第四节 磁场对运动电荷的作用(课件)-【中职专用】高中物理同步精品课堂（高教版电工电子类）

第四节 磁场对运动电荷的作用 主题六 磁场及其应用 物理（电工电子类） 主题一 运动和力 1 【情境与问题】 图6-4-1 极光 极光（图6-4-1）是一种美丽的自然现象，多出现在靠近南北极的地方。我国最北端的漠河、挪威北部的特罗姆瑟、加拿大北部哈德逊湾等地都可以看到极光。 极光是怎么形成的？为什么多出现在靠近南北极的地方？ 我们知道，通电导线在磁场中要受到安培力的作用，也就是说，磁场对电流有力的作用。而电流是由电荷的定向运动形成的，那么磁场对运动电荷是不是也有力的作用呢？ 2 主要内容 磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力的方向 洛伦兹力的大小 1 2 3 带电粒子在匀强磁场中的运动 4 5 磁偏转 6 回旋加速器 本节我们要学习的主要内容。 3 01 PART 01 磁场对运动电荷的作用 图6-4-2 电子束在磁场中的偏转 将阴极射线管的两端与高压电源相连后，电子将从阴极射出加速飞向阳极。其运动的径迹可以通过激发的荧光来显示，如图6-4-2所示。 【观察与体验】电子束在磁场中的偏转 一、磁场对运动电荷的作用 用条形磁铁的N极靠近玻璃管，如图6-4-2所示，在与电子束速度垂直的方向上增加一个外磁场，再次观察电子束的径迹。 接通电源，在不加外磁场的情况下，观察电子束的径迹。 在没有外加磁场时电子束的径迹呈现什么形状？增加磁场后电子束的径迹发生什么变化？为什么会发生这样的变化呢？ 一、磁场对运动电荷的作用 【思考与讨论】 在阴极射线管中，当电子束从负极向正极运动时，若没有外磁场，电子束在荧光板上显示的径迹是一条直线，当外加磁场后，电子束的径迹发生了弯曲，在荧光板上显示出一条曲线，表明电子束受到了磁场力的作用。 洛伦兹力 理论和实验表明，磁场对运动电荷有力的作用，这个力称为洛伦兹力，是由荷兰物理学家洛伦兹首先提出的。 一、磁场对运动电荷的作用 如果运动电荷不是电子（例如离子），用其它的实验装置仍可以发现磁场对运动电荷有力的作用。 将一段通电导线置于磁场中，导线中每一个做定向移动的自由电荷都会受到洛伦兹力的作用。这些洛伦兹力的矢量和，在宏观上就表现为导线所受的安培力（图6-4-3）。 图6-4-3 安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力的方向如何判定呢？ 即：磁场中通电导线所受的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。 一、磁场对运动电荷的作用 02 PART 02 洛伦兹力的方向 如图6-4-2，保持阴极射线管的位置不变，改变磁场的方向，如用条形磁铁的S极靠近玻璃管，观察电子束的偏转方向。 二、洛伦兹力的方向 【观察与体验】洛伦兹力的方向 保持磁场方向不变，调换阴极射线管左右位置，即让电子束自右向左运动，再次观察电子束的偏转方向。 图6-4-2 电子束在磁场中的偏转 上述实验表明，磁场力的方向可能与 有关。考虑到通电导线所受的安培力是洛伦兹力的宏观表现，你能尝试用判断安培力的方法，来判断电子束的偏转方向吗？ 二、洛伦兹力的方向 【思考与讨论】 与判断安培力的方向一样，洛伦兹力的方向也可以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指和其余四个手指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷运动的方向（图6-4-4a）或负电荷运动的反方向（图6-4-4b），那么，大拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。 （a） （b） 图6-4-4 用左手定则判断洛伦兹力的方向 二、洛伦兹力的方向 【观察与体验】 洛伦兹力的方向 地球磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近，其磁感线分布大致如图6-4-5所示。请根据左手定则判断：当带正电的宇宙微粒垂直于地球表面射向赤道时，会向什么方向偏转? 二、洛伦兹力的方向 【思考与讨论】 图6-4-5 地磁场示意图 地球具有磁场。沿着各个方向射向地球的宇宙高能微粒，大部分在地球磁场的作用（即洛伦兹力的作用）下,轨迹会发生偏转，绕过地球，使地球上的生命免受来自这些微粒的伤害；但仍有一小部分带电微粒，例如平行于磁场方向入射的微粒，会沿着磁感线向南、北两极运动，这部分微粒进入极地大气层时，与大气中的原子、分子发生碰撞，从而发射出不同波长的辐射，这就是美丽的极光。 洛伦兹力的方向可以用左手定则判定，那么它的大小与什么因素有关呢？ 二、洛伦兹力的方向 图6-4-1 极光 03 PART 03 洛伦兹力的大小 如图6-4-2所示，保持其他条件不变，改变磁铁到阴极射线管的距