1.3洛伦兹力 课件-2023-2024学年高二下学期物理教科版（2019）选择性必修第二册

洛伦兹力 极光出现的原理是什么？ 初识洛伦兹力 一 若在阴阳两极间加上一高电压，阴极中的炽热的金属丝发射出的电子束，将在荧光屏上激发出荧光。 阴极 阳极 狭缝 荧光板 电子束 （1）在没有磁场时，观察到什么现象？ 呈直线的电子束 （2）若在电子束的路径上加磁场，可以观察到什么现象？ 电子流在磁场中发生了偏转，运动轨迹发生弯曲 （3）改变磁场的方向，电子在磁场中的受力方向是否改变？ 当磁场的方向发生变化时，电子流的弯曲方向也发生了改变 实验结论： 磁场对运动的电荷有力的作用 1、定义：运动电荷在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力 2、安培力与洛伦兹力的关系 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 安培力 洛仑兹力 磁场对电流的作用 磁场对运动电荷的作用 因 果 微观原因 宏观表现 一、洛伦兹力 洛伦兹力的方向 二 左手定则： 磁感线穿掌心，四指指向电流的方向，大拇指所指的方向就是安培力的方向。 判断安培力的方向 正电荷定向移动的方向 11 手掌 垂直磁感线 四指 正电荷运动方向 拇指 正电荷受力方向 二、洛伦兹力的方向 1、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；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（负电荷运动的反方向），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。 负电荷所受洛伦兹力的方向与正电荷受力方向相反 思考：负电荷的受力方向又是怎么样的？ 13 F既与B垂直又与v垂直，即垂直于B和v所确定的平面，但B与v不一定垂直。 V v1 v2 V B B F + F + 2、洛伦兹力的特点 问：洛伦兹力对带电粒子的运动能起到什么作用？ 洛伦兹力对电荷不做功,只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小。 匀速圆周运动？ 洛伦兹力演示仪 励磁线圈 电子枪 玻璃泡 加速极电压选择档 励磁电流选择档 洛伦兹力演示仪示意图 ②励磁线圈能够在两个线圈之间产生匀强磁场，磁场的方向与两个线圈中心的连线平行。 ①电子枪可以发射电子束 16 （1）洛伦兹力演示仪： ③励磁线圈（亥姆霍兹线圈）： 作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心的连线的匀强磁场 ②加速电场：作用是改变电子束出射的速度 ①电子枪：射出电子 （2）工作原理： 由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光， 显示出电子的径迹。 观察思考：P14 （1）没有磁场时，电子的运动轨迹？ （2）外加一磁场，使电子束垂直射入磁场，它的运动轨迹是怎 样的？逐渐加强磁感应轻度，电子运动轨迹会有什么变化？ （3）改变磁场方方向，电子的运动轨迹？ 思考:在磁场中运动的带电粒子会做什么运动？ 实验结论： 当没有磁场时，电子的运动轨迹是直线； 当外加一个与电子初速度方向垂直的匀强磁场时，电子的运动轨迹是圆周，即电子做匀速圆周运动。 试判断各带电粒子所受洛伦兹力的方向、或电性、或运动方向。 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 例1：将含有大量正、负带电粒子及不带电粒子的气体以一定速度垂直于磁场喷入匀强磁场中，它们在磁场中的运动径迹分成了如图所示的三束，其中②是直线。则(　　) A　①是带正电的粒子 B　②是带正电的粒子 C　③是带正电的粒子 D　③是不带电的粒子 【解析】根据左手定则可知，①是带正电的粒子，A正确；②是不带电的粒子，B错误；根据左手定则可知，③是带负电的粒子，C、D错误。故选A。 A 洛伦兹力的大小 三 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？ 若有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中。 [推导] 这段导体所受的安培力： I 的微观表达式： 这段导体中含有的自由电荷数： 每个自由电荷所受的洛伦兹力大小 ： F=BIL I=nqsv N=nLs 问题：若带电粒子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢？ 为B和v之间的夹角 v B11 B ┴ v v v11 ┴ θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角： ①当θ＝90°时，v⊥B，sin θ＝1，F＝qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大。 ②当v∥B 时，θ＝0°，sin θ＝0，F＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力。 ③当θ≠0°，F洛＝qvBs