1.2运动电荷在磁场中受到的力（第二课时）ppt课件-（2019） 新人教版高中物理选择性必修二.pptx

1、磁场对运动电荷的作用力情境导入火力发电站火力发电站 随着人们对环保要求的提高，人们逐渐淘汰了火力发电，转向其他更环保的发电方式，磁流体发电机就是其中一种。那么磁流体发电机的原理是什么呢？1. 复合场复合场一般是指一般是指电场电场、磁场磁场和和重力场重力场并存，或其中两种场并存。并存，或其中两种场并存。2. 带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路（1）正确进行受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注意）正确进行受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注意电场力电场力和和洛伦兹力洛伦兹力的分析。的分析。（2）确定带电粒子的运动状态，注意）确定带电粒子的运动状态，

2、注意运动情况运动情况和和受力情况受力情况的结合。的结合。（3）当带电粒子在复合场中做）当带电粒子在复合场中做匀速直线匀速直线运动时，粒子受力必然平衡，运动时，粒子受力必然平衡，由平衡条件列方程求解由平衡条件列方程求解。带电粒子在复合场中的运动3. 对带电粒子所受重力的分析情况对带电粒子所受重力的分析情况 电子、质子、电子、质子、粒子等一般不计重力，带电小球、尘埃、液粒子等一般不计重力，带电小球、尘埃、液滴等带电颗粒一般要考虑重力的作用。滴等带电颗粒一般要考虑重力的作用。4. 重力、电场力、洛伦兹力做功特点重力、电场力、洛伦兹力做功特点 重力、电场力做功与路径重力、电场力做功与路径无关无关，洛伦

3、兹力始终和运动方向，洛伦兹力始终和运动方向垂直，垂直，永不做功永不做功。带电粒子在复合场中的运动 平行板中电场强度平行板中电场强度E和磁感应强度和磁感应强度B互互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做子选择出来，所以叫做速度选择器速度选择器。速度选择器离离子子源源S S1 1S S2 2B BE E思考：粒子想飞出速度选择器其轨迹是怎样的？ 轨迹是直线思考：物体做直线运动条件是什么？初速度与合外力在同一条直线上速度选择器离离子子源源S S1 1S S2 2B BE E思考：粒子在速度选择器受到哪些力？ 静电力与洛伦兹力思考：粒子若要做直线运

4、动电场力与洛伦兹力需满足怎样条件？ F洛=F静 F洛=Bqv，F静=Eq即：Bqv=Eq速度选择器离离子子源源S S1 1S S2 2B BE E思考：粒子此时做什么运动？ 以 做匀速直线运动1.粒子飞出条件：（1）受力条件：静电力与洛伦兹力大小相等，方向相反。（2）运动条件：做匀速直线运动速度选择器离离子子源源S S1 1S S2 2B BE E一一. .速度选择器：速度选择器：思考：粒子是负电荷能否飞出速度选择器？ 可以注：注：速度选择器只选择速度，而不速度选择器只选择速度，而不选择粒子的质量、正负和电量。选择粒子的质量、正负和电量。 磁流体发电是一项新兴技术，它可以磁流体发电是一项新兴技

5、术，它可以把物体的内能直接转化为电能，右图是它把物体的内能直接转化为电能，右图是它的示意图，平行金属板的示意图，平行金属板A A、B B之间有一个很之间有一个很强的磁场，将一束等粒子体（即高温下电强的磁场，将一束等粒子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，入磁场，ABAB两板间便产生电压。如果把两板间便产生电压。如果把ABAB和用电器连接，和用电器连接，ABAB就是一个直流电源的两就是一个直流电源的两个电极。个电极。思考：思考：正、负离子飞别向哪个极板偏转？正、负离子飞别向哪个极板偏转？正离子向B极板偏转 负离子向A极板偏转 磁流体发电机

6、装置图思考：思考：正、负离子飞向极板后会产生怎样正、负离子飞向极板后会产生怎样的结果？的结果？ 等离子体喷入等离子体喷入磁场磁场 B，正、负离子在洛伦兹力作用，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到下发生上下偏转而聚集到 A、B 板上，产生板上，产生电势差电势差。d原理负负电电荷荷B正电荷正电荷Eq=BqvBqv=Eq电动势：电动势：E源源=Ed=Bdv 此发电机的电动势：（两板距离为此发电机的电动势：（两板距离为d d，磁感应强度为磁感应强度为B B，等离子速度为，等离子速度为v v，电量为，电量为q q）匀速直线运动匀速直线运动思考：思考：粒子最终做什么运动？粒子最终做什么运动？

7、F洛=F静E=Bv磁流体发电机装置图 如图是电磁流量计的示意图，在非磁性如图是电磁流量计的示意图，在非磁性材料做成的圆管道外加一匀强磁场区域，材料做成的圆管道外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁场区域时，当管中的导电液体流过此磁场区域时，导电液体中的自由电荷在洛伦兹力作用下偏转，a、b间出现电势差，测出管壁上的测出管壁上的abab两点两点间的电动势间的电动势U U，就可以知道管中液体的流量，就可以知道管中液体的流量Q-Q-单位时间内流过液体的体积（单位时间内流过液体的体积（m m3 3/s/s）。已知管的直径为已知管的直径为d d，磁感应强度为，磁感应强度为B B，试推，试推出出Q Q

8、与与U U的关系表达式。的关系表达式。电磁流量计电磁流量计思考：思考：导电液体中的自由电荷最终做什么运动？最终做什么运动？匀速直线运动匀速直线运动F洛=F静Bqv=Eq= 得得Q Q-单位时间内流过液体的体积单位时间内流过液体的体积流量：流量：又四、四、 霍耳（霍耳（E.C.Hall)效应效应 在一个通有电流的导体板上，垂直于板在一个通有电流的导体板上，垂直于板面施加一磁场，则平行磁场的两面出现一个面施加一磁场，则平行磁场的两面出现一个电势差，这一现象是电势差，这一现象是18791879年美国物理学家霍年美国物理学家霍耳发现的，称为霍耳效应。该电势差称为耳发现的，称为霍耳效应。该电势差称为霍霍

9、耳电势差耳电势差 。霍耳霍耳 HUdb1V2VmFveFHEBI 霍尔元件BAAIvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvfvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvIAAhdvevBeEAABAAIhdF洛=F静Bev=Ee得E=Bv电势差：U=Eh=Bhv又I=nqSvh导体的横截面积：S=hdSInqV 得：nqhdVI所以dnqdhvBIRBIBUH其中nq1HR称为霍尔系数一、一、速度选择器速度选择器 F洛=F静匀速直线运动匀速直线运动 F洛=F静匀速直线运动匀速直线运动电动势：电动势：E

10、源源=Ed=Bdv三三. .电磁流量计电磁流量计匀速直线运动匀速直线运动 F洛=F静A随堂练习 如图所示，从如图所示，从S处发出的热电子经加速电压处发出的热电子经加速电压U加速后垂直进入相互垂加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转，不考虑电子本直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转，不考虑电子本身的重力。设两极板间电场强度为身的重力。设两极板间电场强度为E，磁感应强度为，磁感应强度为B。欲使电子沿直线。欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是() A适当减小电场强度适当减小电场强度

11、E B适当减小磁感应强度适当减小磁感应强度B C适当增大加速电场的宽度适当增大加速电场的宽度 D适当减小加速电压适当减小加速电压U 解析：要使粒子直线运动，必须满足条件：EqqvB，根据左手定则可知电子所受的洛伦兹力的方向竖直向下，故电子向上极板偏转的原因是电场力大于洛伦兹力，所以为了使粒子在复合场中做匀速直线运动，则要么增大洛伦兹力，要么减小电场力。减小加速电压U，即可以减小速度v，减小洛伦兹力，故D错误；适当减小电场强度，可以减小电场力，故A正确，适当减小磁感应强度，可减小洛伦兹力，故B错误，增大加速电场的宽度，不改变速度v，故C错。A随堂练习如图所示，从如图所示，从S处发出的热电子经加速

12、电压处发出的热电子经加速电压U加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转，不考虑电子本身的重力。设两极板间电场匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转，不考虑电子本身的重力。设两极板间电场强度为强度为E，磁感应强度为，磁感应强度为B。欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措。欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是施，其中可行的是() A适当减小电场强度适当减小电场强度E B适当减小磁感应强度适当减小磁感应强度B C适当增大加速电场的宽度适当增大加速电场的宽度 D适当减小加速电压适当减小加速电压UA 如图所示

13、为实验用磁流体发电机原理图，两板间距如图所示为实验用磁流体发电机原理图，两板间距d d=20cm=20cm，磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度B B=5T=5T，若接入额定功率，若接入额定功率P P=100W=100W的灯泡，正好正的灯泡，正好正常发光，且灯泡正常发光时电阻常发光，且灯泡正常发光时电阻R R=100=100，不计发电机内阻。求，不计发电机内阻。求等离子体的流速。等离子体的流速。随堂练习随堂练习 如图所示为一电磁流量计的示意图，截面为正方形的非磁性管，其边长为d，内有导电液体流动，在垂直液体流动方向加一指向纸里的匀强磁场，磁感强度为B。现测得液体a、b两点间的电势差为 U（ a、b

14、为流量计上下表面的两点），求管内导电液体的流量Q。 随堂练习ab液体dd 如图所示为一电磁流量计的示意图，截面为正方形的非磁性管，其边长为d，内有导电液体流动，在垂直液体流动方向加一指向纸里的匀强磁场，磁感强度为B。现测得液体a、b两点间的电势差为 U（ a、b为流量计上下表面的两点），求管内导电液体的流量Q。 ab液体+_导电液体BE+ +_ _ _ _+ +_ _ _ _Uab随堂练习dd 一种测量血管中血流速度的仪器原理图，如图所示，在动脉血管两侧一种测量血管中血流速度的仪器原理图，如图所示，在动脉血管两侧分别安装电极并加磁场，设血管直径为分别安装电极并加磁场，设血管直径为2mm，磁场的

15、磁感应强感度为，磁场的磁感应强感度为0.080T，电压表测出的电压为，电压表测出的电压为0.10mV，则血流速度大小为多少？，则血流速度大小为多少？随堂练习 解析：解析：血液中有正、负离子，当血液流动时，血液中的正负离血液中有正、负离子，当血液流动时，血液中的正负离子受到洛伦兹力，使血管上、下壁出现等量异号电荷，使血管内又子受到洛伦兹力，使血管上、下壁出现等量异号电荷，使血管内又形成一个电场，当离子所受电场力和洛伦兹力相等时，血液上、下形成一个电场，当离子所受电场力和洛伦兹力相等时，血液上、下两壁间形成稳定电场，存在稳定电压，血液在血管中匀速流动。即两壁间形成稳定电场，存在稳定电压，血液在血管中匀速流动。即