1.2 磁场对运动电荷的作用力 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第一章 安培力与洛伦兹力 2. 磁场对运动电荷的作用力 教学目标 CONTENT 01 02 03 了解电子束的磁偏转的应用 会推导洛伦兹力的大小计算公式并会应用 掌握左手定则判断洛伦兹力的方向 2 新课引入 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? 你知道极光是怎么形成的吗？ 演示实验： 观察电子束在磁场中的偏转 结论：没有磁场时，电子束呈一条直线。如果在电子束的路径上施加磁场，电子束的径迹会发生弯曲。改变磁场方向，电子束会反向弯曲。 洛伦兹力的方向 一 知能提升 1. 洛伦兹力 运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。 2. 洛伦兹力和安培力的关系 通电导线在磁场中受到的安培力，实际 上是在导线中定向运动的电荷所受到的洛 伦兹力的宏观表现。 洛伦兹 1853-1928 3. 洛伦兹力的方向 洛伦兹力的方向可以依照左手定则判定： 伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内； 让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷运动的方向， 这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。 负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。 4. 对洛伦兹力方向的理解 （1）决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷的电性（正、负）、速度方向、磁感应强度的方向。 （2）在研究电荷的运动方向与磁场方向垂直的情况时，由左手定则可知，洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即洛伦兹力垂直于 v 和 B 两者所决定的平面。 当电荷电性一定时，其他两个因素中，如果 只让一个因素相反，则洛伦兹力方向必定相反；如果同时让两个因素相反，则洛伦兹力方向将不变。 B v F B v F 正电荷 负电荷 B v F B F v （3）由于洛伦兹力的方向总是跟运动电荷的速度方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功，洛伦兹力只能改变电荷速度的方向，不能改变速度的大小。 即洛伦兹力永不做功！ B v F B v F 正电荷 负电荷 B v F B F v 思考与讨论： 如何由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式？ 根据 得 当电流方向与磁场方向夹角为 90º 时， 二式联立得： 设每一个电荷受到的洛伦兹力为 F洛， 这段导体含有的电荷总数为 nlS，则 洛伦兹力的大小 二 知能提升 v B F 1.B⊥v v B F sin θ 2.B与v不垂直 θ 3. 对洛伦兹力大小的理解 （1）当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，如图所示，电荷所受洛伦兹力最大， 即 （2）当电荷的运动方向与磁场方向平行时， （3）当电荷静止时，洛伦兹力为零，即静止电荷不受洛伦兹力。 4. 洛伦兹力与静电力的比较 洛伦兹力 静电力 力的概念 磁场对放入其中的运动 电荷的作用 电场对放入其中的电荷的作用 产生条件 磁场中的运动电荷，且运动方向与磁场方向不共线时，电荷受到洛伦兹力 电场中的电荷无论是静止还是沿任意方向运动都要受到静电力的作用 方向 由左手定则来判断 正电荷受力方向与电场方向相同，负电荷则相反 大小 做功情况 一定不做功 可能做正功，可能做负功，也可能不做功 电子束的磁偏转 三 知能提升 1. 电子束的磁偏转的应用 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。显像管电视机就应用了电子束 磁偏转的原理。 显像管电视机 2. 显像管的构造 如图所示，由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。 3. 显像管的工作原理 （1）电子枪发射电子。 （2）偏转线圈产生磁场。 （3）电子束在偏转线圈产生的磁场中偏转。 （4）荧光屏被电子束撞击发光。 4. 扫描 在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。如图所示。 电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场，电视机中的显像管每秒要进行50场扫描，所以我们感到整个荧光屏都在发光。 电子束在荧光屏上扫描 拓展应用：速度选择器 1、正交的匀强电场和匀强磁场的区域，带电粒子能沿直线匀速通过，这个区域叫做速度选择器. 2、条件是：带电粒子所受的洛伦兹力和电场力平衡.即qvB=qE，其选择出的速度v=E/B. qvB qE qvB qE 拓展应用