高二物理第15章第四节《磁场对运动电荷的作用》课件

解析：选ABD.带负电滑环向右运动时所受洛伦兹 力方向向上，其大小与滑环初速度大小有关．由 于滑环初速度的大小未具体给定，因而洛伦兹力 与滑环重力可出现三种不同的关系： (1)当洛伦兹力等于重力，则滑环做匀速运动． (2)当洛伦兹力开始时小于重力，滑环将做减速运 动，最后停在杆上． (3)当洛伦兹力开始时大于重力，滑环所受的洛伦 兹力随速度减小而减小，滑环与杆之间挤压力将 逐渐减小，因而滑环所受的摩擦力减小，当挤压 力为零时，摩擦力为零，滑环做匀速运动．故正 确的选项为A、B、D.
变式训练1
图15－4－4 阴极射线管中粒子流向由左向右，其上方放置一 根通有如图15－4－4所示电流的直导线，导线与 阴极射线管平行，则阴极射线将( ) A．向上偏转 B．向下偏转 C．向纸里偏转 D．向纸外偏转
解析：选B.由安培定则，电流在其下方所产生的
磁场方向垂直纸面向里，由左手定则，电子流所
【答案】
E (1) B
g
mg＋μqE (2) μqB
【点评】
洛伦兹力不但与磁场与电荷有关，
还与电荷的运动状态有关，在解决此类问题时 要用动态的眼光，从受力分析入手，查找临界 状态，从而得出正确结果．
变式训练3 图15－4－9 如图15－4－9所示，一个带负电的滑环套在水平 且足够长的粗糙的绝缘杆上，整个装置处于方向 如图所示的匀强磁场 B 中．现给滑环施以一个水 平向右的瞬时冲量，使其由静止开始运动，则滑 环在杆上的运动情况可能是( ) A．始终做匀速运动 B．开始做减速运动，最后静止于杆上 C．先做加速运动，最后做匀速运动 D．先做减速运动，最后做匀速运动
综合分析所受的电场力和洛伦兹力的情况，才能 作出正确的解答．
变式训练 2 一个质子以速度 v 穿过相互垂直的电 场和磁场区域而没有偏转，如图15－4－6所示．
图15－4－6 A．若电子以速度v射入该区域，电子将会偏转 B．无论何种带电粒子，只要以相同的速率v射入 该区域都不会发生偏转 C．若质子的入射速度v′>v，它将向上偏转，其 轨迹是一条抛物线 D．若质子的入射速度v′<v，它将向下偏转，其 轨迹是一条抛物线
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核心要点突破
一、如何判断洛伦兹力的方向 1．由左手定则判定．决定洛伦兹力方向的因素有 三个：电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强 度的方向．当电荷一定即电性一定时，其他两个 因素中，如果只让一个因素相反，则洛伦兹力方 向必定相反；如果同时让两个因素相反，则洛伦 兹力方向将不变． 2．在研究电荷的运动方向与磁场方向垂直的情况 时，由左手定则可知，洛伦兹力的方向既与磁场 方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即洛伦兹 力垂直于v和B两者所决定的平面．
(3)灵活选择不同的运动规律． ①当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，粒 子受力必然平衡，由平衡条件列方程求解． ②对于临界问题，解决时要认真分析物体所经历 的物理过程，找出临界状态相对应的临界条件， 抓住题目中叙述的一些“恰好”、“刚好”、“最大”、 “最高”、“至少”等关键词为突破口，挖掘隐含条 件，探究临界位置或状态．
特别提醒： (1)判断负电荷在磁场中运动受洛伦兹
力的方向，四个手指要伸向负电荷运动的相反方
向．
(2)电荷运动的方向v和B不一定垂直，但洛伦兹力
一定垂直于磁感应强度B和速度的方向v.
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二、对洛伦兹力的理解 1．公式推导 设导体内单位长度上自由电荷数为n，自由电荷的 电荷量为 q ，定向移动的速度为 v ，设长度为 L 的 导线中的自由电荷在 t 秒内全部通过截面 A，如图 15－4－2所示，
【解析】
U 粒子能够直线穿过则有 q ＝ qvB 即 v d
U ＝ ，若 U、 B 增大的倍数不同，粒子不能沿直 Bd 线穿过， A 项错；同理 B 项正确；粒子向下偏， 电场力做负功，又 W 洛 ＝0，所以 ΔEk<0，C 项正 确， D 错误．
【答案】 【点评】
BC 带电粒子在电磁场中的运动，一定要
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2．洛伦兹力的大小 若带电粒子运动方向与磁感应强度方向垂直，则F
qvB 若粒子速度方向与磁感应强度方向的夹 ＝______.
qvBsinθ 角为θ，则F＝_____________. 3．洛伦兹力的方向始终与带电粒子的运动方向垂 大小， 直，故洛伦兹力不改变带电粒子运动速度的____ 只改变粒子运动的方向．洛伦兹力对带电粒子不 做功．
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3．洛伦兹力与电场力的比较 公式
受力条件
方向 影响大小 的因素 做功情况
洛伦兹力 F＝qvB(v⊥B) (1)B≠0 (2)v≠0，即运动电荷 (3)v与B不平行
与B、v方向垂直 q、v、B及 v与B的夹角 总不做功
电场力 F＝qE E≠0
与E方向平 行 q、E
可以做功
特别提醒： (1)安培力是导体中自由电荷定向移动 所受洛伦兹力的宏观表现． (2)v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB，在v∥B时，F＝0 ，在v＝0时，F＝0. (3)洛伦兹力最重要的一个特点就是恒不做功．
(2)当 qE<qvB 时，FN 改变方向为水平向右，小球 mg－ μFN μ qvB－ qE 下滑的加速度为 a＝ ＝ g－ . m m 由此可知 a 随 v 增大而减小，即小球做加速度减 小的加速运动，当 a＝ 0 时，速度达到最大，这时 有 mg＝ μ(qvmB－ qE) mg＋ μqE 故最大速度为 vm＝ . μqB
图15－4－1
2．磁场对运动电荷有力的作用，人们称这种力为 洛伦兹力 ． _________ 二、洛伦兹力的方向和大小 1．洛伦兹力的方向，也可以用左手定则判定：伸 开左手，使大拇指与其余四个手指垂直，并且都 掌心 进 与手掌在同一个平面内，让磁感线垂直从____ 正电荷 入，并使四指指向__________ 运动的方向，这时 拇指 所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所 _____ 受洛伦兹力的方向．负电荷受力的方向与正电荷 受力的方向 _____． 相反
图15－4－3
例1
【解析】 金属导电是由于金属中自由电子定向 移动引起的，当金属块中有电流时，自由电子运 动方向和电流方向相反，由左手定则可判断自由 电子所受洛伦兹力方向向下，即自由电子向下偏 转，所以上表面电势较下表面高． 【答案】 A 【点评】 判断洛伦兹力的方向时，首先应明确 磁场方向和带电粒子的电性及其运动方向，然后 根据左手定则判定．
解析： 选 BCD.质子以速度 v 穿过该区域而没有偏 转， 说明质子所受洛伦兹力和电场力合力为零． 即 E qvB－qE＝0，即 v＝ . B
带电粒子在复合场中的直线运动
例3 如图15－4－7所示，竖直绝缘杆处于方向
彼此垂直，大小为E、B的匀强电、磁场中，一个 质量为m、带电量为＋q的小球，从静止开始沿杆 下滑，且与杆的动摩擦因数为μ，试求： (1)小球速度为多大时，加速度最大？是多少？ (2)小球下滑的最大速度是多少？
特别提醒： (1) 电子、质子、 α 粒子等一般不计重 力，带电小球、尘埃、液滴等带电颗粒一般要考 虑重力的作用． (2)注意重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力 始终和运动方向垂直，永不做功的特点．
课堂互动讲练
洛伦兹力方向的判定
长方体金属块放在匀强磁场中，有电流通 过金属块，如图15－4－3所示，则下面正确的是 ( ) A．金属块上表面电势高于下表面电势 B．金属块上表面电势低于下表面电势 C．金属块上表面电势等于下表面电势 D．无法比较上、下表面的电势高低
重点难点：1.洛伦兹力的大小和方向．
2．用左手定则判断洛伦兹力的方向．
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课前自主学案
一、洛伦兹力 1．演示实验：电子射线管发出的电子束，图15－ 4－1甲中的径迹是__________ 一条直线 ．把电子射线管放 在蹄形磁铁的磁场中 ，图乙中电子束的径迹向 ____ 下 发生了偏转，若调换磁铁南北极的位置，则 电子束的径迹会向____ 上 偏转．
第四节
磁场对运动电荷的作用
目标概览
课前自主学案
第四节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
目标概览
学习目标：1.知道什么是洛伦兹力，知道电荷运
动方向与磁场方向平行时，电荷受到的洛伦兹力
等于零；电荷运动方向与磁场方向垂直时，电荷
受到的洛伦兹力最大，F＝qvB.
2．会用左手定则熟练地判定洛伦兹力的方向．
受洛伦兹力向下，故向下偏转，则选B.
速度选择器
例2 (2010年广东质检)不计重力的负粒子能够
在如图15－4－5所示的正交匀强电场和匀强磁场
中匀速直线穿过．设产生匀强电场的两极板间电
压为U，距离为d，匀强磁场的磁感应强度为B，
粒子电荷量为q，进入速度为v，以下说法正确的
是( )
图15－4－5 A．若同时增大U和B，其他条件不变，则粒子一 定能够直线穿过 B．若同时减小d和增大v，其他条件不变，则粒 子可能直线穿过 C．若粒子向下偏能够飞出极板间，则粒子动能 一定减小 D．若粒子向下偏能够飞出极板间，则粒子的动 能有可能不变
三、带电粒子在复合场中的直线运动 1．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． 2．带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路 (1)正确进行受力分析，除重力、弹力、摩擦力外动状态，注意运动情况和受 力情况的结合．
图15－4－7
【自主解答】 (1)开始阶段的受力分析如图 15－ 4－ 8 所示，qE>F 洛 μ qE－ qvB μFN a＝g－ ＝ g－ m m 从式子得到 a 随 v 的增大而增大，即小球做加速 度增大的加速运动． E 当 qE＝qvB， v＝ 时， Ff＝ 0，am＝ g. B
图15－4－8
知能优化训练
本部分内容讲解结束
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图15－4－2