歡迎進入物理課堂 第四節(jié)磁場對運動電荷的作用 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓練 第四節(jié) 課前自主學案 目標概覽 目標概覽 學習目標 1 知道什么是洛倫茲力 知道電荷運動方向與磁場方向平行時 電荷受到的洛倫茲力等于零 電荷運動方向與磁場方向垂直時 電荷受到的洛倫茲力最大 F qvB 2 會用左手定則熟練地判定洛倫茲力的方向 重點難點 1 洛倫茲力的大小和方向 2 用左手定則判斷洛倫茲力的方向 課前自主學案 一 洛倫茲力1 演示實驗 電子射線管發(fā)出的電子束 圖15 4 1甲中的徑跡是 把電子射線管放在蹄形磁鐵的磁場中 圖乙中電子束的徑跡向 發(fā)生了偏轉(zhuǎn) 若調(diào)換磁鐵南北極的位置 則電子束的徑跡會向 偏轉(zhuǎn) 圖15 4 1 一條直線 下 上 2 磁場對運動電荷有力的作用 人們稱這種力為 二 洛倫茲力的方向和大小1 洛倫茲力的方向 也可以用左手定則判定 伸開左手 使大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) 讓磁感線垂直從 進入 并使四指指向 運動的方向 這時 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 負電荷受力的方向與正電荷受力的方向 洛倫茲力 掌心 正電荷 拇指 相反 2 洛倫茲力的大小若帶電粒子運動方向與磁感應(yīng)強度方向垂直 則F 若粒子速度方向與磁感應(yīng)強度方向的夾角為 則F 3 洛倫茲力的方向始終與帶電粒子的運動方向垂直 故洛倫茲力不改變帶電粒子運動速度的 只改變粒子運動的方向 洛倫茲力對帶電粒子不做功 qvB qvBsin 大小 核心要點突破 一 如何判斷洛倫茲力的方向1 由左手定則判定 決定洛倫茲力方向的因素有三個 電荷的電性 正 負 速度方向 磁感應(yīng)強度的方向 當電荷一定即電性一定時 其他兩個因素中 如果只讓一個因素相反 則洛倫茲力方向必定相反 如果同時讓兩個因素相反 則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔?2 在研究電荷的運動方向與磁場方向垂直的情況時 由左手定則可知 洛倫茲力的方向既與磁場方向垂直 又與電荷的運動方向垂直 即洛倫茲力垂直于v和B兩者所決定的平面 特別提醒 1 判斷負電荷在磁場中運動受洛倫茲力的方向 四個手指要伸向負電荷運動的相反方向 2 電荷運動的方向v和B不一定垂直 但洛倫茲力一定垂直于磁感應(yīng)強度B和速度的方向v 二 對洛倫茲力的理解1 公式推導設(shè)導體內(nèi)單位長度上自由電荷數(shù)為n 自由電荷的電荷量為q 定向移動的速度為v 設(shè)長度為L的導線中的自由電荷在t秒內(nèi)全部通過截面A 如圖15 4 2所示 圖15 4 2 2 洛倫茲力和安培力的區(qū)別與聯(lián)系 1 洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力 而安培力是導體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) 2 盡管安培力是自由電荷定向移動時受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) 但也不能認為安培力就簡單地等于所有定向移動電荷所受洛倫茲力的和 一般只有當導體靜止時才能這樣認為 3 洛倫茲力恒不做功 但安培力卻可以做功 可見安培力與洛倫茲力既有緊密相關(guān) 不可分割的必然聯(lián)系 也有顯著的區(qū)別 3 洛倫茲力與電場力的比較 特別提醒 1 安培力是導體中自由電荷定向移動所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) 2 v B時 洛倫茲力F qvB 在v B時 F 0 在v 0時 F 0 3 洛倫茲力最重要的一個特點就是恒不做功 三 帶電粒子在復合場中的直線運動1 復合場一般包括重力場 電場和磁場三種場的任意兩種場復合或三種場復合 2 帶電粒子在復合場中運動的分析方法和思路 1 正確進行受力分析 除重力 彈力 摩擦力外要特別注意電場力和洛淪茲力的分析 2 確定帶電粒子的運動狀態(tài) 注意運動情況和受力情況的結(jié)合 3 靈活選擇不同的運動規(guī)律 當帶電粒子在復合場中做勻速直線運動時 粒子受力必然平衡 由平衡條件列方程求解 對于臨界問題 解決時要認真分析物體所經(jīng)歷的物理過程 找出臨界狀態(tài)相對應(yīng)的臨界條件 抓住題目中敘述的一些 恰好 剛好 最大 最高 至少 等關(guān)鍵詞為突破口 挖掘隱含條件 探究臨界位置或狀態(tài) 特別提醒 1 電子 質(zhì)子 粒子等一般不計重力 帶電小球 塵埃 液滴等帶電顆粒一般要考慮重力的作用 2 注意重力 電場力做功與路徑無關(guān) 洛倫茲力始終和運動方向垂直 永不做功的特點 課堂互動講練 長方體金屬塊放在勻強磁場中 有電流通過金屬塊 如圖15 4 3所示 則下面正確的是 A 金屬塊上表面電勢高于下表面電勢B 金屬塊上表面電勢低于下表面電勢C 金屬塊上表面電勢等于下表面電勢D 無法比較上 下表面的電勢高低 圖15 4 3 解析 金屬導電是由于金屬中自由電子定向移動引起的 當金屬塊中有電流時 自由電子運動方向和電流方向相反 由左手定則可判斷自由電子所受洛倫茲力方向向下 即自由電子向下偏轉(zhuǎn) 所以上表面電勢較下表面高 答案 A 點評 判斷洛倫茲力的方向時 首先應(yīng)明確磁場方向和帶電粒子的電性及其運動方向 然后根據(jù)左手定則判定 變式訓練1圖15 4 4陰極射線管中粒子流向由左向右 其上方放置一根通有如圖15 4 4所示電流的直導線 導線與陰極射線管平行 則陰極射線將 A 向上偏轉(zhuǎn)B 向下偏轉(zhuǎn)C 向紙里偏轉(zhuǎn)D 向紙外偏轉(zhuǎn) 解析 選B 由安培定則 電流在其下方所產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里 由左手定則 電子流所受洛倫茲力向下 故向下偏轉(zhuǎn) 則選B 不計重力的負粒子能夠在如圖15 4 5所示的正交勻強電場和勻強磁場中勻速直線穿過 設(shè)產(chǎn)生勻強電場的兩極板間電壓為U 距離為d 勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B 粒子電荷量為q 進入速度為v 以下說法正確的是 圖15 4 5A 若同時增大U和B 其他條件不變 則粒子一定能夠直線穿過B 若同時減小d和增大v 其他條件不變 則粒子可能直線穿過C 若粒子向下偏能夠飛出極板間 則粒子動能一定減小D 若粒子向下偏能夠飛出極板間 則粒子的動能有可能不變 答案 BC 點評 帶電粒子在電磁場中的運動 一定要綜合分析所受的電場力和洛倫茲力的情況 才能作出正確的解答 變式訓練2一個質(zhì)子以速度v穿過相互垂直的電場和磁場區(qū)域而沒有偏轉(zhuǎn) 如圖15 4 6所示 圖15 4 6A 若電子以速度v射入該區(qū)域 電子將會偏轉(zhuǎn)B 無論何種帶電粒子 只要以相同的速率v射入該區(qū)域都不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)C 若質(zhì)子的入射速度v v 它將向上偏轉(zhuǎn) 其軌跡是一條拋物線D 若質(zhì)子的入射速度v v 它將向下偏轉(zhuǎn) 其軌跡是一條拋物線 如圖15 4 7所示 豎直絕緣桿處于方向彼此垂直 大小為E B的勻強電 磁場中 一個質(zhì)量為m 帶電量為 q的小球 從靜止開始沿桿下滑 且與桿的動摩擦因數(shù)為 試求 1 小球速度為多大時 加速度最大 是多少 2 小球下滑的最大速度是多少 圖15 4 7 圖15 4 8 點評 洛倫茲力不但與磁場與電荷有關(guān) 還與電荷的運動狀態(tài)有關(guān) 在解決此類問題時要用動態(tài)的眼光 從受力分析入手 查找臨界狀態(tài) 從而得出正確結(jié)果 變式訓練3圖15 4 9如圖15 4 9所示 一個帶負電的滑環(huán)套在水平且足夠長的粗糙的絕緣桿上 整個裝置處于方向如圖所示的勻強磁場B中 現(xiàn)給滑環(huán)施以一個水平向右的瞬時沖量 使其由靜止開始運動 則滑環(huán)在桿上的運動情況可能是 A 始終做勻速運動B 開始做減速運動 最后靜止于桿上C 先做加速運動 最后做勻速運動D 先做減速運動 最后做勻速運動 解析 選ABD 帶負電滑環(huán)向右運動時所受洛倫茲力方向向上 其大小與滑環(huán)初速度大小有關(guān) 由于滑環(huán)初速度的大小未具體給定 因而洛倫茲力與滑環(huán)重力可出現(xiàn)三種不同的關(guān)系 1 當洛倫茲力等于重力 則滑環(huán)做勻速運動 2 當洛倫茲力開始時小于重力 滑環(huán)將做減速運動 最后停在桿上 3 當洛倫茲力開始時大于重力 滑環(huán)所受的洛倫茲力隨速度減小而減小 滑環(huán)與桿之間擠壓力將逐漸減小 因而滑環(huán)所受的摩擦力減小 當擠壓力為零時 摩擦力為零 滑環(huán)做勻速運動 故正確的選項為A B D 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全