人教版高中物理选修3-1课件：3.5磁场对运动电荷的作用力 (共41张PPT)

导入新课你知道电视机屏幕的画面怎样形成的吗？显示器的结构很复杂，但是原理很简单。第三章磁场3.5磁场对运动电荷的作用力教学目标1.知识与能力☆首先掌握通电导线在磁场中受力的方向和大小。☆能够推导电流的微观表达式。☆根据电流受力，推导电荷受力的大小、方向。☆不同运动方向电荷受力的计算。☆电视显像管的理解。2.过程与方法3.情感态度与价值观☆主要会通过电流宏观和微观的表达式来推导电流在磁场中的受力和电荷在磁场中的受力。☆电视显像管是磁场知识的综合应用，首先是电流产生磁场，然后是电荷在磁场中受力发生偏转，注意前后知识的联系。教学重点教学重点：教学难点：洛伦兹力的方向洛伦兹力的大小电视显像管的原理洛伦兹力的计算内容解析一、洛伦兹力的大小和方向二、电视显像管的工作原理图示的玻璃管已经抽成真空，当左右另个电极按图示的极性连接到高压电源时，阴极会发射出电子。电子在电场的加速下飞向阳极。挡板上有一扁平的狭探究观察阴极射线在磁场中偏转一、洛伦兹力的大小和方向缝，电子飞过挡板后变成一个扁平的电子束。长条形的荧光板在阳极端稍稍倾向轴线，电子束掠射到荧光屏上，显示出电子束的径迹。阳极阴极没有磁场时，电子束是一条直线。用一个蹄形磁铁在电子束的路径上加磁场，尝试不同方向的磁场对电子束径迹的不同影响，从而判断运动的电子在各方向的磁场的受力方向。我们曾经学过用左手定则判断安培力的方向。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；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。左手定则：电流是由于电荷的定向移动形成的，如果电荷带正电其运动方向就是电流的方向，如果电荷带负电其运动方向就是电流的反方向。由此根据电流的受力判断出电荷的受力方向。运动电荷在磁场中的受力叫做洛伦兹力，通电导线在磁场中所受的安培力就是带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的宏观变现。由此我们可以可以推断出带电粒子在磁场中的受力方向。安F洛F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；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷的运动方向，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。注意洛伦兹（HendrikAntoonLorentz,1853-1928），荷兰物理学家。他在物理学上最重要的贡献是他的电子论。1895年，他提出了著名的洛伦兹力公式。洛伦兹小资料Lv设一段横截面积为S的长导线，导线中每个带电粒子定向运动的速度都是v,单位体积的粒子数为n，粒子带电量为q，通电导线电流为I。电流的定义为：单位时间内通过导体某一横截面积的电荷量。下面我们来计算洛伦兹力的大小nqvstnqvttQI导线中的电流大小为：导线在磁场中所受的安培力为：BLnqvsBILF导线中总的粒子数目为：nSLN每个粒子的受力大小为:BqvF电荷量为q的粒子以速度v运动时，如果速度方向与磁感应强度方向垂直，那么粒子所受的洛伦兹力为F=qvB注意与安培力相同，只有当电荷的运动方向与磁感线的方向垂直时才能用公式计算。当电流方向与磁感线的方向平行时，即θ=0，这时通电导线所受的安培力为零。电荷运动方向与磁感应强度方向夹角为θ，将B分解为沿速度方向Bcosθ和垂直于速度方向Bsinθ，根据安培力定则，可以算出通电导线在磁场中所受的安培力为F=qvBsinθ。有时也可以也用分解电流的方法计算，视情况而定。归纳①当速度方向与磁感线方向垂直时：F=qvB②当速度方向与磁感线方向垂直时，F=0③当电流方向与磁感线方向夹角为φ时：F=qvBsinθ二、电视显像管的工作原理电视显像管应用了电子束的偏转的道理。显像管中有一个阴极，工作时它能发射电子，荧光屏被电子撞击后就会发光。可是，很细的一束电子打在荧光屏上只能使一个点发光，而实际上要使整个荧光屏发光，这就要靠磁场来使电子束偏转。根据显像管的原理，可以看出，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。为了使电子束偏转，由安装在管径的偏转线圈产生偏转磁场。1.如果要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应该沿什么方向？2.如果要使电子束打在B点，磁场样该沿什么方向？3.如果要使电子束打在荧光屏上的位置由B逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？实际上，电子束的偏转是由于偏转线圈处产生磁场，电子受到洛伦兹力的作用运动方向发生偏转。根据左手定则，若电子束打在A点，则磁场的方向垂直于纸面向外；要是电子束打在B点，则磁场方向垂直于纸面向内；要是电子束从B点向A点移动，磁场的大小和方向都要发生变化，向内的磁场磁感应强度逐渐减小，最后减小到零，然后反向并逐渐增大。v........................v电视机的内部结构很复杂，但是主要是应用通电线圈产生磁场使带电粒子发生偏转，而增加线圈圈数，是为了增大磁感应强度。实际上，在偏转区的水平方向和磁场方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光电就像右图那样不断移动，这在电视技术中叫做扫描。电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫做一场，电视机中每秒要进行50场扫描所以我们感到整个荧光屏都在发光。课堂小结一、洛伦兹力的大小和方向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；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷的运动方向，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。F洛V+①当电荷的运动方向与磁感线方向垂直时：F=qvB②当电荷的运动方向与磁感线方向垂直时：F=0③当电流方向与磁感线方向夹角为φ时：F=qvBsinθ负电荷的受力方向与正电荷的受力方向正好相反。二、电视显像管的工作原理电视机内部的通电螺线管产生偏转磁场，电子束在磁场内发生偏转，由于电压的变化造成电流的辩变化，因而导致磁场的不同，带电粒子的偏转情况也会变化。这样便会在荧光屏上不同位置出现亮斑，经过扫面，电视机屏幕也就会出现彩色画面。课堂练习1.如图所示，运动电荷电量为q=2×10-8C，电性图中标明，运动速度v=4×103m／s，匀强磁场磁感应强度为B=0.5T，求电荷受到的洛仑兹力的大小和方向v+qNqvBF5381045.0104102根据左手定则，可以判定洛伦兹力垂直纸面向外。2.下列有关带电粒子运动的说法正确的是（）。A.沿着电场线方向飞入匀强电场，动能、动量都变化；B.沿着磁感线方向飞入匀强磁场，动能、动量都不变；C.垂直于磁感线方向飞入匀强磁场，动能、动量来变化；D.垂直于磁感线方向飞入匀强磁场，动能改变、动量不变。AB3.当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则（）。A．带电粒子速度大小改变；B．带电粒子速度方向改变；C．带电粒子速度大小不变；D．带电粒子速度方向不变。CD4.图为电视机中显像管的偏转线圈示意图，它由绕在磁环上的两个相同的线圈串联而成，线圈中通有方向如图所示的电流，当电子束从纸里经磁环中心向纸外射出时，它将：（）。A．向上偏转；B．向下偏转；C．向左偏转；D．向右偏转。A5.如图所示，在光滑的绝缘水平面上方，有一垂直于纸面向里，磁感应强度为B的匀强磁场，在水平面上有质量为m的不带电小球A向右运动，与质量为2m，带电量为q的静止小球C碰撞后黏在一起运动，若碰后两球对水平面的压力大小恰好为mg，则碰前A的速度大小为多少？ABmm2设A的速度为v，在光滑的绝缘水平面上运动，不受外力作用，满足动量守恒定理：NFGvmmmv20碰撞之后，电荷量为q。根据洛伦兹力公式：F=qvB受力分析如图：F+N=3mg可以算出qBmgv6高考链接（2006年全国Ⅰ）图为一“滤速器”装置的示意图，a、b为放置的金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两极板之间。为了选取具有某种特定速率的电子，可以再a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO′运动，由O′射出，不计重力作用。可以达到上述目的办法是（）。O′OabADA.使a板电势高于b板，磁场方向垂直于纸面向里；B.使a板电势低于b板，磁场方向垂直于纸面向里；C.使a板电势高于b板，磁场方向垂直于纸面向外；D.使a板电势低于b板，磁场方向垂直于纸面向外。点拨要使电子沿OO′射出，则电子必须做匀速直线运动，电子受力平衡。在该场区，电子受到电场力和洛伦兹力，要使二力平衡，则二力方向为竖直向上和竖直向下，A、D满足题意。教材习题答案1.答：在图中，A图中运动电荷所受洛伦兹力的方向在纸面内向上；B图中运动电荷所受洛伦兹力的方向在纸面内向下；C图中运动电荷所受洛伦兹力的方向垂直纸面指向读者；D图中运动电荷所受洛伦兹力的方向垂直纸面背离读者；............+qv+qv+qvv+q2.答：由F=qvB可知，F=1.6×10-19×3.0×106×0.10N=4.8×10-14N。3.答：能够通过速度选择器的带电粒子必须做直线运动，而做子线运动的带电粒子是沿电场中的等势面运动的，静电力对带电粒子不做功。同时，洛伦兹力对带电粒子也不做功，所以，粒子一定做匀速运动，它所受到的静电力与洛伦兹力等大反向，即qvB=qE，所以。BEv4.答：（1）等离子体进入磁场，正离子受到的洛伦兹力的方向向下，所以正离子向B板运动，负离子向A板运动。因此，B板式发电机的正极。（2）在洛伦兹力的作用下，正负电荷会饭别在B、A两板上积聚。与此同时，A、B两板间会因电荷的积聚而产生由B指向A的电场。这一电场对带电粒子的静电力与带电粒子所受的洛伦兹力方向相反。如果外电路断开，当qE=qvB成立时，A、B两板间的电压的最大值就等于此发电机的电动势，即U=Ed=dvB。所以，此发电机的电动势为dvB。5.答：荧光屏上只有一条水平的亮线，说明电子束在竖直方向的运动停止了。故障可能是，在显像管的偏转区残生水平方向的磁场的线圈上没有电流通过。