第3章磁场_第5节磁场对运动电荷的作用力.

基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第五节磁场对运动电荷的作用力基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练学习目标：1.掌握洛伦兹力的方向和大小及其计算公式的有关知识．2．了解电视显像管的原理．重点难点：洛伦兹力的大小方向判定．易错问题：判断洛伦兹力方向时四指指向与电荷运动方向的关系．课标定位基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练一、洛伦兹力1．演示实验：电子射线管发出的电子束，如图甲中的径迹是．把电子射线管放在蹄形磁铁的磁场中，如图3－5－1乙中电子束的径迹向发生了偏转，若调换磁铁南北极的位置，则电子束的径迹会向偏转．一条直线上下基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练图3－5－12．磁场对运动电荷有力的作用，人们称这种力为．洛伦兹力基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练二、洛伦兹力的方向和大小1．洛伦兹力的方向可以用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线从进入，并使四指指向运动的方向，这时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．掌心正电荷相反拇指基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练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＝.若粒子速度方向与磁感应强度方向的夹角为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．qvBqvBsinθ大小基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练一、对洛伦兹力方向的理解1．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．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练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．由于洛伦兹力的方向总是跟运动电荷的速度方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功，洛伦兹力只能改变电荷速度的方向，不能改变速度的大小．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练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和速度方向v.特别提醒基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练二、对洛伦兹力大小的理解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3－5－2所示，设通过的电荷量为Q，图3－5－2基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练有Q＝nqL＝nq·vt，I＝Qt，F安＝BIL，故F安＝BQtL＝Bnqvtt·L＝Bqv·nL，洛伦兹力F＝F安/nL，故F＝qvB.上式为电荷垂直磁场方向运动时，电荷受到的洛伦兹力．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练2．洛伦兹力和安培力的区别与联系(1)洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而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；(2)尽管安培力是自由电荷定向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现，但也不能认为安培力就简单地等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和，一般只有当导体静止时才能这样认为；基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练(3)洛伦兹力恒不做功，但安培力却可以做功．可见安培力与洛伦兹力既有紧密相关、不可分割的必然联系，也有显著的区别．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练3．洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力电场力公式F＝qvB(v⊥B)F＝qE受力条件(1)B≠0(2)v≠0，即运动电荷(3)v与B不平行E≠0方向与B、v方向垂直与E方向平行影响大小的因素q、v、B及v与B的夹角q、E做功情况总不做功可以做功基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练三、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、摩擦力外要特别注意电场力和洛伦兹力的分析．(2)确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练(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，注意挖掘隐含条件．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练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．特别提醒基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练在图3－5－3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．例1类型一洛伦兹力方向的判定及大小的计算基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练图3－5－3【思路点拨】应用左手定则判断洛伦兹力方向，根据公式F＝qv⊥B求洛伦兹力的大小．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练【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分解成垂直磁场的分量和平行磁场的分量，v⊥＝vsin30°，F＝qvBsin30°＝qvB.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垂直斜向上．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练【答案】(1)qvB垂直v斜向左上方垂直纸面向里(3)不受洛伦兹力(4)qvB垂直v斜向上基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练【思维总结】(1)用左手定则判断洛伦兹力方向时，要特别注意运动电荷的正负，四指应指向正电荷运动的方向，或指向负电荷运动的反方向．(2)计算洛伦兹力的大小时，应注意弄清v与磁感应强度B的方向关系．当v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB；当v∥B时，F＝0；当v与B成θ角(0θ90°)时，应将v(或B)进行分解取它们垂直的分量计算．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练1．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3－5－4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．向纸外偏转变式拓展图3－5－4基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练解析：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，电子流所受洛伦兹力向下，故向下偏转，故选B.基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练如图3－5－5所示，匀强电场方向水平向右，匀强磁场方向垂直于纸面向里，一质量为m、带电荷量为q的微粒以速度v与磁场方向垂直，与电场成45°角射入复合场中，恰能做匀速直线运动，求电场强度E和磁感应强度B的大小．图3－5－5例2类型二带电体在洛伦兹力作用下的直线运动基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练【解析】假设粒子带负电，则所受电场力方向水平向左，洛伦兹力方向斜向右下方与v垂直，可以从力的平衡条件判断出这样的粒子不可能做匀速直线运动，所以粒子应带正电荷，受力情况如图3－5－6所示，图3－5－6基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练根据合外力为零可得mg＝qvBsin45°①qE＝qvBcos45°②由①②式可得基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练【思维总结】在电场、磁场中电荷的受力方向都与电荷的正负有关，一定要明确是正电荷受力，还是负电荷受力；另外，分析带电粒子的受力情况时，不要丢掉重力．受力分析后，根据运动状态，列平衡方程或牛顿第二定律方程求解．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练2.如图3－5－7所示，在真空中匀强电场的方向竖直向下，匀强磁场的方向垂直纸面向里，三个油滴a、b、c带有等量同种电荷，其中a静止，b向右匀速运动，c向左匀速运动，则它们的重力Ga、Gb、Gc间的关系，正确的是()变式拓展图3－5－7基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练A．Ga最大B．Gb最大C．Gc最大D．Gb最小解析：选CD.由于a静止，Ga＝qE，电场力向上，带负电荷，由左手定则，b受洛伦兹力竖直向下，Gb＋qvbB＝qE；由左手定则，c受洛伦兹力竖直向上，Gc＝qE＋qvcB.由此可知：GbGaGc，故C、D正确．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练质量为0.1g的小物块，带有5×10－4C的电荷量，放在倾角为30°的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于0.5T的匀强磁场中，磁场方向如图3－5－8所示，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面(设斜面足够长，g＝10m/s2)，问：图3－5－8例3类型三有关临界问题的求解基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练(1)物块带电性质？(2)物块离开斜面时的速度为多少？(3)物块在斜面上滑行的最大距离是多少？【思路点拨】先判定洛伦兹力方向，再求离开斜面的临界速度，最后由动能定理求物块位移．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练【解析】(1)由左手定则可知物块带负电荷．(2)当物块离开斜面时，物块对斜面压力为0，受力如图3－5－9所示，则：qvB－mgcos30°＝0，解得v＝3.46m/s.(3)由动能定理得：mgsin30°·L＝mv2，解得物块在斜面上滑行的最大距离L＝1.2m.【答案】(1)负电(2)3.46m/s(3)1.2m图3－5－9基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练3.有一质量为m、电荷量为q的带正电的小球停在绝缘平面上，并处在磁感应强度为B、方向垂直指向纸面内部的匀强磁场中，如图3－5－10所示，为了使小球飘离平面，匀强磁场在纸面内移动的最小速度应为多少？方向如何？图3－5－10变式拓展基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练解析：带电小球不动，而磁场运动，也可以看作带电小球相对于磁场沿相反方向运动，故带电小球仍受磁场力的作用．欲使小球飘起，而带电小球仅受重力和洛伦兹力作用．那么带电小球所受的最小洛伦兹力的方向竖直向上，大小为F＝mg，由左手定则可以判断小球相对磁场的运动方向为水平向右，所以带电小球不动时，磁