1、5運(yùn)動電荷在磁場中受到的力,1.經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究洛倫茲力方向的過程,知道洛倫茲力的方向與電荷的運(yùn)動方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直,會用左手定則判斷洛倫茲力的方向。 2.經(jīng)歷由安培力公式推導(dǎo)出洛倫茲力公式的過程,由此體會磁場中通電導(dǎo)線所受的安培力實(shí)際上是運(yùn)動電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。會計(jì)算洛倫茲力的大小。 3.知道電視顯像管的基本構(gòu)造以及它工作的基本原理。,1.洛倫茲力的大小和方向 (1)洛倫茲力:運(yùn)動電荷在磁場中受到的力稱為洛倫茲力。實(shí)際上通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力就是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。 (2)洛倫茲力的方向:用左手定則來判斷。伸開左手,使拇指與其余四個手指垂直,并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓磁

2、感線從手心進(jìn)入,并使四指指向正電荷運(yùn)動的方向,這時拇指所指的方向就是運(yùn)動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。,(3)洛倫茲力的大小: 如果速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直,運(yùn)動電荷所受的洛倫茲力為F=qvB; 如果運(yùn)動方向與磁場平行,運(yùn)動電荷所受的洛倫茲力為F=0; 如果電荷運(yùn)動的方向與磁場的夾角為,電荷所受的洛倫茲力為F=qvBsin 。,為什么說地磁場是地球的“保護(hù)傘”? 提示:從太陽或其他星體上放射出的宇宙射線中含有大量的高能帶電粒子,這些高能粒子流到達(dá)地球會給地球上的生命帶來危害,但是由于地球周圍存在磁場,地磁場能改變宇宙射線中帶電粒子的運(yùn)動方向,對地球上的生命起到保護(hù)作用。所以說地磁場

3、是地球的“保護(hù)傘”。,2.電視顯像管的工作原理 (1)構(gòu)造:如圖所示,實(shí)際上是一個陰極射線管和偏轉(zhuǎn)線圈的組合。陰極射線管內(nèi)有電子槍和熒光屏。,(2)原理:顯像管應(yīng)用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的道理。沒有磁場時電子束打在熒光屏的正中點(diǎn),要使電子束按圖示的方向偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)垂直紙面向外(選填“向里”或“向外”)。 (3)掃描:在偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平方向和豎直方向都有偏轉(zhuǎn)磁場,垂直紙面水平方向上的磁場可使電子束上、下偏轉(zhuǎn),沿紙面豎直方向的磁場使電子束左、右偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)磁場的強(qiáng)弱和方向都在不斷變化,因此電子束打在熒光屏上的光點(diǎn)便從上向下、從左向右不斷地移動,這種技術(shù)叫作掃描。 (4)偏轉(zhuǎn)線圈:使電子束偏轉(zhuǎn)的磁場是由兩對線

4、圈產(chǎn)生的叫作偏轉(zhuǎn)線圈。,顯像管工作時,電子束是依次掃描熒光屏上各點(diǎn),可為什么我們覺察不到熒光屏的閃爍? 提示:這是由于眼睛的視覺暫留現(xiàn)象,當(dāng)電子束掃描頻率超過人眼的臨界閃爍頻率時,由于視覺暫留的原因,人眼就感覺不到熒光屏的閃爍。,1.對洛倫茲力的理解和認(rèn)識 (1)對洛倫茲力方向的認(rèn)識。 決定洛倫茲力方向的因素有三個:電荷的電性(正、負(fù))、速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。當(dāng)電荷電性一定時,其他兩個因素中,如果只讓一個因素相反,則洛倫茲力方向必定相反;如果同時讓兩個因素相反,則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔儭?在研究電荷的運(yùn)動方向與磁場方向垂直的情況時,由左手定則可知,洛倫茲力的方向既與磁場方向垂直,又與電荷的運(yùn)

5、動方向垂直,即洛倫茲力垂直于v和B兩者所決定的平面。 由于洛倫茲力的方向總是跟運(yùn)動電荷的速度方向垂直,所以洛倫茲力對運(yùn)動電荷不做功,洛倫茲力只能改變電荷速度的方向,不能改變速度的大小。,(3)洛倫茲力與電場力的比較。,特別提醒(1)只有相對于磁場運(yùn)動的電荷才受洛倫茲力,相對磁場靜止的電荷不受洛倫茲力。 (2)電荷垂直于磁場運(yùn)動時所受的洛倫茲力最大;電荷平行于磁場運(yùn)動時,不受洛倫茲力。,2.洛倫茲力與現(xiàn)代科技 (1)磁流體發(fā)電機(jī) 磁流體發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理如圖所示:將一束等離子體(即高溫下電離的氣體,含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒,而從整體上來說呈電中性)噴射入磁場,磁場中有兩塊金屬板A、B,則高速射

6、入的離子在洛倫茲力的作用下向A、B兩板聚集,使兩板間產(chǎn)生電勢差,若平行金屬板間距為d,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,等離子體流速為v,氣體從一側(cè)面垂直磁場射入板間,不計(jì)氣體電阻,外電路電阻為R,則可求出兩板間最大電壓和可能達(dá)到的最大電流。,類型一,類型二,類型三,洛倫茲力的大小和方向問題 【例1】 如圖所示的各圖中,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B,帶電粒子的速率均為v,電荷量均為q。試求出圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小,并指出洛倫茲力的方向。,類型一,類型二,類型三,點(diǎn)撥:應(yīng)用左手定則判斷洛倫茲力方向,根據(jù)公式F=qvB求洛倫茲力大小。 解析:(1)因vB,所以F=qvB,方向與v垂直向左上方。,答案

7、:(1)qvB垂直v向左上方,類型一,類型二,類型三,題后反思(1)用左手定則判斷洛倫茲力方向時,要特別注意運(yùn)動電荷的正負(fù),四指應(yīng)指向正電荷運(yùn)動的方向,指向負(fù)電荷運(yùn)動的反方向。 (2)計(jì)算洛倫茲力的大小時,應(yīng)注意弄清v與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向關(guān)系。當(dāng)vB時,洛倫茲力F=qvB;當(dāng)vB時,F=0;當(dāng)v與B成角(090)時,應(yīng)將v(或B)進(jìn)行分解取它們垂直的分量計(jì)算。,類型一,類型二,類型三,洛倫茲力與靜電力的比較 【例2】 (多選)如圖所示,在圖中虛線所圍的區(qū)域內(nèi),存在電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,已知從左方水平射入的電子,通過該區(qū)域時未發(fā)生偏轉(zhuǎn),假設(shè)其重力可忽略不計(jì),則在該區(qū)域

8、中的E和B的方向可能是() A.E豎直向上,B垂直紙面向外 B.E豎直向上,B垂直紙面向里 C.E和B都沿水平方向,并與電子運(yùn)動方向相同 D.E和B都沿水平方向,并與電子運(yùn)動方向相反 點(diǎn)撥:電子所受靜電力與電場的方向相反,所受洛倫茲力的方向與電子的速度方向垂直,用左手定則判斷,電子不偏轉(zhuǎn)則靜電力與洛倫茲力平衡。,類型一,類型二,類型三,解析:如果E豎直向上,B垂直紙面向外,電子沿圖中方向射入后,靜電力向下,洛倫茲力向上,二力可能平衡,電子可能沿直線通過E、B共存區(qū)域,故A對;同理B不對;如果E、B沿水平方向且與電子運(yùn)動方向相同,電子不受洛倫茲力作用,但電子受到與E反方向的靜電力作用,電子做勻減

9、速直線運(yùn)動,也不偏轉(zhuǎn),故C對;如果E、B沿水平方向,且與電子運(yùn)動方向相反,電子仍不受洛倫茲力,靜電力與E反向,即與速度同方向,故電子做勻加速直線運(yùn)動,也不偏轉(zhuǎn),故D對。 答案:ACD 題后反思解答此題不僅要想到靜電力和洛倫茲力相平衡的情況,也要想到電子不受洛倫茲力只受靜電力的勻加(減)速直線運(yùn)動的情況。,類型一,類型二,類型三,洛倫茲力作用下帶電體的直線運(yùn)動 【例3】 在相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中,有一傾角為、足夠長的光滑絕緣斜面,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向外,電場方向豎直向上,有一質(zhì)量為m、電荷量為+q的小球靜止在斜面上,這時小球?qū)π泵娴恼龎毫η『脼榱?如圖所示。若迅速把電場方向反轉(zhuǎn)為豎直向下,小球能在斜面上連續(xù)滑行多遠(yuǎn)?所用時間是多少?,點(diǎn)撥:本題是帶電體受洛倫茲力與力學(xué)知識的綜合問題,在分析物體受力的基礎(chǔ)上,分清物理過程,根據(jù)隱含的臨界條件求解本題。,類型一,類型二,類型三,題后反思(1)電荷只要處在靜電場中就一定受到靜電力的作用,