1.2 磁场对运动电荷的作用力-2021-2022学年高二物理精品课件（2019人教版选择性必修第二册）

第一章 安培力与洛伦兹力 1.2 磁场对运动电荷的作用力 我们知道，磁场对通电导线有作用力；我们还知道，带电粒子的定向移动形成了电流。那么，磁场对运动电荷有作用力吗？如果有，力的方向和大小又是怎样的呢？ 阴极射线管——观察电子束运动轨迹的装置 电子束 狭缝 荧光屏 阴极 阳极 情景引入 观察电子束在磁场中的偏转（阴极射线管、 ） 实验现象： 在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。 结论：磁场对运动电荷有作用力——洛伦兹力。 蹄形磁体 演 示 一、洛伦兹力的方向 洛伦兹力(Lorentz force) 1、定义：运动电荷在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力。 2、洛伦兹力的方向： F v F v 一、洛伦兹力的方向 B v F洛 洛伦兹力垂直于B垂直于v， 即垂直于Bv所在的平面 实验表明运动的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向，与运动方向和磁感应强度的方向都垂直。 B v F洛 可用什么简洁的方法体现这三者方向关系呢？ 一、洛伦兹力的方向 洛伦兹力的方向-------左手定则 v v 伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内。 若为负电荷 F F 把手放入磁场中，让磁感线穿过手心，四指指向正电荷运动的方向。 拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向。 四指指向负电荷运动的反方向 那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向 v F洛 v F洛 B v B B B v A B C D 【例题1】试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向. F洛=0 F洛=0 B v B v E F F垂直于 纸面向外 F垂直于 纸面向外 典例解析 I F安 F洛 安培力 洛伦兹力 宏观 微观 F安=N·F洛 安培力是导体中所有运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现 安培力大小等于各个自由电荷所受洛伦兹力的合力 - - - - - - - - - - - - 思考与讨论 （1）通电导线中的电流 （2）通电导线所受的安培力 （3）这段导线内的自由电荷数 （4）每个电荷所受的洛伦兹力 设有一段长为L，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率为 v。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求： 思考与讨论 电荷量为q的粒子以速度v进入磁感应强度为B的磁场中，如图所示。则粒子所受的洛伦兹力： 二、洛伦兹力的大小 v B11 B v v11 (B、v)成θ角 ┴ ┴ θ为B与v正方向的夹角 F洛 = qvBsin θ θ=0时 平行：F洛＝0 θ=90时 垂直：F洛 = qvB 洛伦兹力 性质 产生 条件 方向 大小 做功 情况 洛伦兹力 与电场力比较 磁场对在其中运动的电荷 有作用力 v≠0，且v不与B平行 左手定则 F⊥Bv平面 F洛 = qvBsin θ 一定不做功 电场力 电场对放入其中的电 荷有作用力 电场中的电荷无论静止，还是运动都要受到电场力 正电荷受力方向与电场方向一致，负电荷受力方向与电场方向相反 F＝qE 可能做正功，可能做负功，也可能不做功 要点总结 三、电子束的磁偏转 洛伦兹力的方向与粒子的运动速度方向垂直，当粒子在磁场中运动时，因受到洛伦兹力的作用，就会发生偏转。显像管电视机中就应用了电子束磁偏转的原理。 从图中可以看出，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。 1、如果要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应该沿什么方向? 垂直纸面向外 2、如果要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向？ 垂直纸面向里 3、若要电子束由A点向B点逐渐移动，偏转磁场应该怎么变化？ 偏转磁场应该先垂直纸面向外逐渐减小，然后垂直纸面向里并逐渐变大 思考与讨论 实际上，在偏转区水平方向和竖直方向都有偏转磁场。这样光点就可以移动，这技术叫扫描。 电子束从最上一行到最下一行扫描一遍，叫做一场，电视机每秒要进行50场扫描，由于人的“视觉暂留”，我们感觉到整个屏幕都在发光。 思考与讨论 【例题2】在图所示的平行板器件中，电场强度E和感应强度B相互垂直。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。试证明带电粒子具有 速度时，才能沿着图