高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第2节 洛伦兹力优秀课件ppt

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1.通过实验认识洛伦兹力。2.能判断洛伦兹力的方向,会计算它的大小。3.知道洛伦兹力与安培力之间的关系,能推导出洛伦兹力的计算公式。4.掌握带电粒子在匀强磁场中运动的规律,并能解答有关问题。
我们知道，磁场对通电导线有作用力；我们还知道，带电粒子的定向移动形成了电流。那么，磁场对运动电荷有作用力吗？如果有，力的方向和大小又是怎样的呢？你知道漂亮的极光是怎么形成的吗？
极光是来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球磁场迫使其中一部分沿着磁场线集中到南北两极，当它们进入极地大于80千米的高层大气时，与大气中的原子和分子碰撞并激发，从而释放能量，同时产生光芒，形成围绕磁场的大圆圈，它是一种绚丽多彩的发光现象。
一、磁场对运动电荷的作用
阴极射线管——观察电子束运动轨迹的装置
(1)电子束向下偏转。(2)两极交换位置,电子束向上偏转,表明电子束受力方向与磁场方向有关。
(1)如图是把阴极射线管放入磁场中的情形,电子束偏转方向是怎样的?(2)将磁铁的N极、S极交换位置,电子束偏转有什么变化,说明了什么?
2.安培力与洛伦兹力的关系
安培力是洛伦兹力的宏观表现
洛伦兹力是安培力的微观解释
1.洛伦兹力:物理学中,把磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力。
设导线横截面积为S,单位体积中含有的自由电子数为n,每个自由电子的电荷量为e,定向移动的平均速率为v,垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中,如图所示。
截取一段长度l=vΔt的导线,这段导线中所含的自由电子数为N,则N=nSl=nSvΔt。在Δt时间内,通过导线横截面的电荷为Δq=neSvΔt。
伸出左手,拇指与其余四指垂直,且都与手掌处于同一平面内,让磁感线垂直穿过手心,四指指向正电荷运动的方向,那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。负电荷所受洛伦兹力的方向与正电荷所受洛伦兹力的方向相反。
4.洛伦兹力方向的判定——左手定则
负电荷受力方向与正电荷受力方向相反
如图所示的装置叫作洛伦兹力演示仪。励磁线圈能够在两个线圈之间产生方向与两个线圈中心连线平行的匀强磁场;玻璃泡内的电子枪(即阴极)发射出阴极射线,使泡内的低压汞蒸气发出辉光,这样就可显示出电子的轨迹。
二、带电粒子在匀强磁场中的运动
(1)不加磁场时,电子束的运动轨迹如何?加上磁场后,电子束的运动轨迹又如何?(2)如果保持出射电子的速度不变,增大磁感应强度,轨迹如何变化?如果保持磁感应强度不变,增大出射电子的速度,轨迹又如何变化?
要点提示： (1)直线,圆。(2)轨迹圆半径减小,轨迹圆半径增大。
速度与洛伦兹力构成的平面
分析带电粒子做螺旋形运动示意图
例 如图所示,一束电荷量为e的电子以垂直于磁场方向(磁感应强度为B)并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的磁场中,穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为θ=60°。求电子的质量和穿越磁场的时间。
带电粒子做匀速圆周运动问题的分析方法定圆心→画轨迹→求半径→求其他(1)圆心的确定方法:两线定一点①圆心一定在垂直于速度的直线上。如图甲所示,已知入射点P和出射点M的速度方向,可通过入射点和出射点作速度的垂线,两条直线的交点就是圆心。
②圆心一定在弦的中垂线上。如图乙所示,作P、M连线的中垂线,与其中一个速度的垂线的交点为圆心。
(2)半径的确定①利用半径公式求半径;②由圆的半径和其他几何边构成直角三角形,利用几何知识求半径。
1.如图所示是电子射线管示意图,接通电源后,电子射线由阴极沿x轴方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线。要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转,在下列措施中可采用的是(　　)A.加一磁场,磁场方向沿z轴负方向B.加一磁场,磁场方向沿y轴正方向C.加一电场,电场方向沿z轴负方向D.加一电场,电场方向沿y轴正方向
（1） （2） （ 3） （4）
2.［多选］如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，带电粒子的速率为v，带电荷量为q，下列带电粒子所受洛伦兹力的大小和方向正确的是（　　）A. 图（1）为 ，方向与v垂直斜向上 B. 图（2）为 ，方向与v垂直斜向下C. 图（3）为 ，方向垂直纸面向外 D. 图（4）为 ，方向垂直纸面向里
解析：A对：图（1）中根据左手定则可知洛伦兹力方向应该垂直运动方向斜向上，大小为Bqv。B错：图（2）中为负电荷，其受力方向垂直于运动方向斜向左上方，大小为Bqv。C错：图（3）中速度方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力。D对：图（4）中将速度分解为水平和竖直方向，则竖直分速度受洛伦兹力，大小为F洛= ，方向垂直于纸面向里。
3.［多选］在下面的匀强电场和匀强磁场共存的区域内，电子可能沿水平方向向右做直线运动的是 （ ）
解析：A错：若电子向右运动，则受到的静电力向左，洛伦兹力向下，合力与初速度不在同一直线上。B对：若电子向右运动，则受到的静电力向左，不受洛伦兹力，合力与初速度在同一直线上，电子可以沿水平方向向右做直线运动。C对：若电子向右运动，则受到向上的静电力，向下的洛伦兹力，则当静电力与洛伦兹力相等时，电子可以做直线运动。D错：若电子向右运动，则受到向上的静电力，向上的洛伦兹力，合力与初速度不在同一直线上。
4.质子(p)和α粒子以相同的速率在同一匀强磁场中做匀速圆周运动,轨道半径分别为Rp和Rα,周期分别为Tp和Tα,已知mα=4mp,qα=2qp,下列选项正确的是(　　)A.Rp∶Rα=1∶2,Tp∶Tα=1∶2B.Rp∶Rα=1∶1,Tp∶Tα=1∶1C.Rp∶Rα=1∶1,Tp∶Tα=1∶2D.Rp∶Rα=1∶2,Tp∶Tα=1∶1
5.(多选)如图所示,两个匀强磁场的方向相同,磁感应强度分别为B1、B2,虚线MN为理想边界。现有一个质量为m、电荷量为e的电子以垂直于边界MN的速度v由P点沿垂直于磁场的方向射入磁感应强度为B1的匀强磁场中,其运动轨迹为图中虚线所示的心形图线,以下说法正确的是(　　)A.电子的运动轨迹为P→D→M→C→N→E→PB.电子运动一周回到P点所用的时间T=C.B1=4B2D.B1=2B2
6.带电粒子的质量m=1.7×10-27 kg,电荷量q=1.6×10-19 C,以速度v=3.2×106 m/s沿垂直于磁场同时又垂直于磁场边界的方向进入匀强磁场中,磁场的磁感应强度为B=0.17 T,磁场的宽度l=10 cm,如图所示。(g取10 m/s2,计算结果均保留两位有效数字)(1)带电粒子离开磁场时的速度为多大?(2)带电粒子在磁场中运动的时间是多长?(3)带电粒子在离开磁场时偏离入射方向的距离d为多大?
解析 粒子所受的洛伦兹力F洛=qvB=8.7×10-14 N,远大于粒子所受的重力G=mg=1.7×10-26 N,故重力可忽略不计。(1)由于洛伦兹力不做功,所以带电粒子离开磁场时速度仍为3.2×106 m/s。
(3)带电粒子在离开磁场时偏离入射方向的距离答案 (1)3.2×106 m/s　(2)3.3×10-8 s(3)2.7×10-2 m