物理人教版 (2019)2 磁場對運(yùn)動電荷的作用力優(yōu)質(zhì)ppt課件

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1、磁場對通電導(dǎo)線的作用力的大小和方向？
2、電流是如何形成的？
3、由上述的兩個問題你能夠想到什么？
磁場對通電導(dǎo)線的安培力可能是作用在大量運(yùn)動電荷上的作用力的宏觀表現(xiàn)，也就是說磁場可能對運(yùn)動電荷有力的作用。
大?。篎＝BILsinθ
從宇宙深處射來的帶電粒子為什么只在地球的兩極引起極光？
電視機(jī)顯像管中的電子只是細(xì)細(xì)的一束，為什么能使整個屏幕發(fā)光？
①磁場對通電導(dǎo)線有作用力；②帶電粒子的定向移動形成了電流。磁場對運(yùn)動電荷有作用力嗎？如果有，力的方向和大小又是怎樣的呢？
陰極射線管——觀察電子束運(yùn)動軌跡的裝置
洛倫茲（1853—1928）
洛倫茲是荷蘭物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家，1853年7月18日生于阿納姆。洛倫茲創(chuàng)立了經(jīng)典電子論，提出了洛倫茲變換公式，1902年與其學(xué)生塞曼共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎。為紀(jì)念洛倫茲的卓著功勛，荷蘭政府決定從1945年起，把他的生日定為“洛倫茲節(jié)”。
【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 】 在沒有外磁場時，電子束沿直線運(yùn)動，將磁鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運(yùn)動軌跡發(fā)生了彎曲。 【實(shí)驗(yàn)結(jié)論 】 ①磁場對運(yùn)動電荷有力的作用。
②磁場對運(yùn)動電荷的作用力
①安培力是磁場對電流的作用力
②電流是電荷的定向移動形成的
③洛倫茲力是磁場對運(yùn)動電荷的作用力
磁場對電流的作用力實(shí)質(zhì)是磁場對運(yùn)動電荷的作用力
①洛倫茲力的方向可以用 左手定則判定
演示：陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)
1、沒有磁場時，接通高壓電源可以觀察到什么現(xiàn)象。2、光束實(shí)質(zhì)上是什么？3、若在電子束的路徑上加磁場，可以觀察到什么現(xiàn)象？4、改變磁場的方向，通過觀查從而判斷運(yùn)動的電子在各個方向磁場中的受力方向。
洛倫茲力的方向-------左手定則
伸開左手，使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內(nèi)。
把手放入磁場中，讓磁感線穿過手心，四指指向正電荷運(yùn)動的方向。
拇指所指的方向就使正電荷所受洛倫茲力的方向。
四指指向負(fù)電荷運(yùn)動的反方向
那么拇指所指的方向就是負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向
洛倫茲力F與v、B三者間的方向關(guān)系
【典例】將含有大量正、負(fù)帶電粒子及不帶電粒子的氣體以一定速度垂直于磁場噴入勻強(qiáng)磁場中，它們在磁場中的運(yùn)動徑跡分成了如圖所示的三束，其中②是直線。則(　　)A　①是帶正電的粒子B?、谑菐д姷牧Ｗ覥?、凼菐д姷牧Ｗ覦?、凼遣粠щ姷牧Ｗ?br/>【解析】根據(jù)左手定則可知，①是帶正電的粒子，A正確；②是不帶電的粒子，B錯誤；根據(jù)左手定則可知，③是帶負(fù)電的粒子，C、D錯誤。故選A。
1．在圖中，標(biāo)出了磁場B的方向、帶電粒子的電性、運(yùn)動方向及電荷所受洛侖茲力F的方向，其中正確的是(　　)
【解析】A圖中磁場向里，電子向右運(yùn)動，所以電流方向向左，根據(jù)左手定則可得，洛倫茲力的方向向下，所以A錯誤；B圖中磁場向外，正電荷向右運(yùn)動，根據(jù)左手定則可得，洛倫茲力的方向向下，所以B正確；C圖中磁場向左，正電荷向右運(yùn)動，運(yùn)動方向與磁場方向平行，不受洛倫茲力的作用，所以C錯誤；D圖中磁場向上，正電荷向左運(yùn)動，根據(jù)左手定則可得，洛倫茲力的方向向內(nèi)，所以D錯誤；故選B。
２.陰極射線管中電子束由陰極沿x軸正方向射出，在熒光屏上出現(xiàn)如圖所示的一條亮線。要使該亮線向z軸正方向偏轉(zhuǎn)，可加上沿(　　)
A　z軸正方向的磁場　　　B　y軸負(fù)方向的磁場C　x軸正方向的磁場 D　y軸正方向的磁場
【解析】若加一沿z軸正方向的磁場，根據(jù)左手定則，洛倫茲力方向沿y軸正方向，亮線向y軸正方向偏轉(zhuǎn)，故A錯誤；若加一沿y軸負(fù)方向的磁場，根據(jù)左手定則，洛倫茲力方向沿z軸正方向，亮線向上偏轉(zhuǎn)，故B正確；若加一沿x軸正方向的磁場，電子束不偏轉(zhuǎn)，故C錯誤；若加一沿y軸正方向的磁場，根據(jù)左手定則，洛倫茲力方向沿z軸負(fù)方向，亮線向下偏轉(zhuǎn)，故D錯誤。
３．如圖所示，一束電子流沿管的軸線進(jìn)入螺線管，忽略重力，電子在管內(nèi)的運(yùn)動應(yīng)該是(　　)
A　當(dāng)從a端通入電流時，電子做勻加速直線運(yùn)動B　當(dāng)從b端通入電流時，電子做勻加速直線運(yùn)動C　不管從哪端通入電流，電子都做勻速直線運(yùn)動D　不管從哪端通入電流，電子都做勻速圓周運(yùn)動
【解析】不管通有什么方向的電流，螺線管內(nèi)部磁場方向始終與軸線平行，帶電粒子沿著磁感線運(yùn)動時不受洛倫茲力，所以應(yīng)一直保持原運(yùn)動狀態(tài)不變。故C正確，A、B、D錯誤。
四、電視顯像管的工作原理
（1）如果要使電子束在水平方向偏離中心，打在熒光屏上的 A 點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？
（2）如果要使電子束打在B 點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？
（3）如果要使電子束打在熒光屏上的位置由 B 逐漸向 A 點(diǎn)移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？
先垂直紙面向外并逐漸減小，然后垂直紙面向里并逐漸增大。
實(shí)際上，在偏轉(zhuǎn)區(qū)水平方向和豎直方向都有偏轉(zhuǎn)磁場。這樣光點(diǎn)就可以移動，這技術(shù)叫掃描。
電子束從最上一行到最下一行掃描一遍，叫做一場，電視機(jī)每秒要進(jìn)行50場掃描，由于人的“視覺暫留”，我們感覺到整個屏幕都在發(fā)光。
安培力是導(dǎo)體中所有運(yùn)動電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)
安培力大小等于各個自由電荷所受洛倫茲力的合力
（1）通電導(dǎo)線中的電流（2）通電導(dǎo)線所受的安培力（3）這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電荷數(shù) （4）每個電荷所受的洛倫茲力
　　設(shè)有一段長為L，橫截面積為S的直導(dǎo)線，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q，自由電荷定向移動的速率為 v。這段通電導(dǎo)線垂直磁場方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，求：
［問題］若此電子不垂直射入磁場，電子受到的洛倫茲力又如何呢 ？
洛倫茲力：F=qvB (v垂直B）
【易錯辨析】(1)同一電荷，以相同大小的速度進(jìn)入磁場，速度方向不同時，洛倫茲力的大小也可能不同。( )(2)如果電荷的速度方向與磁場方向平行，則該電荷所受洛倫茲力最大。( )(3)電荷在磁場中一定受到洛倫茲力的作用。( )(4)僅在洛倫茲力作用下，電荷的動能一定不會變化。( )(5)顯像管中偏轉(zhuǎn)線圈中的電流恒定時，電子打在熒光屏上的位置是不變的。( )(6)當(dāng)判斷運(yùn)動電荷在磁場中所受的洛倫茲力時，要讓四指指向電荷的運(yùn)動方向。( )
４．科學(xué)家預(yù)言，自然界存在只有一個磁極的磁單極子，磁單極子N的磁場分布如圖甲所示，它與如圖乙所示正點(diǎn)電荷Q的電場分布相似。假設(shè)磁單極子N和正點(diǎn)電荷Q均固定，有相同的帶電小球分別在N和Q附近 (圖示位置)沿水平面做勻速圓周運(yùn)動，則下列判斷正確的是(　　)
A從上往下看，圖甲中帶電小球一定沿逆時針方向運(yùn)動B從上往下看，圖甲中帶電小球一定沿順時針方向運(yùn)動C從上往下看，圖乙中帶電小球一定沿順時針方向運(yùn)動D從上往下看，圖乙中帶電小球一定沿逆時針方向運(yùn)動
【解析】根據(jù)圓周運(yùn)動的受力條件可以從圖乙中判斷帶電小球帶的一定是負(fù)電，且在電場中小球的運(yùn)動方向與電場力的方向無關(guān)；由甲圖中洛侖茲力方向，根據(jù)左手定則可知，從上往下看，帶電小球一定沿逆時針方向運(yùn)動。故選A。
【典例】(多選)如圖所示，兩豎直平行邊界內(nèi)，勻強(qiáng)電場方向豎直(平行紙面)向下，勻強(qiáng)磁場方向垂直紙面向里。一帶負(fù)電小球從P點(diǎn)以某一速度垂直邊界進(jìn)入，恰好沿水平方向做直線運(yùn)動。若增大小球從P點(diǎn)進(jìn)入的速度但保持方向不變，則在小球進(jìn)入的一小段時間內(nèi)(　　　　)A　小球的動能減小　　　　　　B　小球的電勢能減小C　小球的重力勢能減小 　　　　D　小球的機(jī)械能減小
　【解析】帶負(fù)電的小球在電磁場中做直線運(yùn)動，小球共受到三個力作用：向下的重力G、向上的電場力F、向下的洛倫茲力f，這三個力都在豎直方向上，小球在水平直線上運(yùn)動，所以小球受到的合力一定是零，小球做勻速直線運(yùn)動。當(dāng)小球的入射速度增大時，洛倫茲力增大，則電場力和重力不變，小球?qū)⑾蛳缕D(zhuǎn)，電場力與重力的合力向上，且它們的合力對小球做負(fù)功，小球動能減小。電場力對小球做負(fù)功，小球的機(jī)械能減小，電勢能增大。重力對小球做正功，重力勢能減小，故A、C、D正確，B錯誤。
洛倫茲力和電場力的比較：
磁場對在其中運(yùn)動電荷的作用力
電場對放入其中電荷的作用力
v≠ 0且v不與B平行
電場中的電荷一定受到電場力作用
F ＝qvB(v⊥B)
正電荷與電場方向相同，負(fù)電荷與電場方向相反
可能做正功、負(fù)功或不做功
只改變電荷運(yùn)動的速度方向，不改變速度大小
既可以改變電荷運(yùn)動的速度大小，也可以改變電荷運(yùn)動的方向
１.(多選)關(guān)于電場和磁場對電荷的作用力，下列說法正確的是(　　)A　洛倫茲力對運(yùn)動電荷一定不做功B　帶電粒子在磁場中運(yùn)動時，一定受到洛倫茲力作用C　正電荷在電場中所受電場力的方向就是電場強(qiáng)度的方向D　正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向就是磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向
【解析】洛倫茲力與速度方向垂直，則對運(yùn)動電荷一定不做功，選項(xiàng)A正確；帶電粒子在磁場中運(yùn)動時，若速度方向與磁場方向平行，則不受洛倫茲力作用，選項(xiàng)B錯誤；正電荷在電場中所受電場力的方向就是電場強(qiáng)度的方向，選項(xiàng)C正確；正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，選項(xiàng)D錯誤；故選A、C。
2．在學(xué)校操場的上空中停著一個熱氣球，從它底部脫落一個塑料小部件，下落過程中由于和空氣的摩擦而帶負(fù)電，如果沒有風(fēng)，那么它的著地點(diǎn)會落在氣球正下方地面位置的(　　)A．偏東　　　 B．偏西 C．偏南 D．偏北
【解析】小部件帶負(fù)電，下落過程中受到地磁場的洛倫茲力作用，磁場水平分量由南向北，由左手定則，所受洛倫茲力向西，它的著地點(diǎn)會落在氣球正下方地面位置的偏西，故選B。
3．如圖為電視機(jī)顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖，線圈中心O處的黑點(diǎn)表示電子槍射出的電子，它的方向垂直紙面向外，當(dāng)偏轉(zhuǎn)線圈中的電流方向如圖所示時，電子束應(yīng)(　　)
A.向左偏轉(zhuǎn) 　　　　 B．向上偏轉(zhuǎn)C．向下偏轉(zhuǎn) 　　　D．不偏轉(zhuǎn)
【解析】由安培定則可以判斷出兩個線圈的左端是N極，磁感線分布如圖所示，再由左手定則判斷出電子束應(yīng)向下偏轉(zhuǎn)，C正確。
　　我國第21次南極科考隊(duì)在南極觀察到了美麗的極光，極光是由來自太陽的高能量帶電粒子流高速沖進(jìn)高空稀薄大氣層時，被地球磁場俘獲，從而改變原有運(yùn)動方向，向兩極做螺旋運(yùn)動時出現(xiàn)的現(xiàn)象，如圖所示。這些高能粒子在運(yùn)動過程中與大氣分子或原子劇烈碰撞或摩擦從而激發(fā)大氣分子或原子，使其發(fā)出有一定特征的各種顏色的光。地磁場的存在，使多數(shù)宇宙粒子不能到達(dá)地面而向人煙稀少的兩極偏移，為地球生命的誕生和維持提供了天然的屏障。
探究：　　科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并證實(shí)，向兩極做螺旋運(yùn)動的這些高能粒子的旋轉(zhuǎn)半徑是不斷減小的，這主要與哪些因素有關(guān)？