏左上角开始向右扫描出一条水平线,之后再扫描下面一条线。如此高频率地反复扫描,并利用人眼的视觉暂留效应,使荧光屏上的亮点构成我们看到的影像。
一
二
三
(3)偏转线圈在水平方向和竖直方向都加有偏转磁场,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不断移动,这在电视技术中叫作扫描。
特别提醒电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场,电视机中每秒要进行50场扫描。
类型一
类型二
类型三
对洛伦兹力的理解
【例1】 关于安培力和洛伦兹力,下面的说法正确的是 ( )
A.安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力
B.安培力和洛伦兹力,其本质都是磁场对运动电荷的作用力
C.这两种力都是效果力,其实并不存在,原因是不遵循牛顿第三定律
D.安培力对通电导体能做功,洛伦兹力对运动电荷做功
解析:本题考查的内容是安培力和洛伦兹力的比较。洛伦兹力是安培力的微观解释,本质上是同种性质的力,故A错,B对;安培力对通电导体能做功,而洛伦兹力由于始终垂直运动电荷的速度方向,故洛伦兹力不做功,选项D错误。
答案:B
类型一
类型二
类型三
题后反思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。
类型一
类型二
类型三
洛伦兹力方向的判断
【例2】 地球周围存在地磁场,地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向,对地球上的生命起到保护作用,如图所示,那么( )
类型一
类型二
类型三
A.地磁场对宇宙射线的阻挡作用各处都相同
B.地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作用在南、北两极最强,赤道附近最弱
C.地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作用在南、北两极最弱,赤道附近最强
D.地磁场会使沿地球赤道平面内射来的宇宙射线中的带电粒子向两极偏转
类型一
类型二
类型三
解析:垂直射向地球的宇宙射线,在地球的南、北两极处,其运动方向与地磁场的方向基本平行,所受的洛伦兹力很小,故几乎不发生偏转;而在赤道上空时,其运动方向与地磁场垂直,所受洛伦兹力最大,带电粒子的偏转程度最大。
答案:C
题后反思本题在审题时要特别注意选项B、C中是针对垂直射向地球表面的宇宙射线,再与地磁场的分布结合起来就能够正确解答了。因此熟练掌握各种磁体磁场的分布是我们解决综合性问题的关键。
类型一
类型二
类型三
显像管的工作原理
【例3】说明电视机显像管偏转线圈作用的示意图如图所示。当线圈中通过图示方向的电流时,一束沿中心轴线O自纸内射向纸外的电子流,将( )
A.向左偏转
B.向右偏转
C.向上偏转
D.向下偏转
解析:根据安培定则,可判断出两侧通电螺线管的N极均在下方。在O点,磁感线的方向为竖直向上,再由左手定则判断出电子受到向右的洛伦兹力,故电子流向右偏转,选项B正确。
答案:B
类型一
类型二
类型三
题后反思解决运动电荷受到洛伦兹力怎样偏转类题目,关键是应用左手定则,大拇指指向洛伦兹力的方向,也即是粒子偏转的方向。