物理：3.5《磁场对运动电荷的作用力》基础知识讲解课件(新人教版选修3-1).ppt

第五节　磁场对运动电荷的作用力 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． 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 图3－5－1 2．磁场对运动电荷有力的作用，人们称这种力为 ． 洛伦兹力 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 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． qvB qvBsinθ 大小 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． 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． 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. 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 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； (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． 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 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． (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． 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．