1.2 磁场对运动电荷的作用力-2023-2024学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第二册）

1.2 磁场对运动电荷的作用力 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？ Teaching Analysis 教学分析 演示：按照右图所示进行实验。 抽成真空的玻璃管左右两个电极分别连接到高压电源两极时，阴极会发射电子。电子在电场的加速下飞向阳极。 1、没有磁场时，观察电子束如何偏转 2、如果在电子束的路径上施加磁场，电子束的径迹是否会发生弯曲？如果改变磁场方向呢？ Teaching Analysis 教学分析 视频：观察电子束在磁场中的偏转 Teaching Analysis 教学分析 电子束在磁场中的偏转 Teaching Analysis 教学分析 1.在电子束的路径上施加磁场，电子束的径迹会发生弯曲 2.改变磁场方向，电子束会向相反方向弯曲 现象： 实验表明：电子束受到磁场的力的作用，径迹发生了弯曲。 运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力(Lorentz force)。通电导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力 的宏观表现。 Teaching Analysis 教学分析 洛伦兹力的方向用左手定则判断 左手定则：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； ①让磁感线从 掌心垂直进入， ②并使四指指向正电荷运动的方向， ③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 Teaching Analysis 教学分析 手掌 垂直磁感线 拇指 正电荷受力方向 四指 正电荷运动方向 正电荷运动方向 负电荷运动的反方向 洛伦兹 Teaching Analysis 教学分析 试判断下列图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向、或带电粒子的电性、或带电粒子的运动方向。 v F洛 F洛 B 垂直于纸面向里运动 B v B v F洛 B + v B v B 洛仑兹力垂直于纸面向外 - F洛=0 F洛=0 安培力 洛伦兹力 I FA v F洛 F洛 F洛 F洛 F洛 F洛 宏观 微观 FA=N·F洛 安培力是洛伦兹力的宏观表现:大量运动电荷受力 洛伦兹力是安培力的微观本质:一个运动电荷受力 Teaching Analysis 教学分析 导线中电流的方向与磁场方向垂直时，安培力的大小为 F=ILB。这种情况下，导线中的电荷定向运动的方向也 与磁场方向垂直。 安培力是洛伦兹力的宏观表现 既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，那么我们是否可以由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式？ Teaching Analysis 教学分析 1.设静止导线中定向运动的带电粒子的速度都是v， 单位体积内的粒子数为n。算出图中一段导线中的粒子数，这就是在时间l内通过横截面S的粒子数。粒子的 电荷量记为q，由此可以算出q与电流i的关系。 洛伦兹力的大小 I=qsvtn/t I=qsvn Teaching Analysis 教学分析 2.写出这段长为vt的导线所受的安培力F。 3.求出每个粒子所受的力，它等于洛伦兹力F洛 。这时， 许多中间量，如n、S、t等都应不再出现。 推导时仍然可以认为做定向运动的电荷是正电荷，所得结果具有普遍性。 F=BIvt=Bqsvnvt F洛=F/vtsn=qvB Teaching Analysis 教学分析 电荷量为q 的粒子以速度v 运动时，如果速度方向与磁感应强度B 的方向垂直，那么粒子受到的洛伦兹力为 F ＝ qvB 问题:若带电粒子不垂直射入磁场,粒子受到的洛伦兹力又如何呢? Teaching Analysis 教学分析 B θ为B和v 之间的夹角 V B⊥ B∥ Teaching Analysis 教学分析 F ＝ qvB F ＝ qvBsin θ Teaching Analysis 教学分析 总结 （1）当v//B时： （2）当 v⊥B时： F洛=qvB F洛=0 （3）当v既不∥B，又不⊥于B时： （分解B或v） F洛=qvBsinθ 单位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T) Teaching Analysis 教学分析 电子束的磁偏转 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。显像管电视机中就应用了电子束磁偏转的原理 电视显像管的工作原理 Teaching Analysis 教学分析 从图中可以看出，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。 Teaching Analysis 教学分析 1.要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应该沿什么方向？ 2.要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向？ 3.要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动，偏转磁