1.2 洛伦兹力 课件-2022-2023学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第二册

第一章 安培力与洛伦兹力 2. 洛伦兹力 教学目标 CONTENT 01 02 03 掌握带电粒子在磁场中的运动情况分析并会计算 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? 实验与探究 探究磁场对运动电荷的作用 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。 磁场对运动电荷的作用 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。 洛伦兹 1853-1928 2. B∥v 时: 洛伦兹力为零 v B F 3. B⊥v v B F sin θ B与v不垂直时 θ 拓展一步: 4. 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。 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 从安培力到洛伦兹力 二 1.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。 2.洛伦兹力的方向也用判断安培力方向的左手定则判定: 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。 3.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 科学书屋: 极光的形成 太阳发射出的带电粒子高速扫过太阳系,形成了“太阳风”。这些带电粒子经过地球时地球的磁场使它们发生偏转。当“太阳风”中的带电粒子进入极地高层大气时,与大气中的原子和分子碰撞并激发,产生光芒,这就是极光。极光出现在北半球时被称为北极光,出现在南半球时被称为南极光。 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 实验与探究: 观察运动电荷在磁场中的轨迹 带电粒子在匀强磁场中的运动 二 励磁线圈 电子枪 玻璃泡 洛伦兹力演示仪 励磁线圈 励磁线圈:在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场。 加速电场:作用是改变电子束出射的速度。 电子枪:射出电子。 不加磁场时 电子束的径迹为一条直线。 演示: 给励磁线圈通电 电子束的径迹为一个圆周。 演示: 保持出射电子的速度不变,增大磁感应强度 增大磁感应强度, 电子束轨道半径减小。 演示: 粒子射入的速度增大, 电子束轨道半径也增大。 演示: 保持磁感应强度不变,增大出射电子的速度 重力不计,电荷在磁场中只受洛伦兹力 洛伦兹力的方向始终与运动方向垂直, 说明洛伦兹力对电荷不做功, 则电荷的速度大小不变, 根据以上,得知:电荷做匀速圆周运动 洛伦兹力大小不变, 且洛伦兹力提供向心力。 知能提升 带电粒子在匀强磁场中的运动 二 电荷做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供 则: 得: 电荷做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供 则: 得: 由圆周运动的周期 得: 周期跟轨道半径和运动速度无关 拓展一步: 带电粒子斜射入匀强磁场时的运动情况 带电粒子以某一角度θ 斜