廣東省德慶縣高中物理 第一章 電與磁 第六節(jié) 洛倫茲力初探課件 粵教版選修11

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1、第六節(jié)第六節(jié) 洛倫茲力初探洛倫茲力初探 由于受地球信風(fēng)帶和盛行西風(fēng)帶的影響，在海洋中形成一種河流成為海流，海流中蘊(yùn)藏著巨大的動(dòng)力資源，據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界大洋中所有海流的發(fā)電能力達(dá)109 kW早在19世紀(jì)法拉第就曾設(shè)想,利用磁場(chǎng)使海流發(fā)電,因?yàn)楹Ｋ泻写罅康膸щ婋x子,這些離子隨海流做定向運(yùn)動(dòng),如果有足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)能使這些帶電離子向相反方向偏轉(zhuǎn),便有可能發(fā)出電來.目前,日本的一些科學(xué)家計(jì)劃利用海流建造一座容量為1500 kW的磁流體發(fā)電機(jī). 如右圖所示為一磁流體發(fā)電機(jī)的原理示意圖,上、下兩塊金屬板M、N水平放置浸沒在海水里,在金屬板情景切入情景切入之間加一勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向由南向北,海水從西向東流過兩金

2、屬板之間,將在兩金屬板之間形成電勢(shì)差,達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,哪塊金屬板的電勢(shì)高?解答：沿海流方向正離子受洛倫茲力向上，落在M板上，負(fù)離子落在N板上，所以M板電勢(shì)高一、洛倫茲力1.定義：_在磁場(chǎng)中所受到的力叫做洛倫茲力.2.在通電導(dǎo)線上的安培力是磁場(chǎng)作用在_的力的宏觀體現(xiàn).3.當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)速度平行于磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁場(chǎng)中，電荷不受洛倫茲力作用.二、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用HT1.實(shí)驗(yàn)：下圖為抽成真空的電子射線管，從陰極發(fā)射出來的電子束，在陰極和陽極間的_的作用下，轟擊到長(zhǎng)條形的熒光屏上發(fā)出熒光，可以顯現(xiàn)出電子束的_. 自主學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)2.實(shí)驗(yàn)表明：如下圖所示（1）在沒有外磁場(chǎng)時(shí)，電子束是沿_前進(jìn)的.（2）如果把

3、射線管放在蹄形磁鐵的兩極間，熒光屏上顯示出的電子束運(yùn)動(dòng)的徑跡發(fā)生_，這表明運(yùn)動(dòng)電荷確實(shí)受到了磁場(chǎng)力的作用，這個(gè)通常叫做_.（3）洛倫茲力方向與磁場(chǎng)方向_，與運(yùn)動(dòng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向_.三、洛倫茲力的作用1.磁偏轉(zhuǎn)：_.2.顯像管：無外加磁場(chǎng)時(shí)電子束_偏轉(zhuǎn)，電子束將轟擊在熒光屏的_，并出現(xiàn)一個(gè)發(fā)光點(diǎn).有外加磁場(chǎng)時(shí)電子束會(huì)_偏轉(zhuǎn).3.回旋加速器（如下圖所示）（1）利用_加速帶電粒子；（2）通過洛倫茲力使粒子做_運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多級(jí)加速獲得高能粒子；（3）采用_提供加速電壓；（4）電場(chǎng)交替變化與帶電粒子運(yùn)動(dòng)應(yīng)滿足同步條件.即概括為 電場(chǎng)（加速）磁場(chǎng)（回旋） 同步（f電源=1/T粒子）一、一、1.運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷

4、2.運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷二、二、1.電場(chǎng)徑跡電場(chǎng)徑跡2(1)直線直線(2)彎曲洛倫茲力彎曲洛倫茲力(3)垂直垂直垂直垂直三、三、1.垂直于電子束運(yùn)動(dòng)方向的磁場(chǎng)使電子束改變方向或發(fā)生偏轉(zhuǎn)垂直于電子束運(yùn)動(dòng)方向的磁場(chǎng)使電子束改變方向或發(fā)生偏轉(zhuǎn)2無中心磁無中心磁3(1)電場(chǎng)電場(chǎng)(2)圓周圓周(3)高頻電源高頻電源 1.運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力叫洛倫茲力.通過導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受到的安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn). 2.洛倫茲力總是與速度垂直，故洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功. 3.電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力與電荷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有無關(guān)系?電荷在磁場(chǎng)中受到的磁場(chǎng)力與電荷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有無關(guān)系?為什么? 電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力是由電

5、荷的電荷量和電場(chǎng)強(qiáng)度的大小決定的,與電荷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān);而電荷在磁場(chǎng)中受到的磁場(chǎng)力的方向總是與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直,且由電荷的電荷量、運(yùn)動(dòng)速度和磁感應(yīng)強(qiáng)度共同決定，故磁場(chǎng)力的方向與電荷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān). 4.洛倫茲力對(duì)電荷永不做功，而安培力對(duì)導(dǎo)體棒可以重點(diǎn)突破重點(diǎn)突破做功.這是否與安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)相矛盾?為什么? 不矛盾,因洛倫茲力方向總是與速度方向垂直,故不做功;而安培力方向總是與電流方向垂直,但不一定與導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向垂直,故可以做功. 5.磁偏轉(zhuǎn) 帶電粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，它的主要應(yīng)用是能夠顯示各種畫面的顯示器,其主要元件是帶有磁偏轉(zhuǎn)裝置的顯像管.典例剖析典例剖析運(yùn)動(dòng)電荷受的洛倫茲力及運(yùn)

6、動(dòng)運(yùn)動(dòng)電荷受的洛倫茲力及運(yùn)動(dòng) (1)當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度v的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向平行時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷不受洛倫茲力作用，仍以初速度做勻速直線運(yùn)動(dòng).在磁場(chǎng)中靜止的電荷也不受洛倫茲力作用. (2)洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功.由于洛倫茲力F始終與電荷運(yùn)動(dòng)速度v的方向垂直，不論電荷做什么性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，也不論電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡是什么樣的(包括高中階段不能描述的運(yùn)動(dòng)軌跡),它只改變v的方向，并不改變v的大小，所以洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)的電荷永遠(yuǎn)不做功. 問答題:(1)根據(jù)牛頓第二定律,洛倫茲力對(duì)電荷的運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生什么樣的作用?【答案】根據(jù)牛頓第二定律,洛倫茲力使電荷沿力的方向產(chǎn)生與速度方向垂直的加速度,這個(gè)加速度將使電荷運(yùn)動(dòng)方向

7、發(fā)生改變.(2)洛倫茲力會(huì)不會(huì)使電荷速度大小發(fā)生改變?為什么?【答案】 不會(huì).因?yàn)槁鍌惼澚Ψ较蚩偸桥c速度方向垂直，所以洛倫茲力對(duì)電荷不做功，電荷的動(dòng)能不變，所以速度大小不變.（3）電荷在以后的運(yùn)動(dòng)過程中所受的洛倫茲力有什么特點(diǎn),在這樣的力的作用下電荷會(huì)做什么樣的運(yùn)動(dòng)?【答案】 電荷在運(yùn)動(dòng)過程中洛倫茲力的大小恒定,方向時(shí)刻與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直,這個(gè)力與物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力所起的效果完全相同,因此帶電粒子將在垂直磁場(chǎng)方向的某平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),如下圖所示. 如果運(yùn)動(dòng)電荷除磁場(chǎng)力外不受其他任何力的作用，則帶電粒子在磁場(chǎng)中做下列運(yùn)動(dòng)可能成立的是（ ）A.做勻速直線運(yùn)動(dòng) B.做勻變速直線運(yùn)動(dòng)C.做

8、變加速曲線運(yùn)動(dòng)D.做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)【解析】當(dāng)vB時(shí)，f=0，故運(yùn)動(dòng)電荷不受洛倫茲力作用而做勻速直線運(yùn)動(dòng).當(dāng)v與B不平行時(shí)，f0且f與v恒垂直，即f只改變v的方向.故運(yùn)動(dòng)電荷做變加速曲線運(yùn)動(dòng).【答案】AC自我檢測(cè)自我檢測(cè)1(2009年北京卷)在如下圖所示的四幅圖中，正確標(biāo)明了帶正電的粒子所受洛倫茲力F方向的是()解析：由左手定則可知選項(xiàng)A、C正確答案：AC2如下圖所示，當(dāng)一帶正電q的粒子以速度v沿螺線管中軸線進(jìn)入該通電螺線管，若不計(jì)重力，則()A帶電粒子速度大小改變B帶電粒子速度方向改變C帶電粒子速度大小不變D帶電粒子速度方向不變CD 3以下說法正確的是()A電荷處于磁場(chǎng)中一定受到洛倫茲力B運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中一定受到洛倫茲力C某運(yùn)動(dòng)電荷在某處未受到洛倫茲力，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零D洛倫茲力可改變運(yùn)動(dòng)電荷的動(dòng)量D 祝祝您您