1、高中物理高中物理选修选修3-1教科版教科版第三章第三章 磁磁 场场3.4 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用洛伦兹力洛伦兹力 1知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向 2掌握洛伦兹力公式的推导过程，会计算洛伦兹力的大小掌握洛伦兹力公式的推导过程，会计算洛伦兹力的大小知道洛伦兹力做功的特点知道洛伦兹力做功的特点 3掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律和分析方法规律和分析方法 目标定位目标定位运动电荷在磁场中受到的力运动电荷在磁场中受到的力4掌握洛伦兹力作用下的带电体的运动特点和处理
2、方法掌握洛伦兹力作用下的带电体的运动特点和处理方法 一、洛伦兹力的方向和大小一、洛伦兹力的方向和大小1、（、（1）运动电荷运动电荷 （2）宏观表现宏观表现 想一想想一想：当入射粒子为负电荷时，如何使用左手定则判断洛伦兹力方向？：当入射粒子为负电荷时，如何使用左手定则判断洛伦兹力方向？ 答：当入射粒子为负电荷时，我们使四指指向负电荷运动的反方向，此时拇指答：当入射粒子为负电荷时，我们使四指指向负电荷运动的反方向，此时拇指的指向就是负电荷的所受洛伦兹力的方向的指向就是负电荷的所受洛伦兹力的方向.二、带电粒子在磁场中的运动二、带电粒子在磁场中的运动1、垂直垂直 不做功不做功 大小大小 方向方向 预习
3、导学预习导学2、(1)qvB (2) 0 3、(1)磁感线磁感线 正电荷运动的方向正电荷运动的方向 洛伦兹力洛伦兹力 相反相反 (2) B和和v 2、匀速圆周运动匀速圆周运动 洛伦兹力洛伦兹力 3、想一想想一想同种带电粒子以不同的速度垂直射入同一匀强磁场中它们的同种带电粒子以不同的速度垂直射入同一匀强磁场中它们的运动周期相同吗？运动周期相同吗？答案相同周期表达式告诉我们，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与答案相同周期表达式告诉我们，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关速度无关. 一、洛伦兹力的方向一、洛伦兹力的方向 1.判断方法：左手定则判断方法：左手定则 ,使用左手定则时注意四
4、指指向正电使用左手定则时注意四指指向正电荷的运动方向，四指指向负电荷运动的反方向荷的运动方向，四指指向负电荷运动的反方向2. FB，Fv，F垂直于垂直于B、v确定的平面，但确定的平面，但B与与v不一不一定垂直定垂直3. 洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化但无论洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化但无论怎么变化，洛伦兹力都与运动方向垂直，故洛伦兹力永不怎么变化，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，不改变电荷速度大小做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷速度大小课堂讲义课堂讲义运动电荷在磁场中受到的力运动电荷在磁场中受到的力【例例1】如下图所示的磁感应
5、强度如下图所示的磁感应强度B电电荷的运动速度荷的运动速度v和磁场对电荷的作用力和磁场对电荷的作用力F的相互关系图中，画得正确的是的相互关系图中，画得正确的是(其其中中B、F、v两两垂直两两垂直) ( )借题发挥借题发挥 确定洛伦兹力的方确定洛伦兹力的方向还需明确运动电荷的电性，向还需明确运动电荷的电性，特别注意负电荷的运动方向与特别注意负电荷的运动方向与左手四指的指向应相反左手四指的指向应相反FFF根据左手定则可得四幅根据左手定则可得四幅图的洛伦兹力方向图的洛伦兹力方向FC课堂讲义课堂讲义二、二、 洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小课堂讲义课堂讲义2洛仑兹力与电场力的比较：洛仑兹力与电场力的比较：（
6、1）洛仑兹力）洛仑兹力F=qvB：只有运动电荷，且运动电荷的运动方向与磁场方：只有运动电荷，且运动电荷的运动方向与磁场方向不平行时才受到洛仑兹力；洛仑兹力的方向总与速度方向垂直，用左手向不平行时才受到洛仑兹力；洛仑兹力的方向总与速度方向垂直，用左手定则判断。定则判断。（2）电场力）电场力FqE：只要是电荷在电场中就要受到电场力；电场力的方：只要是电荷在电场中就要受到电场力；电场力的方向与场强向与场强E同线（正电荷与同线（正电荷与E同向，负电荷与同向，负电荷与E反向）。反向）。课堂讲义课堂讲义【例例2】在图在图3-5-2所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为
7、B，带电粒，带电粒子的速率均为子的速率均为v，带电荷量均为，带电荷量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大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小，并指出洛伦兹力的方向(1)因vB，所以F q v B，方向与v垂直向左上方 F由于v与B平行，所以不受洛伦兹力 vvF课堂讲义课堂讲义三、带电粒子在匀强磁场中的运动三、带电粒子在匀强磁场中的运动 课堂讲义课堂讲义课堂讲义课堂讲义B课堂讲义课堂讲义四、洛仑兹力作用下的带电体的运动四、洛仑兹力作用下的带电体的运动分析带电体在磁场中的受力运动问题，与力学方法相似：分析带电体在磁场中的受力运动问题，与力学方法相似：首先要受力分析，然
8、后根据运动状态，选择恰当的物理规首先要受力分析，然后根据运动状态，选择恰当的物理规律律课堂讲义课堂讲义小滑块的初状态小滑块的初状态离开斜面时离开斜面时FN=0，洛伦兹，洛伦兹力应垂直斜面向上，从而力应垂直斜面向上，从而可以判断所带电荷的正负可以判断所带电荷的正负小物块到达斜面底端时小物块到达斜面底端时刚好离开斜面刚好离开斜面课堂讲义课堂讲义【例例4】一个质量一个质量m0.1 g的小滑块，的小滑块，带有带有q5104 C的电荷量，放置在倾的电荷量，放置在倾角角30的光滑斜面上的光滑斜面上(绝缘绝缘)，斜面固，斜面固定且置于定且置于B0.5 T的匀强磁场中，磁场的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，
9、如图所示，小滑块方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，要离开斜面小滑块滑至某一位置时，要离开斜面(g取取10 m/s2)求：求：(1)小滑块带何种电荷？小滑块带何种电荷？(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？(3)该斜面长度至少多长？该斜面长度至少多长？ 【例题例题4】一个质量一个质量m0.1 g的小滑块，的小滑块，带有带有q5104 C的电荷量，放置在倾的电荷量，放置在倾角角30的光滑斜面上的光滑斜面上(绝缘绝缘)，斜面固，斜面固定且置于定且置于B0.5 T的匀强磁场中，磁场
10、的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，要离开斜面小滑块滑至某一位置时，要离开斜面(g取取10 m/s2)求：求：(1)小滑块带何种电荷？小滑块带何种电荷？(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？(3)该斜面长度至少多长？该斜面长度至少多长？ 若要使小滑块离开斜面，则洛若要使小滑块离开斜面，则洛伦兹力伦兹力F应垂直斜面向上，根应垂直斜面向上，根据左手定则可知，小滑块应带据左手定则可知，小滑块应带负电荷负电荷课堂讲义课堂讲义mgFN
11、F(1)小滑块在沿斜面下滑的过程中，小滑块在沿斜面下滑的过程中，受力如图所示受力如图所示【例题例题4】一个质量一个质量m0.1 g的小滑块，的小滑块，带有带有q5104 C的电荷量，放置在倾的电荷量，放置在倾角角30的光滑斜面上的光滑斜面上(绝缘绝缘)，斜面固，斜面固定且置于定且置于B0.5 T的匀强磁场中，磁场的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，要离开斜面小滑块滑至某一位置时，要离开斜面(g取取10 m/s2)求：求：(1)小滑块带何种电荷？小滑块带何种
12、电荷？(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？(3)该斜面长度至少多长？该斜面长度至少多长？ (2)小滑块沿斜面下滑的过程中，小滑块沿斜面下滑的过程中，垂直于斜面方向得垂直于斜面方向得FFNmgcos ，当支持力当支持力FN0时时，小滑块脱离，小滑块脱离斜面设此时小滑块速度为斜面设此时小滑块速度为vmax，则洛伦兹力则洛伦兹力FBqvmax，课堂讲义课堂讲义【例题例题4】一个质量一个质量m0.1 g的小滑块，的小滑块，带有带有q5104 C的电荷量，放置在倾的电荷量，放置在倾角角30的光滑斜面上的光滑斜面上(绝缘绝缘)，斜面固，斜面固定且置于定且置于B0.5 T的
13、匀强磁场中，磁场的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，由静止开始沿斜面滑下，斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，要离开斜面小滑块滑至某一位置时，要离开斜面(g取取10 m/s2)求：求：(1)小滑块带何种电荷？小滑块带何种电荷？(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？(3)该斜面长度至少多长？该斜面长度至少多长？ (3)设该斜面长度至少为设该斜面长度至少为l，则小，则小滑块离开斜面的临界情况为小滑块离开斜面的临界情况为小滑块刚滑到斜面底端时因为滑块刚滑到斜面底端时因为下滑过程中只有重力
14、做功，下滑过程中只有重力做功， 课堂讲义课堂讲义对点练习对点练习洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向AB2如图如图7所示，带负电荷的摆球在一所示，带负电荷的摆球在一匀强磁场中摆动匀强磁场的方向垂匀强磁场中摆动匀强磁场的方向垂直纸面向里摆球在直纸面向里摆球在A、B间摆动过程间摆动过程中，由中，由A摆到最低点摆到最低点C时，摆线拉力大时，摆线拉力大小为小为F1，摆球加速度大小为，摆球加速度大小为a1；由；由B摆摆到最低点到最低点C时，摆线拉力大小为时，摆线拉力大小为F2，摆，摆球加速度大小为球加速度大小为a2，则，则 () AF1F2，a1a2 BF1F2，a1a2CF1F2，a1a2 DF1F2，a1a2以小球为研究对象以小球为研究对象由由AC过程中在过程中在C点受力情况点受力情况mgF1f洛洛F1f洛洛mgma1由由BC过程中在过程中在C点受力情况点受力情况mgF2f洛洛F2 f洛洛mgma2Bvv对点练习对点练习洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向对点练习对点练习带电粒子在磁场中的圆周运动带电粒子在磁场中的圆周运动 vA洛伦兹力作用下的带电体的运动洛伦兹力作用下的带电体的运动整体法处理整体法处理要注意我们研究的阶段要注意我们研究的阶段隔离法处理隔离法处理f(ma+mb)gFNvfafbaCfba对点练习对点练习再见再见
