2017_2018学年高中物理第三章磁场5运动电荷在磁场中受到的力课件

知识点一 提炼知识 1．洛伦兹力．
洛伦兹力
带电粒子 在磁场中受到的力． (1)定义：__________
(2)与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的安培
宏观表现 ，而洛伦兹力是安培力的微观 力是洛伦兹力的_________
本质．
2．洛伦兹力的方向． (1)左手定则： 伸开左手， 使拇指与其余四个手指垂直， 并且都与手
【典例 2】一个质量 m＝0.1 g 的小滑块，带有 q＝ 5×10
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C 的电荷，放置在倾角 α＝30°的光滑斜面上(斜
面绝缘)，斜面置于 B＝0.5 T 的匀强磁场中，磁场方向垂 直纸面向里，如图所示，小滑块由静止开始沿斜面下滑， 其斜面足够长，小滑块滑至一位置时，要离开斜面． (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)该斜面的长度至少多长？ 解析：(1)小滑块沿斜面下滑过程中，受到重力 mg、 斜面支持力 FN 和洛伦兹力 F.若要小滑块离开斜面，洛伦 兹力 F 方向应垂直斜面向上，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，垂直斜面方向有 qvB＋FN－ mgcos α＝0.当 FN＝0 时， 小滑块开始脱离斜面， 此时 qvB ＝mgcos α，得： mgcos α v＝ qB ＝ 0.1×10－3×10× 0.5×5×10
和荧光屏组成．
磁偏转 的原理． 2． 原理： 电视显像管应用了电子束________
判断正误 (1)电子束带负电，在显像管偏转磁场中的偏转方向 与磁场方向相反．(×) (2) 显像管中偏转磁场使电子所受到的洛伦兹力方 向，仍遵守左手定则. (√)
小试身手 2 ．如图所示是电视机显像管及其偏转线圈的示意 图．电流方向如图所示，试判断正对读者而来的电子束 将向哪边偏转( )
【典例 1】 关于电荷在磁场中运动速度、磁场和电 荷受到洛仑兹力三者之间的方向关系如图所示，其中正 确的是( )
A
B
C
D
解析：根据左手定则：伸开左手，使四指与大拇指垂 直，且在同一个平面内，让磁感线穿过掌心，四指方向与 正电荷的运动方向相同， 大拇指所指的方向为洛伦兹力的 方向，A 选项洛伦兹力方向竖直向下，B 选项洛伦兹力方 向竖直向下，C 选项不受洛伦兹力，D 选项洛伦兹力方向 垂直纸面向外．故 A 正确，B、C、D 错误．
答案：D
拓展二
洛伦兹力的大小
1．为什么说洛伦兹力是安培力的微观表示？ 提示：(1)通电导线在磁场中受到的安培力，实际上 是在导线中定向运动的电荷所受到的洛伦兹力的宏观表 现．
(2)从安培力公式推导出洛伦兹力的公式． ①情境：如图所示，设一根长为 L 的通电直导线中 通有电流 I，处在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，I⊥B， 又设导线中单位体积内所含的自由电荷数为 n， 每个电荷 的电荷量为 q，电荷定向移动的平均速率为 v，导线的横 截面积为 S.
2．安培力可以做功，洛伦兹力会做功吗？ 提示： 不会， 由左手定则知洛伦兹力始终与带电粒子 速度垂直， 所以洛伦兹力不会做功． 进一步说明粒子只受 洛伦兹力，其速度大小不会改变．
1．洛伦兹力． (1)v⊥B 时，F＝qvB. (2)v∥B 时，F＝0. (3)v 与 B 夹角为 θ 时，F＝qvBsin θ .
1．在下面所示的各图中，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，并标出洛伦兹力的方 向．
解析：图甲：因 v⊥B，所以 F＝qvB，方向与 v 垂 直斜向上． 1 图乙：v 与 B 夹角为 30°，故 F＝qvBsin 30°＝ qvB， 2 方向垂直纸面向里．
答案：A
题后反思 (1)注意电荷的正负，尤其是判断负电荷所受洛伦兹 力方向时，四指应指向电荷运动的反方向． (2)注意洛伦兹力的方向一定垂直于 B 和 v 所决定的 平面．
1.一束混合粒子流从一发射源射出后， 进入如图所示 的磁场，分离为 1、2、3 三束，则不正确的是( A．1 带正电 C．2 不带电 答案：B B．1 带负电 D．3 带负电 )
2．有一个电子射线管(阴极射线管)，放在一通电直 导线上方，发现射线的径迹如图所示，则( )
A．直导线与电子射线管平行放置，电流从左流向右 B．直导线电流垂直于纸面，并流向纸内 C．直导线电流垂直于纸面，并流向纸外 D．直导线与电子射线管平行放置，电流从右流向左
解析：电子运动方向从左往右且向下偏转，根据左手 定则，四指指向电子运动的反方向，即指向左侧，大拇指 指向电子偏转方向， 由此得出导线上方磁场方向垂直纸面 向里，根据右手螺旋定则可知，直导线与电子射线管平行 放置，导线中的电流方向从右指向左，故 D 正确，A、B、 C 错误．
－4
3 2
m/s＝2 3 m/s.
(3)下滑过程中，只有重力做功，由动能定理得 1 2 mgxsin α＝ mv . 2
2 （ 2 3 ） v 斜面的长度至少应是 x＝ ＝ m＝ 2gsin α 2×10×0.5 2
1．2 m.
题后反思 (1)在解决带电粒子在磁场中运动的问题时，对粒子 进行受力分析、运动情况分析是关键； (2)根据具体情况，选用相应的力学规律求解，但由 于洛伦兹力与速度有关，要注意动态分析．
平面． 3．洛伦兹力的大小．
qvB ． (1)当 v⊥B 时：F＝______
(2)当 v∥B 时：F＝0.
Bqvsin θ ． (3)当 v 与 B 成 θ 角时，F＝__________
判断正误 (1)运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定会受 到洛伦兹力的作用．(×) (2)运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的 磁感应强度一定为零．(×) (3)洛伦兹力对运动电荷ห้องสมุดไป่ตู้做功．(√)
2．洛伦兹力与静电力的比较．
内容 作用 对象
洛伦兹力
电场力
大小 方向
仅在运动电荷的速 带电粒子只要处在 度方向与B不平行时， 电场中，一定受到 运动电荷才受到洛 电场力 伦兹力 F洛＝qvBsin θ，方 向与B垂直，与v垂 F电＝qE，方向与E 直，用左手定则判 同向或反向 断
3.洛伦兹力与安培力的关系． (1)安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培 力的微观解释，洛伦兹力的大小和方向都可与安培力的 大小和方向进行类比． (2)一般情况下，洛伦兹力可写成 F＝qvBsin θ (θ 为 电荷的运动方向与磁场方向的夹角)． ①当 θ＝0°或 180° ，即电荷运动方向与磁场方向平 行时，F＝0.
小试身手 1.匀强磁场中一个运动的带电粒子，受到洛伦兹力 F 的方向如图所示，则该粒子所带电性和运动方向可能是 ( )
A．粒子带负电，向下运动 B．粒子带正电，向左运动 C．粒子带负电，向上运动 D．粒子带正电，向右运动 答案：A
知识点二 提炼知识
电视机显像管的工作原理
偏转线圈 1． 构造： 如图所示， 电视显像管由电子枪、 _________
1．速度选择器： 如图所示， 如果电场强度 E 和磁感应强度 B 为定值， 当 qE＝qvB 时，粒子将沿图中的虚线匀速通过速度选择 E 器，这样，选择出的速度 v＝ ，如果粒子速度大于 v 将 B 向上偏出；速度小于 v 将向下偏出．改变速度的大小可 通过改变 B 和 E 的大小来实现．
需要注意的是，负电荷以速度 v 也可匀速通过这个 选择器．但是，若粒子从右边进入，就不能匀速沿虚线 通过了．
磁感线 从掌心进入， 掌在同一平面内； 让________ 并使四指指向 正电荷运动 的方向， ____________ 这时拇指所指的方向就是运动的正 洛伦兹力 的方向， 电荷在磁场中所受__________ 负电荷受力的方向 相反 ． 与正电荷受力的方向______
B和v 决定的 (2)特点：F⊥B，F⊥v，即 F 垂直于_______
特别说明
速率选择器选择的是粒子“速度”而非
E “速率”．只有当粒子以特定速率 v＝B，以确定方向进 入才可沿直线通过速度选择器．
2．磁流体发电机： 如图表示出了它的发电原理：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 从整体上来说是呈电中性)喷射入磁场．磁场中有两块金 属板 A、B.则高速射入的离子在洛伦兹力的作用下向 A、 B 两板聚集， 使两板间产生电势差， 若平行金属板间距为 d，匀强磁场的磁感应强度为 B.等离子体流速为 v，离子 从一侧面垂直磁场射入板间，不计其电阻．
方向关系
①B的方向与v的方向不一定垂直 ②F⊥B、F⊥v一定成立 ①洛伦兹力方向始终与粒子运动方向 垂直，故洛伦兹力不做功，只改变带 电粒子的运动方向 ②注意电荷有正、负之分
说明
特别说明 (1)判断负电荷在磁场中运动受洛伦兹力的方向，四 指要指向负电荷运动的相反方向，也就是电流的方向． (2)电荷运动的方向和磁场方向不一定垂直，但洛伦 兹力的方向一定垂直于磁场方向和速度方向．
A．小球带正电 B．小球在斜面上运动时做匀加速直线运动
C．小球在斜面上运动时做加速度增大，而速度也增 大的变加速直线运动 D．小球在斜面上下滑过程中，当小球对斜面压力为 mgcos θ 零时的速率为 qB 答案：ABD
拓展三
洛伦兹力在现代科技中的应用
一个不计重力的带电粒子穿过正交的电磁场中有可 能做匀速运动吗？ 提示： 有可能． 当电场力与洛伦兹力恰好二力平衡时， 此时带电粒子的速度和电场强度以及磁感应强度具有： E qvB＝qE，则 v＝B.
A．向上 C．向左 答案：C
B．向下 D．向右
拓展一
洛伦兹力的方向
怎样判断负电荷在磁场中运动时受洛伦兹力的方 向？ 提示： 负电荷在磁场中受力的方向与正电荷受力的方 向相反， 利用左手定则判断时， 应使四指指向负电荷运动 的反方向．
左手定 则图示
手掌：拇指与四 指垂直且在同一 平面内 四指：正电荷运 动方向或负电荷 运动的反方向 磁场：穿过手心 拇指：洛伦兹力 方向