高中物理 第三章 磁場(chǎng) 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力課件 新人教版選修31

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1、 高中物理高中物理3.5 3.5 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力極光極光 一、教學(xué)目標(biāo)一、教學(xué)目標(biāo)v一、知識(shí)與技能一、知識(shí)與技能 1.知道什么是洛倫茲力，利用左手定則判斷洛倫茲力的方向知道什么是洛倫茲力，利用左手定則判斷洛倫茲力的方向 2.知道洛倫茲力大小的推理過程知道洛倫茲力大小的推理過程 3.掌握垂直進(jìn)入磁場(chǎng)方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計(jì)算掌握垂直進(jìn)入磁場(chǎng)方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計(jì)算 4.了解了解v和和B垂直時(shí)洛倫茲力大小及方向的判斷，理解洛倫茲力對(duì)電垂直時(shí)洛倫茲力大小及方向的判斷，理解洛倫茲力對(duì)電荷不做功荷不做功 5.了解電視機(jī)顯像管的工作原理了解電視機(jī)顯像

2、管的工作原理v二、過程與方法二、過程與方法 通過觀察形成洛倫茲力的概念，同時(shí)明確洛倫茲力與安培力的關(guān)系通過觀察形成洛倫茲力的概念，同時(shí)明確洛倫茲力與安培力的關(guān)系（微觀與宏觀），洛倫茲力的方向也可以用右手定則判斷。通過思考（微觀與宏觀），洛倫茲力的方向也可以用右手定則判斷。通過思考與討論，推導(dǎo)出洛倫茲力的大小公式與討論，推導(dǎo)出洛倫茲力的大小公式F=qvB。最后了解洛倫茲力的一。最后了解洛倫茲力的一個(gè)應(yīng)用個(gè)應(yīng)用電視顯像管中的磁偏轉(zhuǎn)。電視顯像管中的磁偏轉(zhuǎn)。v三、情感態(tài)度與價(jià)值觀三、情感態(tài)度與價(jià)值觀 引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)會(huì)觀察、分析、推理，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和研引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)會(huì)觀察、分析、推理，培養(yǎng)學(xué)生

3、的科學(xué)思維和研究方法。讓學(xué)生認(rèn)真體會(huì)科學(xué)研究最基本的思維方法：究方法。讓學(xué)生認(rèn)真體會(huì)科學(xué)研究最基本的思維方法：“推理推理假假設(shè)設(shè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”。二、復(fù)習(xí)引入新課二、復(fù)習(xí)引入新課1、安培力：、安培力：2、公式：、公式：3、方向：左手定則、方向：左手定則sinBILF 0180000F時(shí)或當(dāng)為最大值時(shí)當(dāng)BILF ,900,不垂直時(shí)與當(dāng)IBsin/BILILBF磁場(chǎng)對(duì)電流（通電導(dǎo)線）的作用磁場(chǎng)對(duì)電流（通電導(dǎo)線）的作用力力電流是如何形成的？電流是如何形成的？思考思考電流是電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成的，而磁場(chǎng)對(duì)電流是電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成的，而磁場(chǎng)對(duì)電流（通電導(dǎo)線）有力的作用，由此想電流（通電導(dǎo)線）有力的作用，

4、由此想到到磁場(chǎng)可能對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用磁場(chǎng)可能對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。陰極陰極陽極陽極狹縫狹縫熒光屏熒光屏電子束電子束實(shí)驗(yàn)：用實(shí)驗(yàn)：用陰極射線管陰極射線管（CRT）研究磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用。研究磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用。NSSN實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：(1).在沒有外磁場(chǎng)時(shí)在沒有外磁場(chǎng)時(shí),電子沿直線前進(jìn)，電子沿直線前進(jìn)，表明運(yùn)動(dòng)的電荷表明運(yùn)動(dòng)的電荷沒有受到力沒有受到力的作用的作用.(2).當(dāng)有外磁場(chǎng)時(shí)當(dāng)有外磁場(chǎng)時(shí),電子束運(yùn)動(dòng)的軌跡發(fā)生電子束運(yùn)動(dòng)的軌跡發(fā)生彎曲彎曲,表明表明運(yùn)動(dòng)電荷受到磁場(chǎng)的作用力運(yùn)動(dòng)電荷受到磁場(chǎng)的作用力.(3).當(dāng)磁場(chǎng)方向發(fā)生變化時(shí)，電子束的偏當(dāng)磁場(chǎng)方向發(fā)生變化時(shí)，電子束的偏轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)方向

5、發(fā)生改變發(fā)生改變。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有實(shí)驗(yàn)結(jié)論：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用力的作用洛倫茲力洛倫茲力（一）洛倫茲力（一）洛倫茲力1.定義：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。定義：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。2.驗(yàn)證：驗(yàn)證：三、新課講授三、新課講授通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的安培力是洛倫茲力的宏安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)觀表現(xiàn)。3.與安培力的關(guān)系與安培力的關(guān)系：4.洛倫茲：洛倫茲： 荷蘭物理學(xué)家，首先提出運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)荷蘭物理學(xué)家，首先提出運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力的觀點(diǎn)。和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力的觀點(diǎn)。請(qǐng)同學(xué)們利用網(wǎng)絡(luò)搜索一下洛請(qǐng)同學(xué)們利用網(wǎng)絡(luò)搜索一下洛倫茲的生平簡介倫茲的

6、生平簡介洛倫茲生平簡介：洛倫茲生平簡介：v1853年年7月月18日生于荷蘭的阿納姆，少年日生于荷蘭的阿納姆，少年時(shí)就對(duì)物理學(xué)感興趣，同時(shí)還廣泛地閱讀時(shí)就對(duì)物理學(xué)感興趣，同時(shí)還廣泛地閱讀歷史和小說，并且熟練地掌握多門外語。歷史和小說，并且熟練地掌握多門外語。v1870年洛倫茲考入萊頓大學(xué)，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、年洛倫茲考入萊頓大學(xué)，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、物理和天文物理和天文,主要方向是數(shù)學(xué)和物理學(xué)。主要方向是數(shù)學(xué)和物理學(xué)。v1873年，洛倫茲以優(yōu)異的成績通過了博士年，洛倫茲以優(yōu)異的成績通過了博士考試?？荚?。v1875年獲博士學(xué)位。年獲博士學(xué)位。 v1877年，萊頓大學(xué)聘請(qǐng)他為理論物理學(xué)教年，萊頓大學(xué)聘請(qǐng)他為理論物理學(xué)教

7、授，這個(gè)職位最早是為授，這個(gè)職位最早是為J。D。范瓦耳斯設(shè)。范瓦耳斯設(shè)的，其學(xué)術(shù)地位很高，而這時(shí)洛倫茲年僅的，其學(xué)術(shù)地位很高，而這時(shí)洛倫茲年僅23歲。在萊頓大學(xué)任教歲。在萊頓大學(xué)任教35年，他對(duì)物理學(xué)年，他對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)都是在這期間作出的。的貢獻(xiàn)都是在這期間作出的。v1895年他提出了著名的洛倫茲力公式。年他提出了著名的洛倫茲力公式。v1896年，洛倫茲用電子論成功地解釋了由年，洛倫茲用電子論成功地解釋了由萊頓大學(xué)的塞曼新近發(fā)現(xiàn)的原子光譜磁致萊頓大學(xué)的塞曼新近發(fā)現(xiàn)的原子光譜磁致分裂現(xiàn)象。洛倫茲斷定該現(xiàn)象是由原子中分裂現(xiàn)象。洛倫茲斷定該現(xiàn)象是由原子中負(fù)電子的振動(dòng)引起的。他從理論上導(dǎo)出的負(fù)電子的振

8、動(dòng)引起的。他從理論上導(dǎo)出的負(fù)電子的荷質(zhì)比，與湯姆遜翌年從陰極射負(fù)電子的荷質(zhì)比，與湯姆遜翌年從陰極射線實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果相一致。由于塞曼效應(yīng)線實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果相一致。由于塞曼效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和解釋，洛倫茲和塞曼分享了的發(fā)現(xiàn)和解釋，洛倫茲和塞曼分享了1902年度的諾貝爾獎(jiǎng)。年度的諾貝爾獎(jiǎng)。1.洛倫茲力的方向由左手定則來判定：洛倫茲力的方向由左手定則來判定：（二）洛倫茲力的方向（二）洛倫茲力的方向左手定則：左手定則：伸開左手，伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在一個(gè)直，并且都與手掌在一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線從掌心平面內(nèi)，讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向進(jìn)入，并使四指指向正電正電荷

9、荷運(yùn)動(dòng)的方向，這時(shí)拇指運(yùn)動(dòng)的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向。力的方向。2.注意：注意： （1 1）洛倫茲力的方向垂直于）洛倫茲力的方向垂直于v v和和B B二者所決定的二者所決定的平面。平面。F F垂直于垂直于v v和和B B，但是，但是v v和和B B不一定垂直。不一定垂直。（2 2）四指的指向：）四指的指向：正電荷正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，運(yùn)動(dòng)的方向，負(fù)電荷負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的反方向反方向。3. .特點(diǎn)：洛倫茲力總是跟運(yùn)動(dòng)的電荷的速特點(diǎn)：洛倫茲力總是跟運(yùn)動(dòng)的電荷的速度方向垂直，所以洛倫茲力只能改變運(yùn)動(dòng)度方向垂直，所以洛倫

10、茲力只能改變運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向，而不改變速度的大小。電荷的速度方向，而不改變速度的大小。 例例1 1、下列各圖中帶電粒子剛剛進(jìn)入磁場(chǎng)，試、下列各圖中帶電粒子剛剛進(jìn)入磁場(chǎng)，試判斷這時(shí)粒子所受洛倫茲力的方向判斷這時(shí)粒子所受洛倫茲力的方向 + +V Vf fV VV V垂直紙面向外垂直紙面向外 垂直紙面向里垂直紙面向里V VV Vf ff fV Vf f+V Vf=0f=0V V例例2 2、如圖：磁場(chǎng)方向，正電荷的、如圖：磁場(chǎng)方向，正電荷的運(yùn)動(dòng)方向，電荷所受洛倫茲力的方運(yùn)動(dòng)方向，電荷所受洛倫茲力的方向兩兩垂直，則正確的是（向兩兩垂直，則正確的是（ ）+f fV VB B+V VB Bf f+B Bf

11、 fV V+B Bf fV VD DABCD1.公式推導(dǎo)：公式推導(dǎo)：（三）洛倫茲力的大?。ㄈ┞鍌惼澚Φ拇笮 = qvB通電導(dǎo)體的長度：通電導(dǎo)體的長度：L 每個(gè)電荷的帶電量：每個(gè)電荷的帶電量：q橫截面積：橫截面積：S 單位體積的電荷數(shù)：單位體積的電荷數(shù)：n 定向移動(dòng)的速率：定向移動(dòng)的速率：v2.定義：定義： 當(dāng)電荷在垂直于磁場(chǎng)的方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)電荷在垂直于磁場(chǎng)的方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的洛倫茲力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的洛倫茲力F等于電荷量等于電荷量q、速率速率v、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度B三者的乘積。三者的乘積。 F = qvB3.提醒提醒： F = qvB只適用于只適用于vB的情況的情況 若若v

12、與與B間的夾角為間的夾角為，則，則F =qvBsin 解：解：f = Bqv = 0.21.6 10-19 3 106 N =9.6 10-14N例例3、電子的速率、電子的速率V=3106m/s垂直射入垂直射入B=0.2T的勻的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，它所受的洛倫茲力為多大（強(qiáng)磁場(chǎng)中，它所受的洛倫茲力為多大（e=1.610-19 C）延伸思考：一長直螺線管通有交流電，一電子以速度延伸思考：一長直螺線管通有交流電，一電子以速度v沿著螺線管的軸線射入管內(nèi)，則電子在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況沿著螺線管的軸線射入管內(nèi)，則電子在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況是（是（ ）A、勻加速運(yùn)動(dòng)、勻加速運(yùn)動(dòng) B、勻減速運(yùn)動(dòng)、勻減速運(yùn)動(dòng) C、勻速直線運(yùn)動(dòng)、

13、勻速直線運(yùn)動(dòng) D、在螺線管內(nèi)來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)、在螺線管內(nèi)來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)C（四）洛倫茲力的作用（四）洛倫茲力的作用地球是一個(gè)大磁場(chǎng)，宇宙射線中含有大量高能地球是一個(gè)大磁場(chǎng)，宇宙射線中含有大量高能粒子，地磁場(chǎng)能改變宇宙射線中帶電粒子的運(yùn)粒子，地磁場(chǎng)能改變宇宙射線中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向嗎？如果這些粒子都射到地球上，會(huì)對(duì)動(dòng)方向嗎？如果這些粒子都射到地球上，會(huì)對(duì)地球上的生物造成什么影響？地球上的生物造成什么影響？地磁場(chǎng)改變宇宙射線中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向地磁場(chǎng)改變宇宙射線中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向地磁場(chǎng)對(duì)直射地球的宇宙射線的阻擋作用在赤道附近最強(qiáng)地磁場(chǎng)對(duì)直射地球的宇宙射線的阻擋作用在赤道附近最強(qiáng),南北兩極最弱南北兩極最弱

14、 （五）電視顯像管的原理（五）電視顯像管的原理請(qǐng)同學(xué)們利用網(wǎng)絡(luò)搜索一下電請(qǐng)同學(xué)們利用網(wǎng)絡(luò)搜索一下電視機(jī)顯像管的工作原理視機(jī)顯像管的工作原理（五）電視顯像管的原理（五）電視顯像管的原理顯像管的基本構(gòu)造顯像管的基本構(gòu)造顯像管由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極、熒光屏、玻璃外殼組成；顯像管由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極、熒光屏、玻璃外殼組成； 電子槍由燈絲、陰極、柵極、加速極、聚焦極、高壓陽極組成；電子槍由燈絲、陰極、柵極、加速極、聚焦極、高壓陽極組成； 燈絲的作用：加熱陰極；燈絲的作用：加熱陰極； 陰極的作用：發(fā)射電子；陰極的作用：發(fā)射電子；偏轉(zhuǎn)電極的作用：電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，打在熒光屏的不同位置。偏轉(zhuǎn)電極的作用：電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)

15、，打在熒光屏的不同位置。熒光屏：被電子撞擊時(shí)發(fā)光熒光屏：被電子撞擊時(shí)發(fā)光電子束受到洛倫茲力而偏轉(zhuǎn)電子束受到洛倫茲力而偏轉(zhuǎn) 如圖所示如圖所示 （1 1）要是電子打在）要是電子打在A A點(diǎn)，偏點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向？轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向？（2 2）要是電子打在）要是電子打在B B點(diǎn)，偏點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向？轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向？（3 3）要是電子束打在熒光屏）要是電子束打在熒光屏上的位置由中心上的位置由中心O O逐漸向逐漸向A A點(diǎn)點(diǎn)移動(dòng)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該怎樣變移動(dòng)，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該怎樣變化？化？顯像管的工作原理顯像管的工作原理1.1.電子以初速度電子以初速度V V垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為垂直進(jìn)入磁

16、感應(yīng)強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, ,則則( )( ) A. A.磁場(chǎng)對(duì)電子的作用力始終不變磁場(chǎng)對(duì)電子的作用力始終不變. . B. B.磁場(chǎng)對(duì)電子的作用力始終不做功磁場(chǎng)對(duì)電子的作用力始終不做功 C. C.電子的動(dòng)量始終不變電子的動(dòng)量始終不變. . D. D.電子的動(dòng)能始終不變電子的動(dòng)能始終不變2.下列說法正確的是：（下列說法正確的是：（ ） A、運(yùn)動(dòng)電荷在磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零的地方，一定受到洛侖茲力的作用、運(yùn)動(dòng)電荷在磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零的地方，一定受到洛侖茲力的作用 B、運(yùn)動(dòng)電荷在某處不受洛侖茲力，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零、運(yùn)動(dòng)電荷在某處不受洛侖茲力，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 C、電荷受到

17、洛侖茲力，該電荷一定是運(yùn)動(dòng)的、電荷受到洛侖茲力，該電荷一定是運(yùn)動(dòng)的 D、電荷受到洛侖茲力，該電荷相對(duì)磁場(chǎng)一定是運(yùn)動(dòng)的、電荷受到洛侖茲力，該電荷相對(duì)磁場(chǎng)一定是運(yùn)動(dòng)的3.關(guān)于帶電粒子所受洛倫茲力關(guān)于帶電粒子所受洛倫茲力F和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B及粒子速度及粒子速度v三者之間的關(guān)三者之間的關(guān)系，下列說法中正確的是（系，下列說法中正確的是（ ） A.F、B、v三者必定均保持垂直三者必定均保持垂直 B.F必定垂直于必定垂直于B、v，但，但B不一定垂直于不一定垂直于v C.B必定垂直于必定垂直于F、v，但，但F不一定垂直于不一定垂直于v D.v必定垂直于必定垂直于F、B，但，但F不一定垂直于不一定垂直于

18、BB、D四、課堂練習(xí)四、課堂練習(xí)DB4、來自宇宙的電子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空來自宇宙的電子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點(diǎn)，則這些電子在進(jìn)入地球周圍的空間時(shí)，將的某一點(diǎn)，則這些電子在進(jìn)入地球周圍的空間時(shí)，將 （ ）A、豎直向下沿直線射向地球、豎直向下沿直線射向地球 B、相對(duì)于預(yù)定地面向東偏轉(zhuǎn)、相對(duì)于預(yù)定地面向東偏轉(zhuǎn)C、相對(duì)于預(yù)定點(diǎn)稍向西偏轉(zhuǎn)、相對(duì)于預(yù)定點(diǎn)稍向西偏轉(zhuǎn) D、相對(duì)于預(yù)定地點(diǎn)稍向北偏轉(zhuǎn)、相對(duì)于預(yù)定地點(diǎn)稍向北偏轉(zhuǎn)C五、課堂小結(jié)五、課堂小結(jié)1 1、定義：、定義： 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力，叫做洛倫茲力。磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力，叫做洛倫茲力。2 2、方向：、方向：

19、 由左手定則判斷由左手定則判斷3 3、洛倫茲力的大小、洛倫茲力的大?。海? 1）洛侖茲力）洛侖茲力F一定和一定和B、V決定的平面垂直。決定的平面垂直。（2 2）洛侖茲力只改變速度的方向而不改變其大?。┞鍋銎澚χ桓淖兯俣鹊姆较蚨桓淖兤浯笮　＃? 3）洛倫茲力永遠(yuǎn)不做功。）洛倫茲力永遠(yuǎn)不做功。（1 1）當(dāng)）當(dāng)v v平行于平行于B B時(shí)：時(shí)：（2 2）當(dāng)）當(dāng)v v垂直于垂直于B B時(shí)：時(shí)： F=qvBF=0cosFSW )90(04.4.電視機(jī)顯像管的工作原理：電視機(jī)顯像管的工作原理：1 1、兩個(gè)相同的單擺擺長、兩個(gè)相同的單擺擺長L，擺球質(zhì)量為，擺球質(zhì)量為m，帶有電，帶有電荷荷q，在垂直于紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為，在垂直于紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中從相同高度擺下，當(dāng)其向左、向右通過最低磁場(chǎng)中從相同高度擺下，當(dāng)其向左、向右通過最低點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能是否相同，洛倫茲力是否相同，向心力點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能是否相同，洛倫茲力是否相同，向心力是否相同，線上拉力大小是否相同？是否相同，線上拉力大小是否相同？ 六、課后作業(yè)：六、課后作業(yè)：