高中物理 3.5磁場對運(yùn)動電荷的作用力課件 新人教選修31

1、2021/8/11 星期三1第三章磁場第五節(jié)磁場對運(yùn)動電荷的作用力2021/8/11 星期三2教學(xué)目標(biāo) （一）知識與技能1、知道什么是安培力。知道通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向與電流、磁場方向都垂直時(shí)，它的方向的判斷-左手定則。知道左手定則的內(nèi)容，會用左手定則熟練地判定安培力的方向，并會用它解答有關(guān)問題.2、會用安培力公式F=BIL解答有關(guān)問題. 知道電流方向與磁場方向平行時(shí)，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場方向垂直時(shí)，電流受的安培力最大，等于BIL.3、了解磁電式電流表的內(nèi)部構(gòu)造的原理。 （二）過程與方法 通過演示、分析、歸納、運(yùn)用使學(xué)生理解安培力的方向和大小的計(jì)算。培養(yǎng)學(xué)生的間

2、想像能力。2021/8/11 星期三3（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀使學(xué)生學(xué)會由個(gè)別事物的個(gè)性來認(rèn)識一般事物的共性的認(rèn)識事物的一種重要的科學(xué)方法.并通過對磁電式電流表的內(nèi)部構(gòu)造的原理了解，感受物理知識之間的聯(lián)系。二、重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)：安培力的方向確定和大小的計(jì)算。難點(diǎn)：左手定則的運(yùn)用（尤其是當(dāng)電流和磁場不垂直時(shí)，左手定則如何變通使用）。三、教具：磁鐵、電源、金屬桿、導(dǎo)線、鐵架臺、滑動變阻器、多媒體。2021/8/11 星期三4復(fù)習(xí)知識:1.帶電粒子在磁場中受洛倫茲力的計(jì)算公式？帶電粒子運(yùn)動方向垂直于磁場方向，f=qvB，該公式的設(shè)用條件是V與B相互垂直,帶電粒子運(yùn)動方向平行于磁場方向，f=0。2.帶電

3、粒子進(jìn)入磁場時(shí)所受的洛倫茲力的方向？2021/8/11 星期三5顯象管的工作原理2021/8/11 星期三6問題討論：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動1、帶電粒子的軌跡在哪個(gè)方位？ 2、速度如何變化？ 3、受力如何變化？ 4、軌跡是什么形狀? v2021/8/11 星期三7軌跡平面與磁場垂直因?yàn)閹щ娏Ｗ拥某跛俣群退苈鍌惼澚Φ姆较蚨荚诟艌龇较虼怪钡钠矫鎯?nèi)，沒有任何作用使粒子離開這個(gè)平面速度大小不變因?yàn)槁鍌惼澚偸歉Ｗ拥倪\(yùn)動方向垂直,所以洛倫茲力不對粒子做功，粒子的速度大小不變速度方向時(shí)刻改變因?yàn)槁鍌惼澚偸歉Ｗ拥倪\(yùn)動方向垂直，所以速度方向改變受力大小不變因?yàn)樗俣却笮〔蛔?所以洛倫茲力大小也不變

4、受力方向時(shí)刻改變因?yàn)樗俣确较蚋淖儯月鍌惼澚Ψ较蛞哺淖冘壽E形狀圓因?yàn)閹щ娏Ｗ邮艿揭粋€(gè)大小不變，方向總與粒子運(yùn)動方向垂直的力，因此帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動，其向心力就是洛倫茲力2021/8/11 星期三8洛倫茲力演示儀工作原理：由電子槍發(fā)出的電子射線可以使管 的低壓水銀蒸汽發(fā)出輝光，顯示出電子的徑跡。兩個(gè)平行的通電環(huán)形線圈可產(chǎn)生沿軸線方向的勻強(qiáng)磁場2021/8/11 星期三9結(jié)論：帶電粒子垂直進(jìn)入磁場中，粒子在垂直磁場方向的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，此洛倫茲力不做功。問題：一帶電量為q，質(zhì)量為m，速度為v的帶電粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，其半徑r和周期T為多大？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在暗室中可以清楚

5、地看到，在沒有磁場作用時(shí)，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強(qiáng)磁場，電子的徑跡變彎曲成圓形。2021/8/11 星期三10推導(dǎo):粒子做勻速圓周運(yùn)動所需的向心力 是由粒子所受的洛倫茲力提供的,所以說明:1、軌道半徑和粒子的運(yùn)動速率成正比。2、帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期和運(yùn)動速率無關(guān)。2021/8/11 星期三11例題2：如圖所示，一束帶正電的相同的粒子垂直磁場邊界自O(shè)點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場中后分成了3束，其運(yùn)動軌跡如圖，粒子運(yùn)動方向與磁場方向垂直，不計(jì)粒子的重力作用，已知OA=OC/2=OD/3，則這三束粒子的速率之比 =2021/8/11 星期三12電荷的勻強(qiáng)磁場中的三種運(yùn)動形式如運(yùn)動電荷在勻強(qiáng)

6、磁場中除洛侖茲力外其他力均忽略不計(jì)（或均被平衡）(2)當(dāng)B時(shí)，所受洛侖茲力提供向心力，做勻速圓周運(yùn)動；(3)當(dāng)與B夾一般角度時(shí)，由于可以將正交分解為和（分別平行于和垂直于）B，因此電荷一方向以的速度在平行于B的方向上做勻速直線運(yùn)動，另一方向以的速度在垂直于B的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動。 (1)當(dāng)B時(shí)，所受洛侖茲力為零，做勻速直線運(yùn)動；qvB=mv2/RR=mv/qBT=2R/v=2m/qB在同一磁場中，不同的速度的運(yùn)動粒子，其周期與速度無關(guān)，只與其荷質(zhì)比有關(guān)等距螺旋 2021/8/11 星期三13例題氘核( )、氚核( )、氦核( )都垂直磁場方向入射同一勻強(qiáng)磁場，求以下幾種情況下，它們軌道半徑之

7、比及周期之比各是多少？（1）以相同速率射入磁場；（2）以相同動能射入磁場2021/8/11 星期三14帶電粒子做圓周運(yùn)動的分析方法圓心的確定（）已知入射方向和出射方向,可以通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直與入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心V0PMOV2021/8/11 星期三15帶電粒子做圓周運(yùn)動的分析方法圓心的確定（）已知入射方向和出射點(diǎn)的位置時(shí)，可以通過入射點(diǎn)作入射方向的垂線，連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，作其中垂線，這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心VPMO2021/8/11 星期三16半徑的確定和計(jì)算利用平面幾何的關(guān)系，求出該圓的可能半徑（或圓心角），并注意以下兩個(gè)重要的幾

8、何特點(diǎn)：粒子速度的偏向角等與圓心角，并等于AB弦與切線的夾角（弦切角）的倍即=2=t相對的弦切角（ ）相等，與相鄰的弦切角（ ）互補(bǔ)，即 (偏向角）vvO2021/8/11 星期三17運(yùn)動時(shí)間的確定利用偏轉(zhuǎn)角（即圓心角）與弦切角的關(guān)系，或者利用四邊形的內(nèi)角和等與360計(jì)算出圓心角的大小,由公式 t=T/ 360可求出粒子在磁場中運(yùn)動的時(shí)間2021/8/11 星期三18注意圓周運(yùn)動中的有關(guān)對稱規(guī)律如從同一邊界射入的粒子,從同一邊界射出時(shí),速度與邊界的夾角相等,在圓形磁場區(qū)域內(nèi),沿徑向射入的粒子,必沿徑向射出.2021/8/11 星期三19帶電粒子在磁場中運(yùn)動的多解問題帶電粒子的電性不確定形成多解

9、 受洛侖茲力作用的帶電粒子,可能帶正電荷,也可能帶負(fù)電荷,在相同的初速度下,正、負(fù)粒子在磁場中的軌跡不同，導(dǎo)致形成雙解。2021/8/11 星期三20帶電粒子在磁場中運(yùn)動的多解問題臨界狀態(tài)不唯一形成多解 帶電粒子在洛侖茲力作用下飛越有界磁場時(shí)，由于粒子的運(yùn)動軌跡是圓弧狀，因此它可能穿過去了，也可能轉(zhuǎn)過180從有界磁場的這邊反向飛出，形成多解2021/8/11 星期三21帶電粒子在磁場中運(yùn)動的多解問題運(yùn)動的重復(fù)性形成多解 帶電粒子在磁場中運(yùn)動時(shí)，由于某些因素的變化，例如磁場的方向反向或者速度方向突然反向，往往運(yùn)動具有反復(fù)性，因而形成多解。2021/8/11 星期三22例題一個(gè)帶電粒子，沿垂直于磁

10、場的方向射入一勻強(qiáng)磁場，粒子的一段徑跡如圖4所示，徑跡上的每一小段可近似看成圓弧由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減?。◣щ娏坎蛔儯膱D中可以確定 A.粒子從a到b，帶正電 B粒子從b到a，帶正電C粒子從a到b，帶負(fù)電 D粒子從b到a，帶負(fù)電 2021/8/11 星期三23例題如圖所示，abcd為絕緣擋板圍成的正方形區(qū)域，其邊長為L，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場正、負(fù)電子分別從ab擋板中點(diǎn)K，沿垂直擋板ab方向射入場中，其質(zhì)量為m，電量為e若從d、P兩點(diǎn)都有粒子射出，則正、負(fù)電子的入射速度分別為多少？（其中bP=L/4） 2021/8/11 星期三

11、24例題如圖所示，為一有圓形邊界的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，一束質(zhì)子流以不同速率由圓周上同一點(diǎn)沿半徑方向射入磁場，則質(zhì)子在磁場中A. 路程長的運(yùn)動時(shí)間長B. 速率大的運(yùn)動時(shí)間長C. 速度偏轉(zhuǎn)角大的運(yùn)動時(shí) 間長D. 運(yùn)動時(shí)間有可能無限長 （設(shè)質(zhì)子不受其它力） 2021/8/11 星期三25思路分析與解答：粒子只受洛侖茲力，且速度與磁場垂直，粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動。周期T=2m/qB與速度無關(guān)，但這并不能保證本例中的粒子在同一磁場區(qū)內(nèi)運(yùn)動時(shí)間相同，因?yàn)榱Ｗ釉陬}設(shè)磁場區(qū)內(nèi)做了一段不完整的圓周運(yùn)動。設(shè)速度偏轉(zhuǎn)角（入射速度與出射速度之間的夾角）為，則由角速度定義 =/t 可知：以速度v入射的粒子在磁場區(qū)飛行時(shí)間

12、 t=/ 而=v/R，R=mv/qB，則有 t=m/qB。粒子m/q一定，磁場一定，偏轉(zhuǎn)角越大，運(yùn)動時(shí)間越長。速度大，軌道半徑大，偏轉(zhuǎn)角小，盡管軌道較長但飛行時(shí)間短。本題C正確2021/8/11 星期三26例題如圖所示，在y0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于xy平面并指向紙面外，磁感強(qiáng)度為B.一帶正電的粒子以速度v0從O點(diǎn)射入磁場，入射方向在xy平面內(nèi)，與x軸正向的夾角為，若粒子射出磁場的位置與O點(diǎn)的距離為l，求該粒子的電量和質(zhì)量之 比. 2021/8/11 星期三27例題圖為電視機(jī)中顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖，它由繞在磁環(huán)上的兩個(gè)相同的線圈串聯(lián)而成，線圈中通有方向如圖所示的電流，當(dāng)電子束從紙里經(jīng)磁環(huán)中心向紙外射出時(shí)，它將：（）A向上偏轉(zhuǎn) B向下偏轉(zhuǎn) C向左偏轉(zhuǎn) D向右偏轉(zhuǎn)A2021/8/11 星期三28例題截面為矩形的金屬導(dǎo)體，放在圖所示的磁場中，當(dāng)導(dǎo)體中通有圖示方向電流時(shí)，導(dǎo)體上、下表面的電勢、之間有：（）ABC D無法判斷2021/8/11 星期三29在真空中，半徑為r=310-2m的圓形區(qū)域內(nèi)，有一勻強(qiáng)磁場，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)