高二鲁科版课件第6章 第3讲 磁场对运动电荷的作用
高中物理第6章磁吃电流和运动电荷的作用第3讲磁吃运动电荷的作用鲁科版选修37
第3讲磁场对运动电荷的作用[目标定位] 1.知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向.2.掌握洛伦兹力公式的推导过程，会计算洛伦兹力的大小.3.会处理洛伦兹力作用下的带电体的运动问题．从安培力到洛伦兹力1．洛伦兹力：当电荷在磁场中运动时，一般会受到磁场力的作用．物理学把磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力．2．洛伦兹力的大小：实际上安培力可以看成是大量运动电荷受到洛伦兹力的宏观表现．由推导可知，洛伦兹力f与运动电荷的电荷量q、运动速度v、磁感应强度B有关．当B∥v时，洛伦兹力为零．当v⊥B时f的大小可写为f＝qvB.当运动电荷速度v的方向与磁感应强度B的夹角为θ时，洛伦兹力公式为f＝qvB sin_θ. 3．洛伦兹力的方向：用左手定则来判定：伸开左手，拇指与其余四指垂直，且处于同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向.一、洛伦兹力的方向1．f⊥B，f⊥v，f垂直于B、v确定的平面，但B与v不一定垂直．2．洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化．但无论怎么变化，洛伦兹力都与运动方向垂直，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小．例1如下图所示的磁感应强度为B、电荷的运动速度为v和磁场对电荷的作用力f的相互关系图中，画得正确的是(其中B、f、v两两垂直)( )答案 C解析 由于B 、f 、v 两两垂直，根据左手定则得：A 、B 、D 选项中受洛伦兹力都与图示F 的方向相反，故A 、B 、D 错误，C 正确．借题发挥 确定洛伦兹力的方向还需明确运动电荷的电性，特别注意负电荷的运动方向与左手四指的指向应相反．二、洛伦兹力的大小1．洛伦兹力的大小f ＝qvB sin θ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角．(1)当电荷运动方向与磁场方向垂直时：f ＝qvB ；(2)当电荷运动方向与磁场方向平行时：f ＝0；(3)当电荷在磁场中静止时：f ＝0.2．洛伦兹力与安培力的关系(1)安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现．而洛伦兹力是安培力的微观本质．(2)洛伦兹力对电荷不做功，但安培力却可以对导体做功．3．洛伦兹力与电场力的比较(1)洛伦兹力f ＝qvB ：只有运动电荷，且运动电荷的运动方向与磁场方向不平行时才受到洛伦兹力；洛伦兹力的方向总与速度方向垂直，用左手定则判断．(2)电场力F ＝qE ：只要是电荷在电场中就要受到电场力；电场力的方向与场强E 同线(正电荷与E 同向，负电荷与E 反向)．例2 在图1所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为B ，带电粒子的速率均为v ，带电荷量均为q .试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向．图1答案 (1)qvB 垂直v 向左上方 (2)12qvB 垂直纸面向里 (3)不受洛伦兹力 (4)qvB 垂直v 向左上方解析 (1)因v ⊥B ，所以F ＝qvB ，方向与v 垂直向左上方．(2)v 与B 的夹角为30°，将v 分解成垂直于磁场的分量和平行于磁场的分量，v ⊥＝v sin30°，f ＝qvB sin30°＝12qvB .方向垂直纸面向里． (3)由于v 与B 平行，所以不受洛伦兹力．(4)v 与B 垂直，f ＝qvB ，方向与v 垂直向左上方．借题发挥 确定洛伦兹力的大小时需明确“v ”与“B ”的方向夹角θ.针对训练 在如下图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内，电子可能沿水平方向向右做直线运动的是( )答案 BC三、洛伦兹力作用下的带电体的运动分析带电体在磁场中的受力运动问题，与力学方法相似，首先要受力分析，然后根据运动状态，选择恰当的物理规律．例3 一个质量m ＝0.1g 的小滑块，带有q ＝5×10－4C 的电荷量，放置在倾角α＝30°的光滑斜面上(绝缘)，斜面固定且置于B ＝0.5T 的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图2所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，要离开斜面(g 取10m/s 2)．求：图2(1)小滑块带何种电荷；(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大；(3)该斜面长度至少多长．答案 (1)负电荷 (2)3.5m/s (3)1.2m解析 (1)小滑块在沿斜面下滑的过程中，受重力mg 、斜面支持力N 和洛伦兹力f 作用，如图所示，若要使小滑块离开斜面，则洛伦兹力f 应垂直斜面向上，根据左手定则可知，小滑块应带负电荷．(2)小滑块沿斜面下滑的过程中，垂直于斜面的加速度为零，由平衡条件得f ＋N ＝mg cos α，当支持力N ＝0时，小滑块脱离斜面．设此时小滑块速度为v max ，则此时小滑块所受洛伦兹力f ＝qv max B ，所以v max ＝mg cos αqB ＝0.1×10－3×10×325×10－4×0.5m/s≈3.5m/s (3)设该斜面长度至少为l ，则小滑块离开斜面的临界情况为小滑块刚滑到斜面底端时．因为下滑过程中只有重力做功，由动能定理得mgl sin α＝12mv 2max －0，所以斜面长至少为l ＝v 2max 2g sin α＝3.522×10×0.5m ≈1.2m. 借题发挥 (1)物体在磁场或电场中运动的分析方法和分析力学的方法一样，只是比力学多了洛伦兹力和静电力．(2)对粒子受力分析求合力，若合力为零，粒子做匀速直线运动；若合力不为零，粒子做变速直线运动，再根据牛顿第二定律分析粒子速度变化情况.洛伦兹力的方向1．在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上方放置一根通有如图3所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则电子将( )图3A ．向上偏转B ．向下偏转C ．向纸里偏转D ．向纸外偏转答案 B解析 由题图可知，直线电流的方向由左向右，根据安培定则，可判定直导线下方的磁场方向为垂直于纸面向里，而电子运动方向由左向右，由左手定则知(电子带负电荷，四指要指向电子运动方向的反方向)，电子将向下偏转，故B 选项正确．洛伦兹力的大小2．如图4所示，带负电荷的摆球在一匀强磁场中摆动．匀强磁场的方向垂直纸面向里．磁场中A 、B 为等高的两点，摆球在A 、B 间摆动过程中，由A 摆到最低点C 时，摆线拉力大小为F 1，摆球加速度大小为a 1；由B 摆到最低点C 时，摆线拉力大小为F 2，摆球加速度大小为a 2，则( )图4A ．F 1＞F 2，a 1＝a 2B ．F 1＜F 2，a 1＝a 2C ．F 1＞F 2，a 1＞a 2D ．F 1＜F 2，a 1＜a 2答案 B 解析 由于洛伦兹力不做功，所以从B 和A 到达C 点的速度大小相等．由a ＝v 2r可得a 1＝a 2.当由A 运动到C 时，以小球为研究对象，受力分析如图甲所示，F 1＋f 洛－mg ＝ma 1.当由B 运动到C 时，受力分析如图乙所示，F 2－f 洛－mg ＝ma 2.由以上两式可得：F 2＞F 1，故B 正确．洛伦兹力的综合应用3．在两平行金属板间，有如图5所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场．α粒子以速度v 0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，恰好能沿直线匀速通过．供下列各小题选择的答案有：图5A ．不偏转B ．向上偏转C ．向下偏转D ．向纸内或纸外偏转(1)若质子以速度v 0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将________．(2)若电子以速度v 0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，电子将________．(3)若质子以大于v 0的速度，沿垂直于电场方向和磁场方向从两板正中央射入，质子将________．(4)若增大匀强磁场的磁感应强度，其他条件不变，电子以速度v 0沿垂直于电场和磁场的方向，从两极正中央射入时，电子将________．答案 (1)A (2)A (3)B (4)C解析 设带电粒子的质量为m ，带电荷量为q ，匀强电场的电场强度为E 、匀强磁场的磁感应强度为B .带电粒子以速度v 0垂直射入互相正交的匀强电场和匀强磁场中时，若粒子带正电荷，则所受电场力方向向下，大小为qE ；所受磁场力方向向上，大小为Bqv 0.又因质子、电子的重力可不计，沿直线匀速通过时，显然有Bqv 0＝qE ，v 0＝E B，即沿直线匀速通过时，带电粒子的速度与其质量、电荷量无关．如果粒子带负电荷，电场力方向向上，磁场力方向向下，上述结论仍然成立．所以，(1)(2)两小题应选A.若质子以大于v 0的速度射入两板之间，由于磁场力f ＝Bqv ，磁场力将大于电场力，质子带正电荷，将向上偏转，第(3)小题应选B.磁场的磁感应强度B 增大时，电子射入的其他条件不变，所受磁场力f ＝Bqv 0也增大，电子带负电荷，所受磁场力方向向下，将向下偏转，所以第(4)小题应选择C.题组一 对洛伦兹力方向的判定1．在以下几幅图中，对洛伦兹力的方向判断不正确的是( )答案 C2．一束混合粒子流从一发射源射出后，进入如图1所示的磁场，分离为1、2、3三束，则不正确的是( )图1A．1带正电B．1带负电C．2不带电D．3带负电答案 B解析根据左手定则，正电荷粒子左偏，即1；不偏转说明不带电，即2；带负电的粒子向右偏，说明是3，因此答案为B.3．一个电子穿过某一空间而未发生偏转，则( )A．此空间一定不存在磁场B．此空间可能有磁场，方向与电子速度方向平行C．此空间可能有磁场，方向与电子速度方向垂直D．此空间可能有正交的磁场和电场，它们的方向均与电子速度方向垂直答案BD解析由洛伦兹力公式可知：当v的方向与磁感应强度B的方向平行时，运动电荷不受洛伦兹力作用，因此电子未发生偏转，不能说明此空间一定不存在磁场，只能说明此空间可能有磁场，磁场方向与电子速度方向平行，则选项B正确．此空间也可能有正交的磁场和电场，它们的方向均与电子速度方向垂直，导致电子所受合力为零．则选项D正确．题组二对洛伦兹力特点及公式的理解应用4．带电荷量为＋q的粒子在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是( )A．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B．如果把＋q改为－q，且速度反向、大小不变，则洛伦兹力的大小不变C．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直D．粒子只受到洛伦兹力的作用，不可能做匀速直线运动答案BD5．如图2所示，一束电子流沿管的轴线进入螺线管，忽略重力，电子在管内的运动应该是( )图2A．仅当从a端通入电流时，电子做匀加速直线运动B．仅当从b端通入电流时，电子做匀加速直线运动C．不管从哪端通入电流，电子都做匀速直线运动D．不管从哪端通入电流，电子都做匀速圆周运动答案 C解析电子的速度方向平行于磁场的方向，f洛＝0、电子做匀速直线运动．6．关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动，下列说法中正确的是( )A．带电粒子沿电场线方向射入，静电力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加B．带电粒子垂直于电场线方向射入，静电力对带电粒子不做功，粒子动能不变C．带电粒子沿磁感线方向射入，洛伦兹力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加D．不管带电粒子怎样射入磁场，洛伦兹力对带电粒子都不做功，粒子动能不变答案 D解析带电粒子在电场中受到的静电力F＝qE，只与电场有关，与粒子的运动状态无关，做功的正负由θ角(力与位移方向的夹角)决定．对选项A，只有粒子带正电时才成立；垂直射入匀强电场的带电粒子，不管带电性质如何，静电力都会做正功，动能增加．带电粒子在磁场中的受力——洛伦兹力f＝qvB sinθ，其大小除与运动状态有关，还与θ角(磁场方向与速度方向之间夹角)有关，带电粒子从平行磁感线方向射入，不受洛伦兹力作用，粒子做匀速直线运动．在其他方向上由于洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，故洛伦兹力对带电粒子始终不做功．综上所述，正确选项为D.7．如图3所示，电视机的像管的结构示意图，荧光屏平面位于坐标平面xOy，y轴是显像管的纵轴线，位于显像管尾部的灯丝被电流加热后会有电子逸出，这些电子在加速电压的作用下以很高的速度沿y轴向十y方向射出．构成了显像管的“电子枪”．如果没有其他力作用，从电子枪发射出的高速电子将做匀速直线运动打到坐标原点O使荧光屏的正中间出现一个亮点．当在显像管的管颈处的较小区域(图中B部分)加沿z方向的磁场(偏转磁场)，亮点将偏离原点O而打在x轴上的某一点，偏离的方向和距离大小依赖于磁场的磁感应强度B.为使荧光屏上出现沿x轴的一条贯穿全屏的水平亮线(电子束的水平扫描运动)，偏转磁场的磁感应强度随时间变化的规律是图中( )图3答案 A题组三带电物体在磁场中的运动问题8．带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场，恰做匀速直线运动，如图4所示，若油滴质量为m，磁感应强度为B，则下述说法正确的是( )图4A．油滴必带正电荷，电荷量为mg v0BB．油滴必带正电荷，比荷qm＝q v0BC．油滴必带负电荷，电荷量为mgv0BD．油滴带什么电荷都可以，只要满足q＝mg v0B答案 A解析油滴水平向右匀速直线运动，其所受洛伦兹力必向上与重力平衡，故带正电，由mg＝qv0B得其电荷量q＝mgv0B，A正确．9．如图5所示，在竖直平面内放一个光滑绝缘的半圆形轨道，水平方向的匀强磁场与半圆形轨道所在的平面垂直．一个带负电荷的小滑块由静止开始从半圆轨道的最高点M滑下到最右端，则下列说法中正确的是( )图5A ．滑块经过最低点时的速度比磁场不存在时大B ．滑块从M 点到最低点的加速度比磁场不存在时小C ．滑块经过最低点时对轨道的压力比磁场不存在时小D ．滑块从M 点到最低点所用时间与磁场不存在时相等答案 D解析 由于洛伦兹力不做功，故与磁场不存在时相比，滑块经过最低点时的速度不变，选项A 错误；由a ＝v 2R，与磁场不存在时相比，滑块经过最低点时的加速度不变，选项B 错误；由左手定则，滑块经最低点时受的洛伦兹力向下，而滑块所受的向心力不变，故滑块经最低点时对轨道的压力比磁场不存在时大，选项C 错误；由于洛伦兹力始终与运动方向垂直，在任意一点，滑块经过时的速度均不变，选项D 正确．10．如图6所示，一个质量为m 带正电的带电体电荷量为q ，紧贴着水平绝缘板的下表面滑动，滑动方向与垂直纸面的匀强磁场B 垂直，则能沿绝缘面滑动的水平速度方向________，大小v 应不小于________，若从速度v 0开始运动，则它沿绝缘面运动的过程中，克服摩擦力做功为________．图6答案 水平向右 mg qB 12m ⎣⎢⎡⎦⎥⎤v 20－mg qB 2 11．如图7所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里，一带电微粒从a 点进入场区并刚好能沿ab 直线向上运动，下列说法中正确的是( )图7A ．微粒一定带负电B ．微粒的动能一定减小C ．微粒的电势能一定增加D ．微粒的机械能一定增加答案 AD解析 微粒进入场区后沿直线ab 运动，则微粒受到的合力或者为零，或者合力方向在ab 直线上( 垂直于运动方向的合力仍为零)．若微粒所受合力不为零，则必然做变速运动，由于速度的变化会导致洛伦兹力变化，则微粒在垂直于运动方向上的合力不再为零，微粒就不能沿直线运动，因此微粒所受合力只能为零而做匀速直线运动；若微粒带正电，则受力分析如下图甲所示，合力不可能为零，故微粒一定带负电，受力分析如图乙所示，故A 正确，B 错；静电力做正功，微粒电势能减小，机械能增大，故C 错，D 正确．12．如图8所示，质量为m ＝1kg 、电荷量为q ＝5×10－2C 的带正电的小滑块，从半径为R＝0.4m 的光滑绝缘14圆弧轨道上由静止自A 端滑下．整个装置处在方向互相垂直的匀强电场与匀强磁场中．已知E ＝100V/m ，方向水平向右；B ＝1 T ，方向垂直纸面向里．求：(1)滑块到达C 点时的速度；(2)在C 点时滑块所受洛伦兹力．(g ＝10 m/s 2)图8答案 (1)2m/s ，方向水平向左 (2)0.1N ，方向竖直向下解析 以滑块为研究对象，自轨道上A 点滑到C 点的过程中，受重力mg ，方向竖直向下；静电力qE ，方向水平向右；洛伦兹力f 洛＝qvB ，方向始终垂直于速度方向．(1)滑块从A 到C 过程中洛伦兹力不做功，由动能定理得mgR －qER ＝12mv 2C 得v C ＝2mg －qE R m＝2m/s.方向水平向左．(2)根据洛伦兹力公式得：f＝qv C B＝5×10－2×2×1N＝0.1N，方向竖直向下．。
鲁科版高中物理选修3-1：第6章 磁场对电流和运动电荷的作用 复习课件
(a)
(b)
【答案】 BC
2．如图 6－7 所示，PN 和 MQ 两板平行且板间存在垂 直纸面向里的匀强磁场，两板间距离及 PN 和 MQ 长均为 d， 一带正电的质子从 PN 板的正中间 O 点以速度 v0 垂直射入磁 场，为使质子能射出两板间，试求磁感应强度 B 的大小。已 知质子带电荷量为 e，质量为 m。
②刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的 轨迹与边界相切。
（3）当速度 v 一定时，弧长越长，轨道对应的圆心角越 大，带电粒子在有界磁场中运动的时间越长。
（2012·山东日照一中高二检测）如图 6－6 所示，左右
边界分别为 PP′、QQ′的匀强磁场的宽度为 d，磁感应强
度大小为 B，方向垂直纸面向里。一个质量为 m、电荷量为
图 6－7
【解析】 由左手定则确定，质子向上偏转，所以质 子能射出两板间的条件是：B 较弱时，质子从 M 点射出（如 图所示），此时轨道的圆心为 O′点，由平面几何知识得
R2＝d2＋(R－12d)2得R＝54d 质子在磁场中有ev0B＝mRv20
所以R＝meBv0，即54d＝meBv10，B1＝45mdve 0 B较强时，质子从N点射出，此时质子运动了半个圆
周，轨道半径R′＝
d 4
.所以
1 4
d＝
mv0 eB2
，即B2＝
4mv0 de
，综合上
述两种情况，B的大小为45mdve0≤B≤4mdev0.
【答案】
45mdve0≤B≤4mdev0
谢谢
2．安培力与以前各章节知识均能综合到一起，其分析和 求解问题的方法与力学问题的分析方法相同，只不过在受力 分析时再加上安培力即可。
如图 6－1 所示，在与水平方向成 60°角的光滑 金属导轨间连一电源，在相距 1 m 的平行导轨上放一重为 3 N 的金属棒 ab，棒上通过 3 A 的电流，磁场方向竖直向上，这 时棒恰好静止，求：
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专题一 专题二 专题三
知识网络
专题归纳
【例题 2】 如图所示,带负电的粒子垂直磁场方向进入圆形匀强磁场 区域,出磁场时速度偏离原方向 60°角,已知带电粒子质量 m=3×10-20 kg,电 荷量 q=10-13 C,速度 v0=105 m/s,磁场区域的半径 R=0.3 m,不计重力,求磁场 的磁感应强度。
Bmin=G������������������Il60° =
3 2
T
答案:(1) 3 T (2)6 N (3)B 应垂直斜面向上
3 2
T
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专题一 专题二 专题三
知识网络
专题归纳
专题二 带电粒子在有界匀强磁场中的运动
1.有界磁场及边界类型 (1)直线边界:进出磁场具有对称性,如图所示。
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专题一 专题二 专题三
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专题一 专题二 专题三
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专题归纳
4.带电粒子在匀强电场和匀强磁场中偏转的区别
垂直电场线进入匀强 电场(不计重力)
垂直磁感线进入匀强磁场 (不计重力)
受力情况
恒力 F=Eq 大小、方向不变
洛伦兹力 F=Bqv 大小不变,方向随 v 而改变
运动类型 类似平抛运动
匀速圆周运动或其一部分
运动轨迹 抛物线
答案:330 T
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专题归纳
专题三 带电粒子在复合场中的运动
1.弄清复合场的组成 复合场一般包括重力场、电场和磁场三种场的任意两种场复合或三种 场复合。
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知识网络
专题归纳
专题一 专题二 专题三
2.正确分析带电粒子的受力及运动特征 (1)带电粒子在复合场中做什么运动,取决于带电粒子所受的合外力及 其初始状态的速度,因此应把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来进 行分析,当带电粒子在复合场中所受合外力为零时,做匀速直线运动(如速 度选择器)。 (2)当带电粒子所受的重力与电场力等值反向、洛伦兹力提供向心力时, 带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动。 (3)当带电粒子所受的合外力是变力,且与初速度方向不在一条直线上 时,粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子的运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物 线。由于带电粒子可能连续通过几个情况不同的复合场区,因此粒子的运动 情况也发生相应的变化,其运动过程可能由几种不同的运动阶段组成。
鲁科版高中物理选修3-1课件高二：6.2磁场对运动电荷的作用
随堂练习
UITANG LIANXI
探究一
探究二
探究三
对洛伦兹力大小的理解
●问题导引●
如图所示,直导线中自由电荷的电荷量为 q,定向移动的速度为 v,单位 体积的自由电荷数为 n,导线长度为 L,横截面积为 S,磁场的磁感应强度为 B。
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探究一
探究二
探究三
首页
J 基础知识 ICHU ZHISHI
Z S 重点难点 HONGDIAN NANDIAN
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J 基础知识 ICHU ZHISHI
Z S 重点难点 HONGDIAN NANDIAN
随堂练习
UITANG LIANXI
探究一
探究二
探究三
【例题 1】 关于电荷在磁场中的运动速度、磁场和电荷受到的洛伦兹 力三者之间的方向关系,如图所示,其中正确的是( )
解析:根据左手定则,A 中电荷所受洛伦兹力方向向下,A 正确;B 中电荷 所受洛伦兹力方向向下,B 错误;C 中电荷运动方向与磁场方向平行,不受洛 伦兹力,C 错误;D 中电荷所受洛伦兹力方向垂直纸面向外,D 错误。
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J 基础知识 ICHU ZHISHI
Z S 重点难点 HONGDIAN NANDIAN
随堂练习
UITANG LIANXI
带电粒子在磁场中运动分析
●问题导引●
磁流体发电机是一种新型发电机,下图表示它的发电原理。将一束等离 子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和带负电的微粒,而从整体来 说呈中性)喷射入磁场,磁场中有两块金属板 A、B,这时金属板上就聚集电荷, 产生电压。试说明金属板上为什么聚集电荷。在磁极配置如图中所示的情 况下,电路中的电流方向如何?
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谢谢！
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
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56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
6.2 磁场对运动电荷的作用—鲁科版高中物理选修3-1课件 (共35张PPT)
位置由中心O逐渐向A点移动，偏
转磁场应该怎样变化？
3、电子打在荧光屏上只能有一个亮点，为什么整个荧光屏 都能发光呢？
洛伦兹力的作用
• 从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流 放出，称为宇宙射线。由于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 起了一定的阻挡作用。
2.当电子射线管的周 围存在磁场时，电子 的运动轨迹是曲线， 表明：运动电荷受到 磁场的作用力.
N S
阴极射线在磁场中的偏转
S N
二、洛伦兹力： 1、定义：运动电荷在磁场中 受到的作用力叫做洛伦兹力
问题：为什么磁场对通电导线有 作用力？
磁场对电流有安 培力的作用,而电流是 由电荷定向运动形成 的,且磁场对运动电荷 有洛伦兹力的作用.所 以磁场对电流的安培
Iv
场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场 F
v
中，求
v
（1）通电导线中的电流 I nqvS
（2）通电导线所受的安培力
F安 BIL B(nqvS)L
洛伦兹力大小的推导
设有一段长为L，横截面积为S的直导线
，单位体积内的自由电荷数为n，每个
自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向
v
移动的速率为v。这段通电导线垂直磁 场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场
第6章 磁场对电流和运动电荷的作用 第 2 节 磁场对运动电荷的作用
知识回顾
安培力的大小
B,I平行： FA=0 B,I垂直： FA=BIL
判断下图安培力的受力方向：
F
F
新课引入
导体中的电流是由电荷的定向移动产生的 磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流是电荷的定向 运动形成的，由此你会想到了什么？
高中物理磁场对电流和运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用课件鲁科版共28页文档
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3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
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高中物理 第6章 磁场对电流和运动电荷的作用 章末整合课件 鲁科版选修3-1
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【例 2】 如图 6－3 所示，S 为粒子源，它在纸 面 360°范围内发射速度大小为 v0，质量为 m，电量 为 q 的粒子(q<0)，MN 是一块足够大的竖直挡板， 与 S 的水平距离为 L，挡板左侧充满垂直纸面向外
的匀强磁场，磁感应强度大小为mqvL0.求挡板被粒子 击中的范围为多大？
作
系分析
用
概念：磁场对运动电荷的作用
大小：F=Bqv 洛伦兹力 方向：总垂直于B、v决定的平面，
用左手定则判定
Hale Waihona Puke 作用完整版ppt3
作用
洛伦兹力对电荷永不做功，若只有 洛伦兹力充当向心力，电荷 做匀速圆周运动
回旋加速器，质谱仪
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4
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5
关于安培力作用下导体的平衡问题
关于安培力作用下导体的平衡问题、安培力与 力学、电路相联系的综合问题，求解时要注意：
图6－3
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思路分析：由于粒子从同一点向各个方向发射， 粒子的运动轨迹构成绕S点旋转的一系列动态圆，每 一个运动轨迹圆周都是逆时针旋转，这样可以作出 打到最高点与最低点的粒子的轨迹，如图所示，由 此可根据带电粒子在匀强磁场中的运动规律确定所 求的范围．
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解析：如图所示，最高点A为 动态圆与MN相切时的切点，A为切 点，所以OA＝L.最低点B为动态圆 与MN相割且SB为直径时的点．带 电粒子在磁场中做圆周运动， 由 qv0B＝mvR02得 R＝mqvB0＝L，SB 为直
1．要正确地对通电导体进行受力分析，特别是 安培力的方向，牢记安培力的方向既和B垂直又和I 垂直．
2．由于B、I、L的方向关系涉及三维的立体空 间，为便于分析，要善于选择合理的角度，将立体 图转化为平面图(俯视图、剖视图、侧视图等)．平面 图中要突出B、I的方向，并根据左手定则进一步确 定安培力的方向．
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例2 在图1所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为B，带
电粒子的速率均为v，带电荷量均为q.试求出图中带电粒子所
受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向.
图1
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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解析 (1)因v⊥B，
所以F＝ qvB，方向与v垂直向左上方.
(2)v与B的夹角为30°，将v分解成垂直于磁场的分量和平行于 磁场的分量，v⊥＝vsin 30°，f＝qvBsin 30°＝ 1 qvB.方向垂直 2 纸面向里.
(4)若增大匀强磁场的磁感应强度，其他条件不变，电子以速
度v0沿垂直于电场和磁场的方向，从两极正中央射入时，电
子将________.
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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解析 设带电粒子的质量为m，带电荷量为q，匀强电场的电
场强度为E、匀强磁场的磁感应强度为B.带电粒子以速度v0垂
直射入互相正交的匀强电场和匀强磁场中时，若粒子带正电 荷，则所受电场力方向向下，大小为qE；所受磁场力方向向 上，大小为Bqv0.又因质子、电子的重力可不计，沿直线匀速 E 通过时，显然有Bqv0＝qE，v0＝ ，即沿直线匀速通过时， B 带电粒子的速度与其质量、电荷量无关.如果粒子带负电荷， 电场力方向向上，磁场力方向向下，上述结论仍然成立.
巩固·应用·反馈
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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预习导学
梳理·识记·点拨
从安培力到洛伦兹力
1.洛伦兹力：当电荷在磁场中运动时，一般会受到 磁场力 的
作用.物理学把磁场对运动电荷的作用力叫做 洛伦兹力 .
2.洛伦兹力的大小：实际上安培力可以看成是 大量 运动电荷
受到 洛伦兹力 的宏观表现.由推导可知，洛伦兹力f与运动
第6章——
第3讲
磁场对运动电荷的作用
目标定位
1.知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向.
2.掌握洛伦兹力公式的推导过程，会计算洛伦兹力的大小.
3.会处理洛伦兹力作用下的带电体的运动问题.
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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1 预习导学 2 课堂讲义 3 对点练习
梳理·识记·点拨 理解·深化·探究
四指指向 正电荷 运动的方向，那么 拇指 所指的方向就是 正电荷 所受洛伦兹力的方向. _______
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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其余四指垂直，且处于同一平面内，让磁感线垂直 穿过手心，
课堂讲义
理解·深化·探究
一、洛伦兹力的方向
1.f⊥B，f⊥v，f垂直于B、v确定的平面，但B与v不一定垂直.
2.洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化.但无论怎么
选项中受洛伦兹力都与图示F的方向相反，故A、B、D错误，
C正确.
答案 C
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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借题发挥 确定洛伦兹力的方向还需明确运动电荷的电性，
特别注意负电荷的运动方向与左手四指的指向应相反.
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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二、 洛伦兹力的大小 1.洛伦兹力的大小 f＝qvBsin θ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角.
则，可判定直导线下方的磁场方向为垂直于纸面向里，而电 子运动方向由左向右，由左手定则知(电子带负电荷，四指 要指向电子运动方向的反方向)，电子将向下偏转，故B选项 正确. 答案 B
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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洛伦兹力的大小 2.如图4所示，带负电荷的摆球在一匀强磁场中摆动.匀强磁场 的方向垂直纸面向里.磁场中A、B为等高的两点，摆球在A、B 间摆动过程中，由A摆到最低点C时，摆 线拉力大小为F1，摆球加速度大小为a1； 由B摆到最低点C时，摆线拉力大小为F2， 摆球加速度大小为a2，则( A.F1＞F2，a1＝a2 C.F1＞F2，a1＞a2
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第3讲 磁中央垂直于电场方向和磁场方
向射入时，质子将________.
(2)若电子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方
向射入时，电子将________.
(3)若质子以大于v0的速度，沿垂直于电场方向和磁场方向从
两板正中央射入，质子将________.
例3
一个质量m＝0.1 g的小滑块，带有q＝5×10－4 C的电荷
量，放置在倾角α＝30°的光滑斜面上(绝缘)，斜面固定且置于 小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，小滑块滑至某
B＝0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图2所示， 一位置时，要离开斜面(g取10 m/s2).求：
第3讲 磁场对运动电荷的作用
电荷的电荷量q、运动速度v、磁感应强度B有关. 当B∥v时，洛伦兹力为 零 .
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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当v⊥B时f的大小可写为 f＝qvB .
当运动电荷速度v的方向与磁感应强度 B的夹角为θ时，洛伦
兹力公式为 f＝qvBsin θ .
3.洛伦兹力的方向：用左手定则来判定：伸开 左手 ，拇指与
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(3)该斜面长度至少多长.
解析 设该斜面长度至少为 l， 则小滑块离开斜面的临界情况为 小滑块刚滑到斜面底端时.因为下滑过程中只有重力做功，由动
2 v 1 max 能定理得 mglsin α＝ mvmax2－0， 所以斜面长至少为 l＝ ＝ 2 2gsin α
3.52 m≈1.2 m. 2×10×0.5
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(1)小滑块带何种电荷；
解析 小滑块在沿斜面下滑的过程中， 图2
受重力mg、斜面支持力N和洛伦兹力f作
用，如图所示，若要使小滑块离开斜面，
则洛伦兹力 f 应垂直斜面向上，根据左
手定则可知，小滑块应带负电荷. 答案 负电荷
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大；
解析 小滑块沿斜面下滑的过程中，垂直于斜面的加速度为
第3讲 磁场对运动电荷的作用
)
B.F1＜F2，a1＝a2 D.F1＜F2，a1＜a2
图4
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解析 由于洛伦兹力不做功，所以从B和A v2 到达C点的速度大小相等.由a＝ 可得a1＝a2. r 当由A运动到C时，以小球为研究对象，受 力分析如图甲所示，F1＋f洛－mg＝ma1.当 由 B 运动到 C 时，受力分析如图乙所示， F2 － f 洛 － mg ＝ ma2. 由以上两式可得：F2＞F1，故B正确.
第3讲 磁场对运动电荷的作用
答案
1.2 m
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借题发挥
(1) 物体在磁场或电场中运动的分析方法和分析
力学的方法一样，只是比力学多了洛伦兹力和静电力.
(2)对粒子受力分析求合力，若合力为零，粒子做匀速直线
运动；若合力不为零，粒子做变速直线运动，再根据牛顿第
二定律分析粒子速度变化情况.
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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对点练习
巩固·应用·反馈
洛伦兹力的方向 1.在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上方放置一根通 有如图3 所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则电 子将( ) B.向下偏转 A.向上偏转
C.向纸里偏转
D.向纸外偏转
图3
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第3讲 磁场对运动电荷的作用
解析 由题图可知，直线电流的方向由左向右，根据安培定
(3)由于v与B平行，所以不受洛伦兹力. (4)v与B垂直，f＝qvB，方向与v垂直向左上方.
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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答案 (1)qvB 垂直v向左上方 (2)qvB 垂直纸面向里
(3)不受洛伦兹力
(4)qvB 垂直v向左上方
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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借题发挥 向夹角θ. 针对训练
零，由平衡条件得f ＋N＝mgcos α，当支持力N＝0时，小滑
块脱离斜面.设此时小滑块速度为 vmax，则此时小滑块所受洛
伦兹力f＝qvmaxB，
mgcos α 所以 vmax＝ ＝ qB
0.1×10－3×10× 5×10－4×0.5
3 2
m/s
≈3.5 m/s
第3讲 磁场对运动电荷的作用
答案 3.5 m/s
确定洛伦兹力的大小时需明确“v”与“B”的方 在如下图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域
内，电子可能沿水平方向向右做直线运动的是( BC )
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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三、洛伦兹力作用下的带电体的运动 分析带电体在磁场中的受力运动问题，与力学方法相似，首 先要受力分析，然后根据运动状态，选择恰当的物理规律.
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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所以，(1)(2)两小题应选A.若质子以大于v0的速度射入两板之 间，由于磁场力f＝Bqv，磁场力将大于电场力，质子带正电
荷，将向上偏转，第(3)小题应选B.磁场的磁感应强度B增大
时，电子射入的其他条件不变，所受磁场力f＝Bqv0也增大，
电子带负电荷，所受磁场力方向向下，将向下偏转，所以第
(1)当电荷运动方向与磁场方向垂直时：f＝qvB；
(2)当电荷运动方向与磁场方向平行时：f＝0；
(3)当电荷在磁场中静止时：f＝0.
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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2.洛伦兹力与安培力的关系 (1)安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹 力的宏观表现.而洛伦兹力是安培力的微观本质. (2)洛伦兹力对电荷不做功，但安培力却可以对导体做功.
(4)小题应选择C.
答案 (1)A (2)A (3)B (4)C
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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答案 B
第3讲 磁场对运动电荷的作用
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洛伦兹力的综合应用 3.在两平行金属板间，有如图5所示的互相正交的匀强电场和 匀强磁场.α粒子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和 磁场方向射入时，恰好能沿直线匀速 通过.供下列各小题选择的答案有：