高中物理課件:第四節(jié)《磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用》(人教版選修3-1)
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歡迎進(jìn)入物理課堂 第四節(jié)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第四節(jié) 課前自主學(xué)案 目標(biāo)概覽 目標(biāo)概覽 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道什么是洛倫茲力 知道電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí) 電荷受到的洛倫茲力等于零 電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí) 電荷受到的洛倫茲力最大 F qvB 2 會(huì)用左手定則熟練地判定洛倫茲力的方向 重點(diǎn)難點(diǎn) 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(xué)案 一 洛倫茲力1 演示實(shí)驗(yàn) 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(chǎng)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(huì)向 偏轉(zhuǎn) 圖15 4 1 一條直線 下 上 2 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)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(kāi)左手 使大拇指與其余四個(gè)手指垂直 并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi) 讓磁感線垂直從 進(jìn)入 并使四指指向 運(yùn)動(dòng)的方向 這時(shí) 所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向 負(fù)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(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直 則F 若粒子速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)動(dòng)方向垂直 故洛倫茲力不改變帶電粒子運(yùn)動(dòng)速度的 只改變粒子運(yùn)動(dòng)的方向 洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功 qvB qvBsin 大小 核心要點(diǎn)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(gè) 電荷的電性 正 負(fù) 速度方向 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 當(dāng)電荷一定即電性一定時(shí) 其他兩個(gè)因素中 如果只讓一個(gè)因素相反 則洛倫茲力方向必定相反 如果同時(shí)讓兩個(gè)因素相反 則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔?2 在研究電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直的情況時(shí) 由左手定則可知 洛倫茲力的方向既與磁場(chǎng)方向垂直 又與電荷的運(yùn)動(dòng)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(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受洛倫茲力的方向 四個(gè)手指要伸向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的相反方向 2 電荷運(yùn)動(dòng)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(qiáng)度B和速度的方向v 二 對(duì)洛倫茲力的理解1 公式推導(dǎo)設(shè)導(dǎo)體內(nèi)單位長(zhǎng)度上自由電荷數(shù)為n 自由電荷的電荷量為q 定向移動(dòng)的速度為v 設(shè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的導(dǎo)線中的自由電荷在t秒內(nèi)全部通過(guò)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(gè)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力 而安培力是導(dǎo)體中所有定向移動(dòng)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(dòng)時(shí)受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) 但也不能認(rèn)為安培力就簡(jiǎn)單地等于所有定向移動(dòng)電荷所受洛倫茲力的和 一般只有當(dāng)導(dǎo)體靜止時(shí)才能這樣認(rèn)為 3 洛倫茲力恒不做功 但安培力卻可以做功 可見(jiàn)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(chǎng)力的比較 特別提醒 1 安培力是導(dǎo)體中自由電荷定向移動(dòng)所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) 2 v B時(shí) 洛倫茲力F qvB 在v B時(shí) F 0 在v 0時(shí) F 0 3 洛倫茲力最重要的一個(gè)特點(diǎn)就是恒不做功 三 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)1 復(fù)合場(chǎng)一般包括重力場(chǎng) 電場(chǎng)和磁場(chǎng)三種場(chǎng)的任意兩種場(chǎng)復(fù)合或三種場(chǎng)復(fù)合 2 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的分析方法和思路 1 正確進(jìn)行受力分析 除重力 彈力 摩擦力外要特別注意電場(chǎng)力和洛淪茲力的分析 2 確定帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 注意運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的結(jié)合 3 靈活選擇不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) 粒子受力必然平衡 由平衡條件列方程求解 對(duì)于臨界問(wèn)題 解決時(shí)要認(rèn)真分析物體所經(jīng)歷的物理過(guò)程 找出臨界狀態(tài)相對(duì)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(jì)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(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān) 洛倫茲力始終和運(yùn)動(dòng)方向垂直 永不做功的特點(diǎn) 課堂互動(dòng)講練 長(zhǎng)方體金屬塊放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 有電流通過(guò)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(shì)高于下表面電勢(shì)B 金屬塊上表面電勢(shì)低于下表面電勢(shì)C 金屬塊上表面電勢(shì)等于下表面電勢(shì)D 無(wú)法比較上 下表面的電勢(shì)高低 圖15 4 3 解析 金屬導(dǎo)電是由于金屬中自由電子定向移動(dòng)引起的 當(dāng)金屬塊中有電流時(shí) 自由電子運(yùn)動(dòng)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(shì)較下表面高 答案 A 點(diǎn)評(píng) 判斷洛倫茲力的方向時(shí) 首先應(yīng)明確磁場(chǎng)方向和帶電粒子的電性及其運(yùn)動(dòng)方向 然后根據(jù)左手定則判定 變式訓(xùn)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(dǎo)線 導(dǎo)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(chǎng)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(jì)重力的負(fù)粒子能夠在如圖15 4 5所示的正交勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速直線穿過(guò) 設(shè)產(chǎn)生勻強(qiáng)電場(chǎng)的兩極板間電壓為U 距離為d 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 粒子電荷量為q 進(jìn)入速度為v 以下說(shuō)法正確的是 圖15 4 5A 若同時(shí)增大U和B 其他條件不變 則粒子一定能夠直線穿過(guò)B 若同時(shí)減小d和增大v 其他條件不變 則粒子可能直線穿過(guò)C 若粒子向下偏能夠飛出極板間 則粒子動(dòng)能一定減小D 若粒子向下偏能夠飛出極板間 則粒子的動(dòng)能有可能不變 答案 BC 點(diǎn)評(píng) 帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 一定要綜合分析所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力的情況 才能作出正確的解答 變式訓(xùn)練2一個(gè)質(zhì)子以速度v穿過(guò)相互垂直的電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域而沒(méi)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(huì)偏轉(zhuǎn)B 無(wú)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(huì)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(qiáng)電 磁場(chǎng)中 一個(gè)質(zhì)量為m 帶電量為 q的小球 從靜止開(kāi)始沿桿下滑 且與桿的動(dòng)摩擦因數(shù)為 試求 1 小球速度為多大時(shí) 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(diǎn)評(píng) 洛倫茲力不但與磁場(chǎng)與電荷有關(guān) 還與電荷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān) 在解決此類問(wèn)題時(shí)要用動(dòng)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(xùn)練3圖15 4 9如圖15 4 9所示 一個(gè)帶負(fù)電的滑環(huán)套在水平且足夠長(zhǎng)的粗糙的絕緣桿上 整個(gè)裝置處于方向如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中 現(xiàn)給滑環(huán)施以一個(gè)水平向右的瞬時(shí)沖量 使其由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 則滑環(huán)在桿上的運(yùn)動(dòng)情況可能是 A 始終做勻速運(yùn)動(dòng)B 開(kāi)始做減速運(yùn)動(dòng) 最后靜止于桿上C 先做加速運(yùn)動(dòng) 最后做勻速運(yùn)動(dòng)D 先做減速運(yùn)動(dòng) 最后做勻速運(yùn)動(dòng) 解析 選ABD 帶負(fù)電滑環(huán)向右運(yùn)動(dòng)時(shí)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(dāng)洛倫茲力等于重力 則滑環(huán)做勻速運(yùn)動(dòng) 2 當(dāng)洛倫茲力開(kāi)始時(shí)小于重力 滑環(huán)將做減速運(yùn)動(dòng) 最后停在桿上 3 當(dāng)洛倫茲力開(kāi)始時(shí)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(dāng)擠壓力為零時(shí) 摩擦力為零 滑環(huán)做勻速運(yùn)動(dòng) 故正確的選項(xiàng)為A B D 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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