5.2 洛伦兹力（1）洛伦兹力的大小和方向 课件-2022-2023学年高二下学期物理沪科版（2020）选择性必修第二册

第五章 磁场 选修系列 第二节 洛伦兹力（1） 洛伦兹力的大小和方向 1 弯曲的极光 流星的轨迹是直线型的 都是天上的美景，是什么导致了它们的轨迹不同 前文回顾 宏观 电流 安培力 安培力是磁场对通电导体的作用力 电流是由于电荷的定向运动而形成的 磁场 运动电荷 有力的作用 有力的作用 安培力 洛伦兹力 微观 宏观 微观 通电导线受到安培力的实验 安培力的方向 左手定则 极光的发生是由于太阳带电粒子流（太阳风）进入地球磁场 实验室可以完成吗 阴极金属 阴极射线管原理图 阳极金属 荧光屏 狭缝 - + 狭缝 阴极射线管实物图 阴极发出的电子在电场加速下形成的电子流 阴极射线： 阴极射线在磁场会偏转吗？也遵循左手定则吗？ 阴极射线在磁场会偏转吗？ 也遵循左手定则吗？ 会受到磁场力的作用。 运动电荷在磁场中所受到力称为洛伦兹力 电子流向右运动 电流向左运动 F I B 遵循左手定则 做两个题目 安培力的大小： F = BIL sinθ 科学家发现：在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时，安培力 F 最大，其大小跟磁感应强度 B、电流 I 和垂直于磁场方向的直导线的长度 L 都成正比。即 洛伦兹力的大小 宏观 电流 运动电荷 微观 安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力是安培力的微观本质 洛伦兹力的大小 I F安 L 金属导体内运动的电子受到洛伦兹力的作用，与导体内正离子发生碰撞，导致其动量变化。 电子在洛伦兹力作用下的动量变化会传递给导线 动量的变化率就是作用力。 导线便受到侧向力的作用，这就是通电导线在磁场中所受的力，即安培力 一段导线里所有运动电子所受的洛伦兹力的总和在数值上应与该段导线所受的安培力相等。 f洛 f洛 f洛 f洛 f洛 f洛 S 在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，垂直于磁场方向放入一段长为 L = vt，截面积为 S 的通电导线。设每单位体积的导线中有 n 个自由电子，每个电子的电荷量是 e，电子定向移动的速度是 v。 根据电流的微观表达式： 安培力和洛伦兹力的关系： 这段导体中运动电子的总数： 安培力公式： 定义： 洛伦兹力 运动电荷在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力 方向： 洛伦兹力的方向也可以用左手定则来判断 大小： 实验和理论都表明，电荷量为 q 的粒子以速度 v 定向移动时，如果电荷运动方向与磁场B方向垂直，那么带电粒子所受的洛伦兹力大小为 即电荷垂直于磁场方向运动时，磁场对运动电荷的作用力 f 洛的大小等于电荷量 q、速率 v 和磁感应强度 B 三者的乘积。 示例1 对下列各图中带电粒子所受洛伦兹力的方向或带电粒子的带电性判断错误的是( ) A.洛伦兹力 方向竖直向上 B.洛伦兹力方向垂直纸面向里 C.粒子带负电 D.洛伦兹力方向垂直纸面向外 C 变式1 如图所示，一带负电荷的滑块从粗糙的绝缘斜面的顶端，由静止状态开始滑至底端时速度为v。若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，则它滑至底端时的速率与v相比(　　) A．不变　 B．变大 C．变小 D．不能确定 C θ × × × × × × × × × × × × B × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × 示例 如图所示，一束粒子包含有质子（带正电）、电子（带负电）和光子（不带电）三种粒子。粒子束中的粒子沿水平向右的方向射入垂直纸面向里的匀强磁场中。请分析并描述粒子束进入匀强磁场后的偏转情况。 粒子束进入匀强磁场 质子（带正电） 电子（带负电） 光子（不带电） 粒子束内的光子不带电，不受磁场的任何影响。 质子和电子带有电荷，会受洛伦兹力作用。 粒子束内的质子带正电，由左手定则可知所受洛伦兹力向上 所以射入匀强磁场后质子束向上偏转 粒子束内的电子带负电，使用左手定则时，四指方向应与电子运动方向相反 可判定电子束进入匀强磁场后向下偏转 14 极光出现于星球的高磁纬地区上空,是一种绚丽多彩的发光现象。而地球的极光，来自地球磁层和太阳的高能带电粒子流(太阳风)使高层大气分子或原子激发(或电离)而产生。 极光产生的条件有三个：大气、磁场、高能带电粒子，这三者缺一不可。 为什么极光一般出现在高纬度地区？ 低纬度的地区的高能带电粒子流还没有到达地球表面就已经受到洛伦兹力从而偏离地球。 15 例题2 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 ×10－4T， 如果有一速率v=5.0 ×105m/s、电量 q=1.6 ×10－19 C 的质子竖直向