《物理 第三章 磁場 5 運動電荷在磁場中受到的力 新人教版選修3-1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理 第三章 磁場 5 運動電荷在磁場中受到的力 新人教版選修3-1（39頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、5運動電荷在磁場中受到的力1知道什么是洛倫茲力利用左手定則判斷洛倫茲力的方向2知道洛倫茲力大小的推導(dǎo)過程3掌握垂直進入磁場方向的帶電粒子所受洛倫茲力大小的計算4了解v和B垂直時的洛倫茲力大小及方向判斷理解洛倫茲力對電荷不做功 5了解電視顯像管的工作原理教學(xué)目標(biāo)【重點】 (1)利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向 (2)掌握垂直磁場方向進入磁場的帶電粒子受到的洛倫茲力大小的計算【難點】 (1)洛倫茲力對帶電粒子不做功 (2)洛倫茲力方向的判斷重點難點本節(jié)教材的重點是洛倫茲力的大小、方向和產(chǎn)生條件，其中公式fqvBsin 的推導(dǎo)和應(yīng)用是個難點，由于洛倫茲力是屬于微觀的力學(xué)范疇，抽象是突出的特點，因此充

2、分借助實驗和已有的知識來搭橋鋪路是十分重要的一環(huán)本課時采用實驗為先導(dǎo)的教學(xué)方法，目的是化抽象為具體，使學(xué)生對洛倫茲力產(chǎn)生鮮明的間接感性認(rèn)識，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣在解決重點知識上采用實驗、誘導(dǎo)、點撥、思考、講解、自推等方法充分調(diào)動學(xué)生思維積極性，提高教學(xué)效果對于難點的處理采取由事實出發(fā)進行猜想推理推論實驗的過程實際上是由實驗驗證推論，推論證明推理進而證實猜想.教學(xué)建議【導(dǎo)入一】前面我們學(xué)習(xí)了磁場對電流的作用力，下面思考兩個問題：1如何判定安培力的方向(讓學(xué)生上黑板做)若已知圖351中：B4.0102 T，導(dǎo)線長L10 cm，I1 A求導(dǎo)線所受的安培力大小學(xué)生解答解：FBIL4102 T1 A0

3、.1 m4103 N答：導(dǎo)線受的安培力大小為4103 N.2什么是電流？學(xué)生答電荷的定向移動形成電流新課導(dǎo)入教師講述磁場對電流有力的作用，電流是由電荷的定向移動形成的，我們會想到：這個力可能是作用在運動電荷上的，而安培力是作用在運動電荷上的力的宏觀表現(xiàn)演示實驗觀察磁場陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)(95頁圖3.51)：實驗課件教師說明電子射線管的原理：說明陰極射線是燈絲加熱放出電子，電子在加速電場的作用下高速運動而形成的電子流，轟擊到長條形的熒光屏上激發(fā)出熒光，可以顯示電子束的運動軌跡，磁鐵是用來在陰極射線周圍產(chǎn)生磁場的，還應(yīng)明確磁場的方向新課導(dǎo)入實驗結(jié)果在沒有外磁場時，電子束沿直線運動，蹄形磁鐵靠近

4、電子射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了彎曲學(xué)生用左手定則判斷電子束的彎曲方向?qū)W生分析得出結(jié)論磁場對運動電荷有作用引出新課新課導(dǎo)入【導(dǎo)入二】如圖352所示，AB導(dǎo)體桿的兩端分別用細(xì)線懸掛于O1、O2兩點，AB導(dǎo)體桿處于豎直向下的勻強磁場中提問：當(dāng)開關(guān)閉合時，原本處于靜止?fàn)顟B(tài)的導(dǎo)體桿狀態(tài)將如何？通電直導(dǎo)線在垂直于自身的勻強磁場中會受到安培力的作用依據(jù)左手定則，AB導(dǎo)體桿受到一個垂直黑板向里的安培力，因此AB導(dǎo)體桿將向黑板里的方向運動新課導(dǎo)入那么，安培力產(chǎn)生的本質(zhì)原因是什么呢？開關(guān)的閉合與斷開關(guān)系到導(dǎo)體桿是否受到安培力開關(guān)的閉合與斷開到底有什么本質(zhì)上的不同？開關(guān)閉合后，AB中有定向移動的電荷，此時AB

5、導(dǎo)體桿受到安培力開關(guān)斷開后，AB中沒有定向移動的電荷，AB導(dǎo)體桿不受安培力.新課導(dǎo)入1.運動電荷在磁場中所受的力,叫作洛倫茲力.2.洛倫茲力的方向:使用左手定則判定.判定方法:伸開左手,使拇指與其余四個手指垂直,并且都與手掌在同一個平面內(nèi);讓磁感線從掌心進入,并使四指指向 的方向,這時拇指所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向.負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向與正電荷所受洛倫茲力的方向相反. 洛倫茲力的方向知識必備知識點一正電荷運動設(shè)磁場的方向與電荷運動的方向垂直,則洛倫茲力公式為F=qvB.當(dāng)v=0,即電荷與磁場無相對運動時,F=0,這表明了一個重要結(jié)論:磁場只對相對于磁場運動的電荷有

6、作用力,而對相對于磁場靜止的電荷沒有作用力.洛倫茲力的大小知識必備知識點二1.顯像管的工作原理:電視機顯像管應(yīng)用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的道理.2.整個屏幕發(fā)光的原因:顯像管中的電子槍打出的電子撞擊到.在偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平方向和豎直方向都加有偏轉(zhuǎn)磁場,其方向、強弱都周期性變化,使得電子束打在熒光屏上的光點按照一定規(guī)律不斷,我們感到整個熒光屏都在發(fā)光. 元電荷與比荷知識必備知識點三熒光屏移動想一想磁場對電流有力的作用,而電流是由運動電荷的定向移動產(chǎn)生的.那么,這個力是不是作用在運動電荷上的呢?磁場對運動電荷是否有力的作用呢?若有力的作用,其方向怎么判定呢?學(xué)習(xí)互動洛倫茲力的方向考點一要點總結(jié)1.決定洛倫茲力方向

7、的三個因素:電荷的正負(fù)、速度方向、磁感應(yīng)強度的方向.2.洛倫茲力的方向總是與電荷運動的方向和磁場方向垂直,即洛倫茲力的方向總是垂直于運動電荷速度方向和磁場方向確定的平面.即F、B、v三個量的方向關(guān)系是:FB,Fv,但B與v不一定垂直.3.當(dāng)電荷運動方向發(fā)生變化時,洛倫茲力的方向也隨之變化.4.用左手定則判定負(fù)電荷在磁場中運動所受的洛倫茲力時,應(yīng)注意將四指指向負(fù)電荷運動的反方向.學(xué)習(xí)互動學(xué)習(xí)互動例1試判斷圖351中的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的方向,其中垂直于紙面指向紙里的是()答案 D解析 根據(jù)左手定則可以判斷,選項A中的帶電粒子所受的洛倫茲力方向向下;選項B中的帶電粒子所受的洛倫茲力

8、方向向上;選項C中的帶電粒子所受的洛倫茲力方向垂直于紙面指向紙外;選項D中的帶電粒子所受的洛倫茲力方向垂直于紙面指向紙里,D正確.圖351學(xué)習(xí)互動例2 (多選)如圖3-5-2所示,一陰極射線管左側(cè)不斷有電子射出,若在管的正下方放一通電直導(dǎo)線AB時,發(fā)現(xiàn)射線的運動軌跡向下彎曲,則()A.導(dǎo)線中的電流方向為從A到BB.導(dǎo)線中的電流方向為從B到AC.要使電子束的徑跡向上彎曲,可以通過改變AB中的電流方向來實現(xiàn)D.電子束的運動軌跡與AB中的電流方向無關(guān) 圖3-5-2學(xué)習(xí)互動答案 BC解析 電子在通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場中運動,無論直導(dǎo)線中的電流方向如何,電子的運動方向都和磁感應(yīng)強度的方向垂直.根據(jù)左手定則

9、,由于是負(fù)電荷,四指應(yīng)指向左方,根據(jù)電子的偏轉(zhuǎn)方向可以確定磁感應(yīng)強度的方向為垂直紙面向里.根據(jù)安培定則,導(dǎo)線中的電流方向為從B到A.如果導(dǎo)線中的電流方向相反,則其產(chǎn)生的磁場方向也相反,會影響到電子的偏轉(zhuǎn)方向,故選項B、C正確.想一想運動電荷所受的洛倫茲力與速度有何關(guān)系?它是否能改變電荷的速度呢?學(xué)習(xí)互動洛倫茲力及其特點考點二要點總結(jié)1.洛倫茲力的方向既垂直于磁場的方向又垂直于速度的方向,即垂直于磁場方向和速度方向構(gòu)成的平面.2.洛倫茲力對電荷不做功,只改變速度的方向,不改變速度的大小.學(xué)習(xí)互動學(xué)習(xí)互動例3 (多選)如圖3-5-3所示,用細(xì)線吊一個質(zhì)量為m的帶電絕緣小球,小球處于勻強磁場中,空氣

10、阻力不計.小球分別從A點和B點向最低點O運動,當(dāng)小球兩次經(jīng)過O點時 ()A.小球的動能相同B.細(xì)線所受的拉力相同C.小球所受的洛倫茲力相同D.小球的向心加速度大小相同圖3-5-3學(xué)習(xí)互動答案 AD解析 帶電小球受到的洛倫茲力與細(xì)線的拉力和速度方向時刻垂直,洛倫茲力對小球不做功,只改變速度方向,不改變速度大小,只有重力做功,故小球兩次經(jīng)過O點時速度大小相同,動能相同,選項A正確;小球分別從A點和B點向最低點O運動,兩次經(jīng)過O點時速度方向相反,由左手定則可知兩次經(jīng)過O點時洛倫茲力方向相反,細(xì)線的拉力大小不同,選項B、C錯誤;由a=可知向心加速度大小相同,選項D正確.想一想 安培力是洛倫茲力的宏觀體

11、現(xiàn),能否從安培力入手,推導(dǎo)洛倫茲力的計算公式?學(xué)習(xí)互動洛倫茲力的計算考點三要點總結(jié)洛倫茲力公式F=qvB的推導(dǎo).如圖3-5-4所示,設(shè)磁感應(yīng)強度為B,直導(dǎo)線長為L,橫截面積為S,電流為I,導(dǎo)線中運動的電荷數(shù)為n,每個電荷所帶電荷量為q,運動速度為v,則安培力F=ILB=nF,所以洛倫茲力F=.因為I=NqSv(N為單位體積內(nèi)的電荷數(shù)),所以F=,因n=NSL,故F=qvB.學(xué)習(xí)互動圖3-5-4學(xué)習(xí)互動例4 如圖3-5-5所示,勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B,方向垂直紙面向外,質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球在傾角為的光滑斜面上由靜止開始下滑.若帶電小球下滑后某個時刻對斜面的壓力恰好為零,問:(重力加速度

12、為g)(1)小球的帶電性質(zhì)如何?(2)此時小球下滑的速度和位移分別為多大?圖3-5-5學(xué)習(xí)互動備用習(xí)題1. 如圖358所示為電視機顯像管偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖，當(dāng)線圈通以圖示的直流電時，形成的磁場如圖所示，一束沿著管徑軸線射向紙內(nèi)的電子將()A向上偏轉(zhuǎn) B向下偏轉(zhuǎn)C向左偏轉(zhuǎn) D向右偏轉(zhuǎn)圖358答案 D解析 由安培定則可知在管徑軸線處，磁場的方向豎直向下，電子垂直于紙面向里運動，根據(jù)左手定則可判斷選項D正確 備用習(xí)題2. 2015海南卷 如圖359所示，a是豎直平面P上的一點，P前有一條形磁鐵垂直于P，且S極朝向a點，P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場的共同作用下，在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過a點在電子經(jīng)

13、過a點的瞬間，條形磁鐵的磁場對該電子的作用力的方向()A向上 B向下 C向左 D向右答案 A解析 磁極S在a點產(chǎn)生的磁場方向垂直于豎直面P水平向外，電子在a點的運動方向水平向右，根據(jù)左手定則判斷可知洛倫茲力方向向上選項A正確 圖359備用習(xí)題3. (多選)在如圖所示的勻強電場(場強為E)和勻強磁場(磁感應(yīng)強度為B)共存的場區(qū)中，一電子(不計重力)沿垂直電場線和磁感線的方向以速度v0射入場區(qū)，設(shè)電子射出場區(qū)時的速度為v，則() A若v0 ，電子沿軌跡運動，射出場區(qū)時，速度vv0B若v0 ，電子沿軌跡運動，射出場區(qū)時，速度vv0C若v0，電子沿軌跡運動，射出場區(qū)時，速度vv0D若v0，電子沿軌跡運

14、動，射出場區(qū)時，速度vv0備用習(xí)題答案 BC備用習(xí)題4.從地面上方A點處由靜止釋放一電荷量為q、質(zhì)量為m的粒子，地面附近有如圖所示的勻強電場和勻強磁場，電場方向水平向右，磁場方向垂直于紙面向里，粒子落地時的速度大小為v1；若電場不變，只將磁場的方向改為垂直于紙面向外，粒子落地時的速度大小為v2，則()Av1v2 Bv1v2Cv1v2 D無法判定備用習(xí)題答案 A解析 帶電粒子下落過程中，受到重力、電場力和洛倫茲力作用，洛倫茲力的方向跟運動方向垂直，不做功，重力做的功都一樣，但電場力做的功有區(qū)別，若磁場方向垂直于紙面向里，粒子落下后沿電場力方向移動的距離比磁場方向垂直于紙面向外時的大，則電場力做的

15、功多，故v1v2，選項A正確 備用習(xí)題5. 在垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有一個固定在水平地面上的光滑半圓槽，一個帶電荷量為q、質(zhì)量為m的小球在如圖3512所示位置從靜止?jié)L下，小球滾到槽底時對槽底的壓力大小等于mg，求圓槽軌道的半徑R.圖3512備用習(xí)題自我檢測1.(洛倫茲力的方向)圖3-5-6是表示磁場磁感應(yīng)強度B、負(fù)電荷運動方向v和磁場對電荷洛倫茲力F的相互關(guān)系圖,這四個圖中不正確的是(B、v、F兩兩垂直) ()答案 D解析 應(yīng)用左手定則解決三者間方向的問題,特別要注意“其余四指”的指向.圖3-5-6自我檢測2.(洛倫茲力做功情況)(多選)下列有關(guān)帶電粒子(不計重力)運動的

16、說法中正確的是 ()A.沿著電場線方向飛入勻強電場,動能一定變化B.沿著磁感線方向飛入勻強磁場,動能一定變化 C.垂直于電場線方向飛入勻強電場,動能一定變化D.垂直于磁感線方向飛入勻強磁場,動能一定不變答案 ACD解析 帶電粒子沿電場線運動,靜電力做功,粒子動能發(fā)生變化.帶電粒子垂直于電場線進入勻強電場,做類平拋運動,靜電力做功,粒子動能一定變化.帶電粒子在磁場中運動,洛倫茲力不做功,動能不變.綜上可知,選項A、C、D正確.自我檢測3.(洛倫茲力+地磁場)來自宇宙的質(zhì)子流,以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點,則這些質(zhì)子在進入地球周圍的空間時,將 ()A.豎直向下沿直線射向地面B.相對于預(yù)定地點,稍向東偏轉(zhuǎn)C.相對于預(yù)定地點,稍向西偏轉(zhuǎn)D.相對于預(yù)定地點,稍向北偏轉(zhuǎn)答案 B解析 地球表面地磁場方向由南向北,質(zhì)子是氫原子核,帶正電,根據(jù)左手定則可判定,質(zhì)子自赤道上空豎直下落過程中受到的洛倫茲力方向向東,B正確.自我檢測圖3-5-7自我檢測自我檢測答案 C解析 由于帶電油滴進入磁場中恰做勻速直線運動,且受到的重力向下,故洛倫茲力方向一定向上.由左手定則可知,油滴一定帶負(fù)電荷,且滿足mg-qv0B=0,所以q= ,故C正確.