高中物理人教版选修3-1课件：第三章5　运动电荷在磁场中受到的力.pptx

5运动电荷在磁场中受到的力目标导航学习目标1.经历实验探究洛伦兹力方向的过程,会用左手定则判断洛伦兹力的方向。2.经历由安培力公式推导洛伦兹力公式的过程,会计算洛伦兹力的大小。3.知道电视显像管的基本构造和工作的基本原理。重点难点重点:1.洛伦兹力方向的判断。2.洛伦兹力大小的计算。难点:洛伦兹力公式的推导。激趣诱思如图所示,电视机显像管中电子只是细细的一束,为什么能使整个屏幕发光?从宇宙深处射来的带电粒子,为什么不能直射地球?南极洲是世界上最冷的、最没有人气的地方,但是这里有绚丽多姿的极光,为什么这些粒子会在这里引起极光呢?太阳活动每隔11年就会达到一次高峰期,在高峰期时,太阳会向外发射出大量的带电粒子流而形成“太阳风暴”。“太阳风暴”爆发时,太阳发出的紫外线和X射线的强度可以达到其平静时的数十倍甚至数百倍,并抛射出大量的高能带电粒子。幸运的是,“太阳风暴”对人体(航天员除外)的影响并不明显,这应感谢地球完美的构造。地球稠密的大气层吸收了大部分的紫外线和X射线;而地磁场很好地屏蔽了高能带电粒子,使我们免受高能带电粒子的辐射。你能解释地磁场是如何屏蔽高能带电粒子的吗?简答:其原因都是磁场对运动电荷的作用力。显像管中偏转线圈产生的偏转磁场使电子束发生了偏转,使整个屏幕发光;从宇宙深处射来的带电粒子不直接射向地球,是因为地球周围存在地磁场使带电粒子发生偏转;极光是电子或带负电的粒子,沿着地球的磁场冲向地球大气,撞击地球大气分子,使它们发生游离所发光的辉光。预习导引1.洛伦兹力(1)定义:磁场对运动电荷的作用力。(2)与安培力的关系:安培力是大量运动电荷受到洛伦兹力的宏观表现。答案:因为地球周围存在着磁场,宇宙空间的带电粒子在经过地球磁场时,由于受到洛伦兹力的作用而发生偏转,故不能直射向地球。预习交流1太阳发射出的带电粒子以300~1 000 km/s的速度扫过太阳系,形成“太阳风”(如图所示).这种巨大的辐射经过地球时,为什么不能直射地球?2.洛伦兹力的方向用左手定则来判断: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平面内;让磁感线从掌心进入,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电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。3.洛伦兹力的大小(1)公式:F=qvBsin θ。?式中θ为v与B的夹角。(2)特殊情况①当θ=90°,即v⊥B时,F=qvB。②当θ=0°或180°,即v∥B时,F=0,即v与B平行时,运动电荷不受洛伦兹力。4.洛伦兹力不做功洛伦兹力的方向既垂直于磁场,又垂直于电荷运动的速度,根据做功的条件可以推断:洛伦兹力对运动电荷不做功。5.电视显像管的工作原理电视显像管应用了电子束磁偏转的道理。显像管中有一个阴极,工作时它能发射电子,荧光屏被电子束撞击就能发光。在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场,其方向、强弱都在不断地变化。答案:由于电视机的显像管是利用电子束在磁场中受力偏转的原理工作的,如果将磁铁靠近荧光屏,会影响电子束的偏转方向,进而使得图像变形或变色。预习交流2显像管电视机正在播放节目时,不能将磁铁靠近荧光屏,你知道这是为什么吗?一、　洛伦兹力的方向知识精要1.洛伦兹力方向的判断:洛伦兹力的方向既垂直于电荷运动的方向,又垂直于磁场的方向,即洛伦兹力的方向垂直于电荷运动方向和磁场方向决定的平面。(1)当电荷运动方向跟磁场方向垂直时,洛伦兹力的方向、磁场方向和电荷运动的方向两两相互垂直。应用左手定则判断时,磁感线从掌心垂直进入,四指指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向。(2)当电荷运动方向跟磁场方向不垂直时,洛伦兹力的方向仍垂直于电荷运动的方向,也垂直于磁场方向。应用左手定则判断时,四指仍指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向,磁感线仍然从掌心进入,但磁感线与大拇指垂直,与四指不垂直。2.三个决定洛伦兹力方向的因素:电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向是决定洛伦兹力方向的三个要素。当电性一定时,其他两个因素决定洛伦兹力的方向,如果只让一个反向,则洛伦兹力必定反向;如果让两个同时反向,则洛伦兹力方向不变。3.洛伦兹力的特点:洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化。但无论怎样变化,洛伦兹力都与运动方向垂直,故洛伦兹力永不做功,它只改变电荷运动的方向,不改变电荷速度的大小。思考探究1.在地球南北极附近或高纬地区,晚上会看到一种神奇美丽的彩色光带——极光。试简述美丽的极光产生的原因。答案:当电荷在磁场中静止或沿着磁场方向运动时,电荷不会受到洛伦兹力作用。只有当电荷运动且运动方向不与磁场平行时,才受洛伦兹力作用。2.电荷放在电场中会受到静电力作用,那么电荷放入磁场中是否一定会受到洛伦兹力的作用?答案:极光的形成与地磁场有关。由于地球本身是一个大磁体,来自宇宙的射线特别是太阳辐射