高中物理2 磁场对运动电荷的作用力教学演示ppt课件

这是一份高中物理2 磁场对运动电荷的作用力教学演示ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了目标体系构建，课前预习反馈，运动电荷，洛伦兹力，磁感线，正电荷，B和v，qvBsinθ，qvB，偏转线圈等内容，欢迎下载使用。
2．磁场对运动电荷的作用力
 1．通过实验，观察阴极射线在磁场中的偏转，认识洛伦兹力。2．会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。3．了解电子束的磁偏转原理以及在科学技术中的应用。
 1．物理观念：通过观察电子束在磁场中的偏转，知道磁场对运动电荷有力的作用，知道什么是洛伦兹力。2．科学思维：知道洛伦兹力与安培力之间的关系，能从安培力的计算公式推导出洛伦兹力的计算公式，能用洛伦兹力的计算公式计算洛伦兹力的大小，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。3．科学探究：通过实验了解磁场对运动电荷的作用与哪些因素有关。4．科学态度与责任；通过电视机显像管工作原理的分析，体会科学技术对社会发展的促进作用。
1．洛伦兹力_______________在磁场中受到的力。2．洛伦兹力和安培力的关系通电导线在磁场中受到的安培力，实际上是_______________的宏观表现。
3．洛伦兹力的方向(1)左手定则：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____________从掌心进入，并使四指指向____________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_______________的方向。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向_________。(2)洛伦兹力方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于____________所决定的平面。
4．洛伦兹力的大小当速度方向和磁感应强度方向分别满足以下几种情况时，洛伦兹力的大小分别是(1)当v与B成θ角时：F＝______________。(2)当v⊥B时：F＝____________。(3)当v∥B时，F＝______。
『判一判』(1)电荷在磁场中一定会受到洛伦兹力的作用。(　 　)(2)仅在洛伦兹力作用下，电荷的动能一定不会变化。(　 　)(3)应用左手定则判断洛伦兹力的方向时，四指一定指向电荷运动方向。(　 　)(4)电荷垂直磁场运动时所受洛伦兹力最小，平行磁场运动时所受洛伦兹力最大。(　 　)
『选一选』(2023·云南高二阶段练习)在下列四幅图中，正确标明了带负电的粒子所受洛伦兹力f方向的是(　 　)
解析：根据左手定则，图A中洛伦兹力的方向正确；图B中洛伦兹力方向向上；图C中洛伦兹力方向垂直纸面向里；图D中洛伦兹力方向垂直纸面向外，故选A。
1．电视机显像管的构造如图所示，由电子枪、_______________和荧光屏组成。2．原理电子显像管应用了电子束____________的原理。
3．扫描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_______________，使得电子束打在荧光屏上的光点不断移动。电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场，电视机每秒要进行_________场扫描。
『判一判』(5)电视显像管是靠磁场使电子束发生偏转的。(　 　)
『想一想』目前，电视机已走进了家家户户，给人们的生活带来了巨大的变化，足不出户便可欣赏到千里之外奥运赛事的精彩直播！现在的电视轻便，占地空间小，但在液晶电视出现前，更多的家庭是用电子显像电视(如图)，这种电视机占地空间大，抗干扰能力差。这样的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？
解析：由于电视机的显像管是利用磁场对电子束偏转原理工作的，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。
情|境|导|入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，为什么不能直射向地球？提示：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。
要|点|提|炼1.决定洛伦兹力方向的三个因素电荷的电性(正、负)，速度方向、磁感应强度的方向。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．F、B、v三者方向间的关系电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系，两者关系是不确定的。电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向，F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v所决定的平面。
洛伦兹力与粒子运动方向、磁感应强度方向的关系
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，它只改变电荷运动方向，不改变电荷速度大小。
(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)电荷运动的方向和磁场方向不一定垂直，但洛伦兹力的方向一定垂直于磁场方向和速度方向。
典|例|剖|析 (2023·浙江高二期中)如图是电子射线管的示意图，接通电源后，电子由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线，要使荧光屏上的亮线向上(z轴正方向)偏转，现在射线管的正下方附近放一通电直导线，导线中的电流方向应该是(　 　) A．沿x轴正方向 B．沿x轴负方向C．沿y轴正方向 D．沿y轴负方向
解析：要使荧光屏上的亮线向上偏转，即使电子受到向上的洛伦兹力，据左手定则可知，射线管处的磁场应沿－y方向，结合通电直导线产生的磁场特点可知，在射线管正下方放置的通电直导线的电流方向应沿x轴正方向，故选A。
(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(　 　)
情|境|导|入如图所示，磁场的磁感应强度为B。设磁场中有一段通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q且定向运动的速率都是v。
(1)图中一段长度为vt的导线中的粒子数是多少？导线中的电流为多大？(2)图中一段长度为vt的导线在磁场中所受安培力多大？(3)每个自由电荷所受洛伦兹力多大？
要|点|提|炼1.对公式F洛＝qvBsin θ的理解(1)适用条件：运动电荷的速度方向与磁场方向不平行，当v＝0时，F洛＝0，即相对磁场静止的电荷不受洛伦兹力作用。(2)B、v夹角对洛伦兹力的影响：①当θ＝90°时，v⊥B，sin θ＝1，F洛＝qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大；②当v∥B时，θ＝0°，sin θ＝0，F洛＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力；③若不垂直，F洛＝qvBsin θ。
2．洛伦兹力和安培力的区别与联系
3.洛伦兹力与电场力的比较
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，但也不能简单地认为安培力就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。
典|例|剖|析 如图所示，一个带电荷量为＋q的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，若小带电体的质量为m，为了使它对水平绝缘面正好无压力，应该(　 　)
(2023·四川简阳市高二月考)如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，质量为m、带电荷量为q的小球在倾角为α的光滑斜面上由静止开始下滑。若带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为零，求：(1)小球的带电性质；(2)此时小球下滑的速度和位移的大小。
解析：(1)小球沿斜面下滑时，某个时刻对斜面的压力为零，说明其受到的洛伦兹力应垂直斜面向上，根据左手定则可判断小球带正电；
核心素养·思维升华带电粒子在磁场中运动问题分析(1)确定研究对象即带电粒子。(2)确定带电粒子所带电荷量的正、负以及速度方向。(3)由左手定则，判断带电粒子所受洛伦兹力的方向，并作出受力分析图。(4)由平行四边形定则，矢量三角形或正交分解法等方法，根据物体的平衡条件或牛顿第二定律列方程。(5)由题设条件和要求解方程或方程组，求出相关的物理量。(6)对于定性分析的问题还可以采用极限法进行推理，从而得出结论。
(多选)如图甲所示，一个质量为m、电荷量为q的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于匀强磁场中，不计空气阻力，现给圆环向右的初速度v0，圆环在以后的运动过程中的速度—时间图像如图乙所示。关于圆环所带的电性、匀强磁场的磁感应强度B和圆环克服摩擦力所做的功W，下列说法正确的是(重力加速度为g)(　 　)
洛伦兹力与现代科技1．速度选择器
也可沿直线穿出右侧的小孔S2，而其他速度的粒子要么上偏，要么下偏，无法穿出S2，因此利用这个装置可以达到选择某一速度带电粒子的目的，故称为速度选择器。
2．磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能。(2)根据左手定则，如右图中的B板是发电机正极。(3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁场磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U＝Bdv。
3.电磁流量计工作原理：如图所示，圆柱形导管直径为d，由非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子，不计重力)在洛伦兹力的作用下纵向偏转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，即：
如图所示，电源电动势为E，内阻为r，滑动变阻器最大电阻为R，开关K闭合。两平行金属极板a、b间有匀强磁场，一带负电的粒子(不计重力)以速度v水平匀速穿过两极板。下列说法正确的是(　 　)A．若将滑片P向上滑动，粒子将向a板偏转B．若将a极板向上移动，粒子将向a板偏转C．若增大带电粒子的速度，粒子将向b板偏转D．若增大带电粒子电荷量，粒子将向b板偏转
(2023·安徽定远县高二期中)如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场。一束等离子体(高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)沿垂直于磁场方向喷入磁场。将P、Q与电阻R相连接。下列说法正确的是(　 　)A．P板的电势低于Q板的电势B．通过R的电流方向由b指向aC．若只改变磁场强弱，则通过R的电流保持不变D．若只增大粒子入射速度，则通过R的电流增大
(多选)为了测量某实验废弃液体的流量，需用到一种电磁流量计，其原理可以简化为如右图所示模型：液体内含有大量正、负离子，从直径为d的管状容器右侧流入，左侧流出，流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积，在垂直纸面向里的匀强磁场B的作用下，下列说法正确的是(　 　)
(多选)一块横截面为矩形的金属导体的宽度为b，厚度为d，水平放置，将导体置于一磁感应强度为B的匀强磁场中，磁感应强度的方向水平且垂直于侧面，如图所示。当在导体中通以图示方向的电流I时，在导体的上下表面间用电压表测得的电压为UH，已知载流子为自由电子，电荷量为e，则下列判断正确的是(　 　)
一、洛仑兹力的大小和方向1．关于带电粒子所受洛伦兹力F和磁感应强度B及粒子速度v三者之间的关系，下列说法中正确的是(　 　)A．F、B、v三者必定均保持垂直B．F必定垂直于B、v，但B不一定垂直于vC．B必定垂直于F、v，但F不一定垂直于vD．v必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B解析：根据左手定则，洛伦兹力垂直于B，也垂直于v，即洛伦兹力垂直于B与v所决定的平面，但B与v不一定垂直。故选B。
2．(2022·山西祁县高二期中)下列有关安培力和洛伦兹力的说法正确的是(　 　)A．判断安培力的方向用左手定则，判断洛伦兹力的方向用右手定则B．安培力与洛伦兹力的本质相同，所以安培力和洛伦兹力都不做功C．静止的电荷在磁场中一定不受洛伦兹力作用，运动的电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用D．一小段通电导体在磁场中某位置受到的安培力为零，但该位置的磁感应强度不一定为零
解析：安培力是磁场对通电导体内定向移动的电荷所施加的洛伦兹力的宏观表现，所以，从本质上看，它们都是磁场对运动电荷的作用力，方向都用左手定则判定，洛伦兹力始终与电荷运动的方向垂直，所以洛伦兹力始终对运动电荷不做功，而通电导体可以沿安培力方向发生位移，所以安培力可以对通电导体做功，A、B错误；静止的电荷在磁场中一定不受洛伦兹力作用，而运动的电荷不一定受到洛伦兹力作用，若电荷的运动方向与磁场方向平行，则运动电荷不受洛伦兹力作用，C错误；一小段通电导体在磁场中某位置受到的安培力为零，但该位置的磁感应强度不一定为零，还与导体与磁场夹角有关，当导体和磁场平行时没有安培力，D正确。
3．(多选)在如图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内，电子(不计重力)可能沿水平方向向右做直线运动的是(　 　)
解析：如电子水平向右运动，在A图中电场力水平向左，洛伦兹力竖直向下，故不可能沿水平方向做直线运动，A错误；在B图中，电场力水平向左，洛伦兹力为零，故电子可能水平向右做匀减速直线运动，B正确；在C图中电场力竖直向上，洛伦兹力竖直向下，电子向右可能做匀速直线运动，C正确；在D图中电场力竖直向上，洛伦兹力竖直向上，故电子不可能做水平向右的直线运动，D错误。
4．如图所示，光滑绝缘的半圆形轨道竖直放置于匀强磁场中，匀强磁场磁感应强度大小为B，方向垂直于轨道平面向外。轨道半径为R，两端a、c在同一高度上。将质量为m、电荷量为q的带正电小球，从轨道左端最高点a由静止释放，重力加速度为g，则小球从左向右通过最低点时对轨道的弹力N1与小球从右向左通过最低点时对轨道的弹力N2的差值为(　 　)