人教版 (2019)选择性必修 第二册2 磁场对运动电荷的作用力图片ppt课件

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目 标 素 养1.通过探究,知道洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁感应强度的方向都垂直,会用左手定则判断洛伦兹力的方向。2.通过推导,知道计算洛伦兹力的公式,知道安培力是洛伦兹力的宏观表现,会计算洛伦兹力的大小。3.通过分析,知道电视显像管的基本构造及基本原理。
一、洛伦兹力的方向1.洛伦兹力的定义。运动电荷在磁场中受到的力。2.洛伦兹力方向的判断。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;让磁感线从掌心垂直进入,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。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。
微思考1每时每刻都有大量带电的宇宙射线向地球射来,地球磁场可以有效地改变这些射线中大多数带电粒子的运动方向,使它们不能到达地面,这对地球上的生命有十分重要的意义。假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来,在地磁场的作用下,它将向哪个方向偏转?
提示:地球周围的磁场由地理南极附近指向地理北极附近,当带正电的宇宙射线粒子垂直于地面向赤道射来时,根据左手定则可以判断粒子所受洛伦兹力方向向东,所以粒子将向东偏转。
二、洛伦兹力的大小1.电荷量为q的粒子以速度v运动时,如果速度方向与磁感应强度B的方向垂直,那么粒子受到的洛伦兹力F= qvB 。2.当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为θ时,电荷所受的洛伦兹力F= qvBsin θ 。 3.当电荷沿磁场方向运动(即θ=0或v∥B)时,F= 0 。
微判断(1)运动电荷在磁感应强度不为零的地方,一定会受到洛伦兹力的作用。(　　)(2)运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用,则该处的磁感应强度一定为零。(　　)(3)电荷垂直于磁场运动时所受洛伦兹力最小,平行于磁场运动时所受洛伦兹力最大。(　　)(4)同一电荷,以相同大小的速度进入磁场,速度方向不同时,洛伦兹力的大小也可能相同。(　　)
三、电子束的磁偏转1.电视显像管构造:由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。2.电视显像管原理。(1)电子枪发射高速电子。(2)电子束在磁场中偏转。(3)荧光屏被电子束撞击发光。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、强弱都在不断变化,使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。
微思考2显像管工作时,电子束依次扫描荧光屏上各点,可为什么我们觉察不到荧光屏的闪烁?提示:这是眼睛的视觉暂留现象,电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场,电视机中的显像管每秒要进行50场扫描,当电子束扫描频率达到人眼的临界闪烁频率时,由于视觉暂留的原因,人眼就感觉不到荧光屏的闪烁。
重难归纳1.洛伦兹力方向的决定因素:电荷的正负、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,如果只让一个因素反向,则洛伦兹力必定反向; 如果让两个因素同时反向,则洛伦兹力方向不变。2.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,它只改变电荷的运动方向,不改变电荷的速度大小。
3.用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时,应注意将四指指向负电荷运动的反方向。
下图是美丽的极光,你可知极光是如何产生的?
提示: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 km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。
典例剖析【例1】 试判断图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向,其中垂直于纸面向里的是(　　)
解析:根据左手定则可以判断,选项A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下。选项B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上。选项C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面向外。选项D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面向里,选项D正确。
特别提醒(1)洛伦兹力永不做功,虽然安培力是洛伦兹力的宏观表现,但安培力可以做功。(2)利用左手定则判断洛伦兹力方向时,四指指向也可以理解为总是指向等效电流的方向。
学以致用1.如图所示的磁感应强度B、电荷的运动速度v和磁场对电荷的作用力F的相互关系图中,画得正确的是(其中B、F、v两两垂直)(　　)
解析:由于B、F、v两两垂直,根据左手定则可知,选项A、B、D中洛伦兹力的方向都与图示F的方向相反,故选项A、B、D错误,C正确。
重难归纳1.洛伦兹力大小的理解要点。洛伦兹力F=qvBsin θ,θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角。(1)当θ=90°,即电荷运动方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力最大,为F=qvB。(2)当θ=0°或θ=180°,即电荷运动方向与磁场方向平行时,F=0。(3)当v=0,即电荷在磁场中静止时,F=0。
2.洛伦兹力与安培力的关系。
3.洛伦兹力与静电力的比较。
下图为显像管的原理示意图,当没有磁场时电子束将打在荧光屏正中央的O点。安装在管颈的偏转线圈可以产生磁场,使电子束发生偏转。设垂直于纸面向里的磁场方向为正方向,如果要使电子束打在荧光屏上的位置由a点逐渐移动到b点,所加变化的磁场是怎样变化的?磁感应强度随时间变化的图像是下图中的哪一个?
提示:电子开始时向上偏转,根据左手定则可以得知,磁场的方向垂直于纸面向外,即方向为负,且逐渐减小;后来电子又向下偏转,根据左手定则可以得知,磁场方向垂直于纸面向里,即方向为正,且逐渐增大。其图像为图甲。
典例剖析【例2】如图所示,各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B,带电粒子的速率均为v,所带电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小,并指出洛伦兹力的方向。
答案:(1)qvB,垂直于v指向左上方(2) ,垂直于纸面向里(3)0(4)qvB,垂直于v指向左上方
解析:(1)因v⊥B,所以F=qvB,方向垂直于v指向左上方。(2)v与B的夹角为30°,将v分解成垂直于磁场的分量和平行于磁场的分量,v⊥=vsin 30°,F=qvBsin 30°= ,方向垂直于纸面向里。(3)由于v与B平行,所以洛伦兹力为零。(4)v与B垂直,F=qvB,方向垂直于v指向左上方。
特别提醒(1)用左手定则判断洛伦兹力方向时,要特别注意运动电荷的正负,四指应指向正电荷运动的方向,指向负电荷运动的反方向。 (2)计算洛伦兹力的大小时,应注意弄清v与磁感应强度B的方向关系。当v与B成θ角(0°