1.3 洛伦兹力（课件）-高二物理同步精品课堂（粤教版2019选择性必修第二册）

1.3 洛伦兹力 新粤教版（2019）高中物理选择性必修第二册 第一章 新课引入 磁场对通电导体有安培力的作用，而导线中的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吗？其作用力的大小和方向有什么规律？ 为什么在地球两极会出现极光现象？ 在如图所示的实验装置中，阴极射线管两端被加上高电压。此时，阴极射线管内形成了一束电子束。 （１）当用无磁性的玻璃棒、橡胶棒靠近阴极射线管时，观察电子束的运动方向是否发生改变． （２）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． 思考并讨论上述实验现象说明了什么. 在如图所示的实验装置中，阴极射线管两端被加上高电压。此时，阴极射线管内形成了一束电子束。 上述实验表明，当没有外磁场时，阴极射线管中的电子束沿直线前进． 当磁场方向与电子束前进方向垂直时，电子束运动径迹发生了弯曲，表明磁场对电子束产生了作用力． 1895年，荷兰物理学家洛伦兹（Ｈ.Ａ.lorentz，1853-1928）公布了磁场对运动电荷的作用力公式． 为了纪念他，人们将磁场对运动电荷产生的作用力称为洛伦兹力（lorentz force）． 洛伦兹力 阴极射线管两端被加上高电压后，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。 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。 洛伦兹力的方向 思考：请问洛伦兹力的方向有何特点？ （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。 洛伦兹力的方向 左手定则： 试判定图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向或带电粒子的运动方向 【课堂练习】 f v v v （e)f洛的方向垂直纸面向外 【情境】如图所示，通电直导线处于磁感应强度大小为B 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I 。导线长度为L ，横截面积为S ，单位体积中含有自由电荷数为n ，每个自由电荷的电量为q ，定向移动的平均速率为v 。 【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？ 利用安培力表达式推导洛伦兹力大小的表达式 【情境】如图所示，通电直导线处于磁感应强度大小为B 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I 。导线长度为L ，横截面积为S ，单位体积中含有自由电荷数为n ，每个自由电荷的电量为q ，定向移动的平均速率为v 。 利用安培力表达式推导洛伦兹力大小的表达式 （4）设每个自由电荷受到的洛伦兹力为f，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f ？ （6）当电荷运动的方向与磁场的方向夹角为θ时，每个自由电荷所受的洛伦兹力又如何表示？ 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θ时，洛伦兹力的大小： 4、安培力是洛伦兹力的宏观表现。 洛伦兹力的大小 洛伦兹力与安培力的区别和联系 洛伦兹力 安培力 区别 洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力 安培力是指通电直导线所受到的磁场力 洛伦兹力不做功 安培力可以做功 联系 ①安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释 ②大小关系：F=Nf(N是导体中定向运动的电荷数) ③方向关系：洛伦兹力与安培力的方向一致，均可用左手定则进行判断 【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1.2×10-4 T，如果有一速率v=5.0×105m/s、电量q=1.