1.3洛伦兹力 课件（含视频）-2021-2022学年【新教材】粤教版（2019）高二物理选择性必修第二册

第一章 磁场 第三节 洛伦兹力 粤教版 选择性必修第二册 如图所示，通电直导线与匀强磁场互相垂直。甲、乙、丙分别标明了电流、磁感应强度和安培力三个量中的两个量的方向，试画出第三个量的方向。 若已知图乙中，磁感应强度 T，导线长 cm， A，则导线所受安培力的大小是多少？ 猜想：磁场对电流有力的作用，而电流是由电荷定向移动形成的，那么，磁场对运动电荷会产生力的作用。 【观察与思考】在如图所示的实验装置中，阴极射线管两端被加上高压电。此时，阴极射线管内形成了一束电子束。 当蹄形磁铁（或条形磁铁）靠近阴极射线管，使磁场方向与电子束前进方向垂直时，观察电子束运动方向是否发生改变？ 上述实验现象说明了什么？ 洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的力。 现象：电子束受到磁场的力的作用，径迹发生了弯曲。 1895年，荷兰物理学家洛伦兹公布了磁场对运动电荷的作用力公式。 【实验与探究】阴极射线管两端被加上高压电后，阴极射线管中的电子沿直线前进。改变磁铁方向即改变磁场方向，观察不同情况下电子偏转方向，并将实验结果记入表中。 磁场方向 电子运动方向 电子偏转方向 ⊖ ⊖ 结论： （1）电子偏转方向与磁场方向、电子运动方向有关； （2）当运动电荷的速度方向与磁场方向平行时，运动电荷不受洛伦兹力； （3）当运动电荷的速度方向与磁场方向垂直时，运动电荷受到洛伦兹力，其方向既与磁场方向垂直，又与速度方向垂直。 一、洛伦兹力的方向 洛伦兹力方向的判断方法： 左手定则：伸开左手，使大拇指与四指垂直，且都与手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿过手心，并使四指指向正电荷的运动方向，这时大拇指所指方向就是正电荷在该磁场中所受洛伦兹力的方向。 （1）在用左手定则判断运动的电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向时，对于正电荷，四指指向电荷的运动方向；但对于负电荷，四指应指向电荷运动的反方向。 （2）洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向和磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动方向与磁场方向所决定的平面。 练习：试判断图所示的带电粒子刚进入磁场时所受到的洛伦兹力的方向。 情境：如图所示，通电直导线处于磁感应强度大小为 的匀强磁场中，导线中电流方向与磁场方向垂直，电流强度为 。导线长度为 ，横截面积为 ，单位体积中含有自由电荷数为 ，每个自由电荷的电量为 ，定向移动的平均速率为 。 【思考问题】 （1）导线受到的安培力多大？ （2）导线中自由电荷的总数是多少？总电量是多少？ （3）导线中的电流如何计算？ 情境：如图所示，通电直导线处于磁感应强度大小为 的匀强磁场中，导线中电流方向与磁场方向垂直，电流强度为 。导线长度为 ，横截面积为 ，单位体积中含有自由电荷数为 ，每个自由电荷的电量为 ，定向移动的平均速率为 。 （4）设每个自由电荷受到的洛伦兹力为 ，则安培力与洛伦兹力之间有什么关系？ （5）如何表示每个自由电荷受到的洛伦兹力 ？ （6）当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为 时，每个自由电荷所受的洛伦兹力又如何表示？ 二、洛伦兹力的大小 1、当电荷在垂直于磁场的方向上运动时，洛伦兹力的大小： 3、洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向垂直，因此洛伦兹力不做功。 2、当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为 时，洛伦兹力的大小： 4、安培力是洛伦兹力的宏观表现。 例题：如图所示，来自太阳和其他星体的宇宙射线含有大量高能带电粒子，幸好由于地磁场的存在而改变了这些带电粒子的运动方向，使很多带电粒子不能到达地面，避免了其对地面上生命的危害。已知北京上空某处由南指向北的磁感应强度为 T，如果有一速率 m/s、电量 C的质子竖直向下运动穿过此处的地磁场。 （1）此时该质子受到的洛伦兹力是多大？向哪个方向偏转？ （2）在地球两极出地磁场方向可近似认为垂直于地面，在赤道出地磁场方向可近似认为有地理南极指向地理北极。那么，地球两极处和赤道处相比，哪个区域地磁场对高能带电粒子的阻挡效果更好？为什么？ $