1.2 磁场对运动电荷的作用力 课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

1.2 磁场对运动电荷的作用力 学习目标 1.通过实验探究，感受磁场对运动电荷有力的作用。　 2.知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。　 3.掌握洛伦兹力公式的推导过程，会用公式分析求解洛伦兹力。 4.了解带电粒子在匀强磁场中的运动规律。 5.掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式和周期公式及应用。 导入 太阳发射出的带电粒子以300～1000 km/s的速度扫过太阳系，形成“太阳风”。这种巨大的辐射经过地球时，为什么不能直射地球？ 内容讲解 一、洛伦兹力的概念 思考 观察阴极射线在磁场中的偏转，在没有外磁场时，电子束______________；蹄形磁体靠近电子射线管，发现电子束运动轨迹______________。 运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。 呈一条直线 发生弯曲 一、洛伦兹力的概念 1.定义：磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力。 2.公式： 3.单位：电荷量q —— 库伦（C） 速度v —— 米每秒（m/s） 磁感应强度B —— 特斯拉（T） 洛伦兹力f —— 牛顿(N)。 二、洛伦兹力的大小 4.运动电荷的速度v的方向与磁感应强度B的方向的夹角为θ 洛伦兹力 f＝qvBsinθ 特例： （1）θ=0°或θ=180°时，洛伦兹力为0，即：f=0。 （2）θ=90°时，洛伦兹力最大，即：f=qvB。 （3）当v=0，即电荷在磁场中静止时：F=0。 二、洛伦兹力的大小 1．推导过程： 截取一段长度l=vt的导线， 导线中所含的自由电子数 在时间内，通过导线横截面的电荷量 通过导线的电流 这段导线所受到的安培力 每个自由电子所受到的洛伦兹力 三、洛伦兹力的方向 注意：用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时，应注意将四指指向负电荷运动的反方向。 左手定则： 伸开左手，拇指与其余四指垂直，且都与手掌处于同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。 三、洛伦兹力的方向 四、洛伦兹力与安培力 3．洛伦兹力与安培力的关系： 四、洛伦兹力与安培力 （1）安培力实际上是洛伦兹力的宏观表现 （2）洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化。 （3）无论磁感应强度B的方向与电荷运动的速度方向是否垂直，洛伦兹力的方向一定垂直于B和v所决定的平面。 （4）洛伦兹力只改变电荷的运动方向,不改变电荷速度的大小。 （5）洛伦兹力永远不做功，但安培力可以做功。 4．洛伦兹力的特点： 五、带电粒子在匀强磁场中的运动特点 电子枪 加速电压 励磁电流 励磁线圈 S N 五、带电粒子在匀强磁场中的运动特点 （1）不加磁场 现象： 电子束沿直线运动。 （2）施加垂直于纸面的磁场 现象： 电子束做圆周运动 演示实验： （3）不垂直射入磁场 现象： 螺旋式运动 （4）速度不变，磁感应强度增大 （5）磁感应强度不变，速度增大 现象：电子束圆周运动的半径减小。 现象：电子束圆周运动的半径变大。 演示实验： 五、带电粒子在匀强磁场中的运动特点 说明：带电粒子的重力不计 （1）v∥B （2）v⊥B （3）斜射入磁场 匀速直线运动 匀速圆周运动 螺旋式前进 五、带电粒子在匀强磁场中的运动特点 (1)半径 (2)周期 结论：同一个粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度无关。 五、带电粒子在匀强磁场中的运动特点 例题分析 六、例题分析 例1.试判断图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向，其中垂直于纸面指向纸里的是(　　) A　　　 B　　　 C　　　　D 解析：根据左手定则可以判断，选项A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下；选项B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上；选项C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸外；选项D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里，D正确。 答案：D　 D 六、例题分析 例2.质量和电荷量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是(　　) A．M 带负电，N 带正电 B．M 的速率小于N 的速率 C．洛伦兹力对M、N 做正功 D．M 的运行时间大于 N的运行时间 A 六、例题分析 例3.如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外，质量为m、带电荷量为q的小球在倾角为α的光滑斜面上由静止开始下滑。若带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为零，问：