高中物理高中物理選修選修3-1魯科版魯科版第三講第三講 磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 第六章第六章 磁場對電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用1知道什么是洛倫茲力，會(huì)用左手定則判斷洛倫茲力的方向知道什么是洛倫茲力，會(huì)用左手定則判斷洛倫茲力的方向 2掌握洛倫茲力公式的推導(dǎo)過程，會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小掌握洛倫茲力公式的推導(dǎo)過程，會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小 3會(huì)處理洛倫茲力作用下的帶電體的運(yùn)動(dòng)問題會(huì)處理洛倫茲力作用下的帶電體的運(yùn)動(dòng)問題 目標(biāo)定位目標(biāo)定位磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)從安培力到洛倫茲力從安培力到洛倫茲力1、磁場力磁場力 洛倫茲力洛倫茲力 2、大量大量 洛倫茲力洛倫茲力 零零 fqvB fqvBsin3、左手左手 垂直垂直 正電荷正電荷 拇指拇指 正電荷正電荷 磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 一、洛倫茲力的方向一、洛倫茲力的方向 1.判斷方法：左手定則判斷方法：左手定則2. FB，F(xiàn)v，F(xiàn)垂直于垂直于B、v確定的平面，但確定的平面，但B與與v不一不一定垂直定垂直3. 洛倫茲力的方向隨電荷運(yùn)動(dòng)方向的變化而變化但無論洛倫茲力的方向隨電荷運(yùn)動(dòng)方向的變化而變化但無論怎么變化，洛倫茲力都與運(yùn)動(dòng)方向垂直，故洛倫茲力永不怎么變化，洛倫茲力都與運(yùn)動(dòng)方向垂直，故洛倫茲力永不做功，它只改變電荷的運(yùn)動(dòng)方向，不改變電荷速度大小做功，它只改變電荷的運(yùn)動(dòng)方向，不改變電荷速度大小課堂講義課堂講義磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 【例例1】如下圖所示的磁感應(yīng)強(qiáng)度如下圖所示的磁感應(yīng)強(qiáng)度B電電荷的運(yùn)動(dòng)速度荷的運(yùn)動(dòng)速度v和磁場對電荷的作用力和磁場對電荷的作用力F的相互關(guān)系圖中，畫得正確的是的相互關(guān)系圖中，畫得正確的是(其其中中B、F、v兩兩垂直兩兩垂直) ( )借題發(fā)揮借題發(fā)揮 確定洛倫茲力的方確定洛倫茲力的方向還需明確運(yùn)動(dòng)電荷的電性，向還需明確運(yùn)動(dòng)電荷的電性，特別注意負(fù)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與特別注意負(fù)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與左手四指的指向應(yīng)相反左手四指的指向應(yīng)相反FFF根據(jù)左手定則可得四幅根據(jù)左手定則可得四幅圖的洛倫茲力方向圖的洛倫茲力方向FC課堂講義課堂講義磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 二、二、 洛倫茲力的大小洛倫茲力的大小課堂講義課堂講義磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 2洛侖茲力與電場力的比較：洛侖茲力與電場力的比較：（1）洛侖茲力）洛侖茲力F=qvB：只有運(yùn)動(dòng)電荷，且運(yùn)動(dòng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場方：只有運(yùn)動(dòng)電荷，且運(yùn)動(dòng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向不平行時(shí)才受到洛侖茲力；洛侖茲力的方向總與速度方向垂直，用左手向不平行時(shí)才受到洛侖茲力；洛侖茲力的方向總與速度方向垂直，用左手定則判斷。定則判斷。（2）電場力）電場力FqE：只要是電荷在電場中就要受到電場力；電場力的方：只要是電荷在電場中就要受到電場力；電場力的方向與場強(qiáng)向與場強(qiáng)E同線（正電荷與同線（正電荷與E同向，負(fù)電荷與同向，負(fù)電荷與E反向）。反向）。課堂講義課堂講義磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 【例例2】在圖在圖3-5-2所示的各圖中，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為所示的各圖中，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，帶電粒，帶電粒子的速率均為子的速率均為v，帶電荷量均為，帶電荷量均為q.試求出圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大試求出圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小，并指出洛倫茲力的方向小，并指出洛倫茲力的方向(1)因因vB，所以，所以F qvB，方向與，方向與v垂直向左上方垂直向左上方 F由于由于v與與B平行，所平行，所以不受洛倫茲力以不受洛倫茲力 vvF課堂講義課堂講義磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 三、洛侖茲力作用下的帶電體的運(yùn)動(dòng)三、洛侖茲力作用下的帶電體的運(yùn)動(dòng)分析帶電體在磁場中的受力運(yùn)動(dòng)問題，與力學(xué)方法相似：分析帶電體在磁場中的受力運(yùn)動(dòng)問題，與力學(xué)方法相似：首先要受力分析，然后根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，選擇恰當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)首先要受力分析，然后根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，選擇恰當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律律課堂講義課堂講義磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 小滑塊的初狀態(tài)小滑塊的初狀態(tài)離開斜面時(shí)離開斜面時(shí)FN=0，洛倫茲，洛倫茲力應(yīng)垂直斜面向上，從而力應(yīng)垂直斜面向上，從而可以判斷所帶電荷的正負(fù)可以判斷所帶電荷的正負(fù)小物塊到達(dá)斜面底端時(shí)小物塊到達(dá)斜面底端時(shí)剛好離開斜面剛好離開斜面課堂講義課堂講義【例例3】一個(gè)質(zhì)量一個(gè)質(zhì)量m0.1 g的小滑塊，的小滑塊，帶有帶有q5104 C的電荷量，放置在傾的電荷量，放置在傾角角30的光滑斜面上的光滑斜面上(絕緣絕緣)，斜面固，斜面固定且置于定且置于B0.5 T的勻強(qiáng)磁場中，磁場的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面向里，如圖所示，小滑塊方向垂直紙面向里，如圖所示，小滑塊由靜止開始沿斜面滑下，斜面足夠長，由靜止開始沿斜面滑下，斜面足夠長，小滑塊滑至某一位置時(shí)，要離開斜面小滑塊滑至某一位置時(shí)，要離開斜面(g取取10 m/s2)求：求：(1)小滑塊帶何種電荷？小滑塊帶何種電荷？(2)小滑塊離開斜面時(shí)的瞬時(shí)速度多大？小滑塊離開斜面時(shí)的瞬時(shí)速度多大？(3)該斜面長度至少多長？該斜面長度至少多長？ 磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 【例題例題3】一個(gè)質(zhì)量一個(gè)質(zhì)量m0.1 g的小滑塊，的小滑塊，帶有帶有q5104 C的電荷量，放置在傾的電荷量，放置在傾角角30的光滑斜面上的光滑斜面上(絕緣絕緣)，斜面固，斜面固定且置于定且置于B0.5 T的勻強(qiáng)磁場中，磁場的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面向里，如圖所示，小滑塊方向垂直紙面向里，如圖所示，小滑塊由靜止開始沿斜面滑下，斜面足夠長，由靜止開始沿斜面滑下，斜面足夠長，小滑塊滑至某一位置時(shí)，要離開斜面小滑塊滑至某一位置時(shí)，要離開斜面(g取取10 m/s2)求：求：(1)小滑塊帶何種電荷？小滑塊帶何種電荷？(2)小滑塊離開斜面時(shí)的瞬時(shí)速度多大？小滑塊離開斜面時(shí)的瞬時(shí)速度多大？(3)該斜面長度至少多長？該斜面長度至少多長？ 若要使小滑塊離開斜面，則洛倫茲若要使小滑塊離開斜面，則洛倫茲力力F應(yīng)垂直斜面向上，根據(jù)左手定應(yīng)垂直斜面向上，根據(jù)左手定則可知，小滑塊應(yīng)帶則可知，小滑塊應(yīng)帶負(fù)電荷負(fù)電荷課堂講義課堂講義mgFNF(1)小滑塊在沿斜面下滑的過程中，小滑塊在沿斜面下滑的過程中，受重力受重力mg、斜面支持力、斜面支持力FN和洛倫和洛倫茲力茲力F作用，如圖所示作用，如圖所示磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 【例題例題3】一個(gè)質(zhì)量一個(gè)質(zhì)量m0.1 g的小滑塊，的小滑塊，帶有帶有q5104 C的電荷量，放置在傾的電荷量，放置在傾角角30的光滑斜面上的光滑斜面上(絕緣絕緣)，斜面固，斜面固定且置于定且置于B0.5 T的勻強(qiáng)磁場中，磁場的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面向里，如圖所示，小滑塊方向垂直紙面向里，如圖所示，小滑塊由靜止開始沿斜面滑下，斜面足夠長，由靜止開始沿斜面滑下，斜面足夠長，小滑塊滑至某一位置時(shí)，要離開斜面小滑塊滑至某一位置時(shí)，要離開斜面(g取取10 m/s2)求：求：(1)小滑塊帶何種電荷？小滑塊帶何種電荷？(2)小滑塊離開斜面時(shí)的瞬時(shí)速度多大？小滑塊離開斜面時(shí)的瞬時(shí)速度多大？(3)該斜面長度至少多長？該斜面長度至少多長？ (2)小滑塊沿斜面下滑的過程中，小滑塊沿斜面下滑的過程中，垂直于斜面的加速度為零，由平垂直于斜面的加速度為零，由平衡條件得衡條件得FFNmgcos ，當(dāng)支，當(dāng)支持力持力FN0時(shí)，小滑塊脫離斜時(shí)，小滑塊脫離斜面設(shè)此時(shí)小滑塊速度為面設(shè)此時(shí)小滑塊速度為vmax，則此時(shí)小滑塊所受洛倫茲力則此時(shí)小滑塊所受洛倫茲力FBqvmax，課堂講義課堂講義磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 【例題例題3】一個(gè)質(zhì)量一個(gè)質(zhì)量m0.1 g的小滑塊，的小滑塊，帶有帶有q5104 C的電荷量，放置在傾的電荷量，放置在傾角角30的光滑斜面上的光滑斜面上(絕緣絕緣)，斜面固，斜面固定且置于定且置于B0.5 T的勻強(qiáng)磁場中，磁場的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面向里，如圖所示，小滑塊方向垂直紙面向里，如圖所示，小滑塊由靜止開始沿斜面滑下，斜面足夠長，由靜止開始沿斜面滑下，斜面足夠長，小滑塊滑至某一位置時(shí)，要離開斜面小滑塊滑至某一位置時(shí)，要離開斜面(g取取10 m/s2)求：求：(1)小滑塊帶何種電荷？小滑塊帶何種電荷？(2)小滑塊離開斜面時(shí)的瞬時(shí)速度多大？小滑塊離開斜面時(shí)的瞬時(shí)速度多大？(3)該斜面長度至少多長？該斜面長度至少多長？ (3)設(shè)該斜面長度至少為設(shè)該斜面長度至少為l，則小，則小滑塊離開斜面的臨界情況為小滑塊離開斜面的臨界情況為小滑塊剛滑到斜面底端時(shí)因?yàn)榛瑝K剛滑到斜面底端時(shí)因?yàn)橄禄^程中只有重力做功，下滑過程中只有重力做功， 課堂講義課堂講義磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 整體法處理整體法處理要注意我們研究的階段要注意我們研究的階段隔離法處理隔離法處理f(ma+mb)gFNvfafbaCfba【針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練】課堂講義課堂講義磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向1.在陰極射線管中電子流方向在陰極射線管中電子流方向由左向右，其上方放置一根通由左向右，其上方放置一根通有如圖所示電流的直導(dǎo)線，導(dǎo)有如圖所示電流的直導(dǎo)線，導(dǎo)線與陰極射線管平行，則電子線與陰極射線管平行，則電子將將()A向上偏轉(zhuǎn)向上偏轉(zhuǎn) B向下偏轉(zhuǎn)向下偏轉(zhuǎn)C向紙里偏轉(zhuǎn)向紙里偏轉(zhuǎn) D向紙外偏轉(zhuǎn)向紙外偏轉(zhuǎn)解析由題圖可知，直線電流的方向由解析由題圖可知，直線電流的方向由左向右，根據(jù)安培定則，可判定直導(dǎo)線左向右，根據(jù)安培定則，可判定直導(dǎo)線下方的磁場方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蚶?，而下方的磁場方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蚶?，而電子運(yùn)動(dòng)方向由左向右，由左手定則知電子運(yùn)動(dòng)方向由左向右，由左手定則知(電子帶負(fù)電荷，四指要指向電子運(yùn)動(dòng)電子帶負(fù)電荷，四指要指向電子運(yùn)動(dòng)方向的反方向方向的反方向)，電子將向下偏轉(zhuǎn)，故，電子將向下偏轉(zhuǎn)，故B選項(xiàng)正確選項(xiàng)正確FB對點(diǎn)練習(xí)對點(diǎn)練習(xí)磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 洛倫茲力的大小洛倫茲力的大小2如圖如圖7所示，帶負(fù)電荷的擺球在一所示，帶負(fù)電荷的擺球在一勻強(qiáng)磁場中擺動(dòng)勻強(qiáng)磁場的方向垂勻強(qiáng)磁場中擺動(dòng)勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里擺球在直紙面向里擺球在A、B間擺動(dòng)過程間擺動(dòng)過程中，由中，由A擺到最低點(diǎn)擺到最低點(diǎn)C時(shí)，擺線拉力大時(shí)，擺線拉力大小為小為F1，擺球加速度大小為，擺球加速度大小為a1；由；由B擺擺到最低點(diǎn)到最低點(diǎn)C時(shí)，擺線拉力大小為時(shí)，擺線拉力大小為F2，擺，擺球加速度大小為球加速度大小為a2，則，則 () AF1F2，a1a2 BF1F2，a1a2CF1F2，a1a2 DF1F2，a1a2以小球?yàn)檠芯繉ο笠孕∏驗(yàn)檠芯繉ο笥捎葾C過程中在過程中在C點(diǎn)受力情況點(diǎn)受力情況mgF1f洛洛F1f洛洛mgma1由由BC過程中在過程中在C點(diǎn)受力情況點(diǎn)受力情況mgF2f洛洛F2 f洛洛mgma2Bvv對點(diǎn)練習(xí)對點(diǎn)練習(xí)磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用 洛倫茲力的綜合應(yīng)用洛倫茲力的綜合應(yīng)用3. 在兩平行金屬板間，有如圖所示的互相正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場在兩平行金屬板間，有如圖所示的互相正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場粒子以速度粒子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時(shí)，恰好能從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時(shí)，恰好能沿直線勻速通過供下列各小題選擇的答案有：沿直線勻速通過供下列各小題選擇的答案有：A不偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn) B向上偏轉(zhuǎn)向上偏轉(zhuǎn) C向下偏轉(zhuǎn)向下偏轉(zhuǎn) D向紙內(nèi)或紙外偏轉(zhuǎn)向紙內(nèi)或紙外偏轉(zhuǎn)(1)若質(zhì)子以速度若質(zhì)子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時(shí)，質(zhì)子將和磁場方向射入時(shí)，質(zhì)子將_(2)若電子以速度若電子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時(shí)，電子將和磁場方向射入時(shí)，電子將_(3)若質(zhì)子以大于若質(zhì)子以大于v0的速度，沿垂直于電場方向和磁的速度，沿垂直于電場方向和磁場方向從兩板正中央射入，質(zhì)子將場方向從兩板正中央射入，質(zhì)子將 (4)若增大勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，其他條件不變，若增大勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，其他條件不變，電子以速度電子以速度v0沿垂直于電場和磁場的方向，從兩極正沿垂直于電場和磁場的方向，從兩極正中央射入時(shí)，電子將中央射入時(shí)，電子將_AABC對點(diǎn)練習(xí)對點(diǎn)練習(xí)再見再見