运动电荷在磁场中受到的力-人教版高中物理选修3-1课件

(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：这是由于眼睛的视觉暂留现象，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。
洛伦兹力的方向
1．决定洛伦兹力方向的因素有三个 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。
3．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 磁感应强度方向 垂直 ，则F＝ qvB 。 (2)当电荷运动方向与 磁场 的方向夹角为θ时，F＝
_q__v_B_s_i_n_θ__。 (3)当电荷沿磁场方向运动(即θ＝0或v∥B)时，F＝ 0 。
二、电视显像管的工作原理
1．构造：如图所示，由电子枪、 偏转线圈和荧光屏组成。
第5节
运动电荷在磁场中受到的力
1.磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力， 洛伦兹力的方向可由左手定则判定。
2.荷兰物理学家洛伦兹1895年提出了著名 的洛伦兹力公式F＝qvBsin θ，其中θ为 电荷运动方向与磁场方向的夹角。
3.电视显像管应用了电子束磁偏转的原 理。电子束偏转的磁场是由两对线圈产 生的，叫做偏转线圈。
[解析] 根据左手定则可知，滑块受到垂直斜面向下的 洛伦兹力，C对。随着滑块速度的变化，洛伦兹力大小变 化，它对斜面的压力大小发生变化，故滑块受到的摩擦力大 小变化，A错。B越大，滑块受到的洛伦兹力越大，受到的 摩擦力也越大，摩擦力做功越多，据动能定理，滑块到达地 面时的动能就越小，B错。由于开始时滑块不受洛伦兹力就 能下滑，故B再大，滑块也不可能静止在斜面上，D错。
C．仅增大磁感应强度时，电势差UCD变大
D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作
面应保持水平
[解析] 电势差UCD与磁感应强度B、材料有关，选 项A错误；若霍尔元件的载流子是自由电子，由左手定 则可知，电子向C侧面偏转，则电势差UCD＜0，选项B正 确；仅增大磁感应强度时，电势差UCD变大，选项C正 确；在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作 面应保持竖直且东西放置，选项D错误。
装置
速度 选择
器
磁流 体发 电机
磁场与科技
原理图
规律
若qv0B＝Eq，即v0＝BE，粒子做 匀速直线运动
等离子体射入，受洛伦兹力偏 转，使两极板带正、负电，两 极电压为U时稳定，qUd ＝ qv0B，U＝v0Bd
装置 电磁 流量
计
霍尔 元件
原理图
规律 UDq＝qvB，所以v＝DUB 所以Q＝vS＝π4DBU 当磁场方向与电流方向垂 直时，导体在与磁场、电 流方向都垂直的方向上出 现电势差
一、洛伦兹力的方向和大小 1．洛伦兹力的定义 __运__动__电_荷___在磁场中所受的作用力。 2．洛伦兹力的方向 (1)实验观察——阴极射线在磁场中的偏转。 ①没有磁场时电子束是一条直线 。
②将一蹄形磁铁跨放在阴极射线管外面，电子流运动轨 迹发生 弯曲 。
(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 。
的小滑块从斜面顶端由静止下滑。在滑块下滑的过程中，下列
判断正确的是
()
A．滑块受到的摩擦力不变
B．滑块到达地面时的动能与B的大小无关
C．滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下
D．B很大时，滑块可能静止于斜面上
[思路点拨] (1)滑块与斜面之间存在滑动摩擦力。 (2)洛伦兹力的方向可由左手定则判断。 (3)洛伦兹力随滑块速度的增大而增大。
而安培力是指电流(即大 ②大小关系：F安＝NF洛(N是导体 量定向移动的电荷)所受 中定向运动的电荷数)
到的磁场力
③方向关系：洛伦兹力与安培力的
②洛伦兹力永不做功， 方向特点一致，均可用左手定则进
而安培力可以做功
行判断
2．洛伦兹力与电场力的比较
洛伦兹力
电场力
产生 条件
电荷必须运动且速度方向 与B不平行时，电荷才受 到洛伦兹力
[典例] [多选]利用霍尔效应制作的
霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等
领域。如图是霍尔元件的工作原理示意
图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作
面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差
UCD，下列说法中正确的是
()
A．电势差UCD仅与材料有关
B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD＜0
带电粒子只要处在电 场中就受到电场力
大小 F＝qvBsin θ，F⊥B， 方向 F⊥v，用左手定则判断
F＝qE，F的方向与E 同向或反向
特点
洛伦兹力永不做功
电场力可以做功
相同点
反映了电场和磁场都具有力的性质
[典例] 如图所示，表面粗糙的斜面固定
于地面上，并处于方向垂直纸面向外、强度
为B的匀强磁场中。质量为m、带电量为＋Q
2.为了测量某化肥厂的污水排放量，技术人员在 该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计， 该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为 a、b、c，左右两端开口，在垂直于上下表面方 向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个 内侧面固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该 装置时，电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流 量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法正确的是 ( ) A．若污水中正离子较多，则前内侧面比后内侧面电势高 B．前内侧面的电势一定低于后内侧面的电势，与哪种离子多
1．在以下几幅图中，洛伦兹力的方向判断正确的是( )
解析：A图，根据左手定则，磁感线穿过手心，四指指向正 电荷的运动方向向右，大拇指指向洛伦兹力的方向，判断出 洛伦兹力向上，故A正确。B图，根据左手定则，磁感线穿过 手心，四指指向负电荷运动的反方向向左，大拇指指向洛伦 兹力的方向，判断出洛伦兹力向上，故B错误。C图，当速度 与磁感线平行时，电荷不受洛伦兹力，故C错误。D图，根 据左手定则，磁感线穿过手心，四指指向负电荷运动的反方 向向上，拇指指向洛伦兹力的方向，判断出洛伦兹力方向垂 直纸面向外，故D错误。 答案：A
(1)运动的电荷在磁场中受的力叫洛伦兹力，正电荷所受的洛伦
兹力的方向与磁场方向相同，负电荷所受的洛伦兹力的方向
与磁场方向相反。
(×)
(2)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。
(√)
(3)若电荷的速度方向与磁场平行时，不受洛伦兹力。
(√)
(4)判断电荷所受洛伦兹力的方向时应同时考虑电荷的电性。(√)
(5)显像管中偏转线圈中的电流恒定不变时，电子打在荧光屏上
的光点是不动的。
(√)
2．合作探究——议一议 (1)正电荷所受洛伦兹力的方向，负电荷所受洛伦兹力的方向以
及导线所受安培力的方向有什么联系？ 提示：电流的方向即正电荷定向移动的方向也就是负电荷 定向移动的反方向。所以安培力的方向和相应正电荷沿电 流方向移动所受洛伦兹力方向及相应负电荷沿电流反方向 移动所受洛伦兹力方向一致，体现了安培力是洛伦兹力的 宏观表现。
[答案] BC
速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效 应具有相同的特点，即在稳定状态时，电荷所受的洛伦 兹力与电场力均等大反向。
1．如图所示，在两水平极板间存在匀强电
场和匀强磁场，电场方向竖直向下，磁
场方向垂直于纸面向里，一带电粒子以
某一速度沿水平直线通过两极板。若不计重力，下列四个物
理量中哪一个改变时，粒子运动轨迹不会改变？ ( )
变加速直线运动 D．小物块在斜面上下滑过程中，当小物块对斜面压力为零
时的速率为mBqg
解析：带电物块下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零，知洛 伦兹力的方向垂直于斜面向上，根据左手定则知，物块带负 电，故A错误；物块在运动的过程中受重力、斜面的支持力、 洛伦兹力，合外力沿斜面向下，大小为mgsin θ，根据牛顿第二 定律知a＝gsin θ，物块在离开斜面前做匀加速直线运动，故B 正确，C错误；当压力为零时，在垂直于斜面方向上的合力为 零，有mgcos θ＝qvB，解得v＝mgBcoqs θ，故D错误。 答案：B
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
()
A．使B的数值增大
B．使磁场以速率v＝mqBg向上移动
C．使磁场以速率v＝mqBg向右移动
D．使磁场以速率v＝mqBg向左移动
解析：为使小球对平面无压力，则应使它受到的洛伦兹力刚 好平衡重力，磁场不动而只增大B，静止电荷在磁场里不受 洛伦兹力，A不对；磁场向上移动相当于电荷向下运动，受 洛伦兹力向右，不可能平衡重力；磁场以v向右移动，等同于 电荷以速率v向左运动，此时洛伦兹力向下，也不可能平衡重 力，故B、C不对；磁场以v向左移动，等同于电荷以速率v向 右运动，此时洛伦兹力向上。当qvB＝mg时，带电体对绝缘 水平面无压力，即v＝mqBg，选项D正确。 答案：D
[答案] C
洛伦兹力作用下的变加速运动问题 (1)注意受力情况和运动情况的分析。带电物体在磁场 中速度变化时洛伦兹力的大小随之变化，并进一步导致压 力、摩擦力的变化，物体在变力作用下将做变加速运动。 (2)注意临界状态的分析。当摩擦力与引起物体运动的 外力平衡时，物体将处于平衡状态；当洛伦兹力增大使物 体与接触面的压力为零时，物体将要离开接触面。
2．F、B、v三者方向间关系 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。 3．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。