1.2 磁场对运动电荷的作用力（同步课件）-【上好课】2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第二册）

sssss 主讲人：LWH 第2节 磁场对运动电荷的作用力 第1章 QQ:419561425 SZ-LWH 1 1、磁场对通电导线的作用力——安培力 电流是如何形成的？ 2、对于磁场中的运动电荷，你能够想到什么？ 磁场可能对运动电荷有力的作用。 电荷的定向移动形成的 问题探讨 SZ-LWH Sz-lwh Qq:419561425 你知道极光是怎么形成的吗？ 问题探讨 SZ-LWH Sz-lwh Qq:419561425 目 录 CONTENTS 洛伦兹力的方向 01 洛伦兹力的大小 02 电子束的磁偏转 03 SZ-LWH Sz-lwh Qq:419561425 4 01 洛伦兹力的方向 SZ-LWH 5 演示实验： 观察电子束在磁场中的偏转 SZ-LWH 一、洛伦兹力的方向 Sz-lwh Qq:419561425 实验观察到的现象： 1、没磁场，沿直线运动 2、电子流在磁场中发生了偏转，运动轨迹发生弯曲 结论：磁场对运动电荷有力的作用 磁场对运动电荷的作用力——洛伦兹力 实验探究 SZ-LWH 一、洛伦兹力的方向 Sz-lwh Qq:419561425 洛伦兹——“我们时代最伟大最尊贵的人”。 　 荷兰物理学家，电子论的创始人、相对论中洛伦兹变换的建立者，并因在原子物理中的重要贡献（塞曼效应）获得第二届（1902年）诺贝尔物理学奖。 1、洛仑磁力：磁场对运动电荷的作用力 SZ-LWH 一、洛伦兹力的方向 Sz-lwh Qq:419561425 【问题】 洛伦兹力的方向如何判定的？ 【推理与猜想】 1.安培力是洛伦兹力的宏观表现。 2.洛伦兹力是安培力的微观本质。 3.洛伦兹力跟安培力一样，遵守左手定则。 SZ-LWH 一、洛伦兹力的方向 Sz-lwh Qq:419561425 F v F v 2、探究洛伦兹力的方向 SZ-LWH 一、洛伦兹力的方向 Sz-lwh Qq:419561425 1、左手定则：伸开左手，使拇指和其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，这时拇指所指的方向就是该电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。 二 洛伦兹力的方向-------左手定则 SZ-LWH 一、洛伦兹力的方向 Sz-lwh Qq:419561425 V v1 v2 V B B F + F + 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. 探究讨论: SZ-LWH 一、洛伦兹力的方向 Sz-lwh Qq:419561425 总结点拨 1、安培力与洛伦兹力的关系 2、洛伦兹力的方向判定—左手定则 磁感线——穿入手心 四指—— ①指向正电荷的运动方向 ②指向负电荷运动的反向 大拇指——所受洛伦兹力的方向 B v F洛 B v F洛 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 SZ-LWH 一、洛伦兹力的方向 Sz-lwh Qq:419561425 × × × × × × × × × + V V - V 垂直纸面向里 F F=0 例1、试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向. SZ-LWH 一、洛伦兹力的方向 Sz-lwh Qq:419561425 例2.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 A SZ-LWH 一、洛伦兹力的方向 Sz-lwh Qq:419561425 A.洛伦兹力方向坚直向下 B.洛伦兹力方向垂直于纸面向外 C.粒子带正电 D.洛伦兹力方向垂直于纸面向外 √ √ 1.（多选）下列关于图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向或带电粒子的电 性的判断正确的是( ) SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 2.(2023·天津崇化中学期末)下列有关通电导线和运动电荷受到磁场给他们 的作用力方向的判断正确的是 ( ) A.&5& B.&6& C.&7& D.&8& √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 02 洛伦兹力的大小 SZ-LWH 18 思考讨论： v v 【问题】 安培力是洛伦兹力的宏观表现，那如何推导洛伦兹力大小的公式？ SZ-LWH 二、洛伦兹力的大小 Sz-lwh Qq:419561425 19 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 理论推导 SZ-LWH 二、洛伦兹力的大小 Sz-lwh Qq:419561425 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 ┴ SZ-LWH 二、洛伦兹力的大小 Sz-lwh Qq:419561425 洛伦兹力的大小： F＝qvB sin θ，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当电荷相对磁场静止时（v =0）: F洛＝0，即相对磁场静止电荷不受洛伦兹力 总结点拨 SZ-LWH 二、洛伦兹力的大小 Sz-lwh Qq:419561425 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 SZ-LWH 二、洛伦兹力的大小 Sz-lwh Qq:419561425 3.下列说法正确的是( ) A.电荷在电场中一定受到电场力的作用，在磁场中一定受到洛伦兹力的作用 B.同一电荷所受电场力大的地方，该处电场强度一定强 C.同一电荷所受洛伦兹力大的地方，该处磁感应强度一定强 D.电场强度为0的地方，电势也一定为0 √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 4.下列说法正确的是( ) A.在电场中，电荷所受电场力为零的点，电场强度 也一定为零 B.在电场中，电荷电势能为零的点，电场强度 也一定为零 C.在磁场中，运动电荷所受洛伦兹力为零的点，磁感应强度 也一定为零 D.在磁场中，所受安培力为零的通电直导线所在直线上，磁感应强度 也 一定处处为零 √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 5.（多选）如图所示，用细线吊一个质量为 的带电绝缘小球，小球处于 匀强磁场中，空气阻力不计。小球分别从 点和 点向最低点 运动，当 小球两次经过 点时 ( ) A.小球的动能相同 B.细线所受的拉力相同 C.小球所受的洛伦兹力相同 D.小球的向心加速度大小相同 √ √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 03 电子束的磁偏转 显像管 SZ-LWH 27 1.主要构造: 电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏组成 显像管 2.应用：电视显像管 SZ-LWH 三、电子束的磁偏转 Sz-lwh Qq:419561425 【思考与讨论】 （1）要使电子打在A点,偏转磁场应该沿什么方向? （2）要使电子打在B点,偏转磁场应该沿什么方向? 垂直纸面向外 垂直纸面向里 （3）要使电子从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该怎样变化？ 先垂直纸面向外并逐渐减小,后垂直纸面向里并逐渐增大. SZ-LWH 三、电子束的磁偏转 Sz-lwh Qq:419561425 2．原理：(1)电子枪发射电子． (2)电子束在磁场中偏转． (3)荧光屏被电子束撞击时发光． 3．在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动． SZ-LWH 三、电子束的磁偏转 Sz-lwh Qq:419561425 在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点就像如图所示那样不断移动，这在电视技术中叫做扫描。 电子束在荧光屏上扫描一行之后，迅速返回（虚线），再做下一行扫描，直到荧光屏的下端,叫做一场，电视机中每秒要进行50场扫描，由于人的“视觉暂留”，我们感到整个荧光屏都在发光． 4、电视显像管的工作原理 SZ-LWH 三、电子束的磁偏转 Sz-lwh Qq:419561425 拓展应用：速度选择器 1、正交的匀强电场和匀强磁场的区域，带电粒子能沿直线匀速通过，这个区域叫做速度选择器. 2、条件是：带电粒子所受的洛伦兹力和电场力平衡.即qvB=qE，其选择出的速度v=E/B. qvB qE qvB qE SZ-LWH 三、电子束的磁偏转 Sz-lwh Qq:419561425 3、正负电荷都能以速度v=E/B从左向右沿直线匀速通过速度选择器. 4、速度选择器不仅选择速度的大小而且选择速度的方向.但是速度选择器与粒子电性和电荷量以及质量无关。 SZ-LWH 三、电子束的磁偏转 Sz-lwh Qq:419561425 拓展应用：磁流体发电机 1、将一束等离子体喷射入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压. 2、最终达到平衡：带电粒子所受的洛伦兹力和电场力平衡.即qvB=qU/d，其产生的电动势：E=Bvd. SZ-LWH 三、电子束的磁偏转 Sz-lwh Qq:419561425 6.下列说法正确的是( ) A.安培力和电场力的方向均可用左手定则判断 B.电荷所受电场力一定与该处电场方向在同一直线上，电荷所受的洛伦兹力一定与磁场方向垂直 C.电荷在电场中一定受电场力作用，电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用 D.安培力和洛伦兹力本质上都是磁场对运动电荷的作用，安培力可以对通电导线做功，洛伦兹力对运动电荷也做功 √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 7.(2023·天津南开中学期末)（多选）初速度为 的电子，沿 平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子初 速度方向如图，则( ) A.电子将向左偏转 B.电子将向右偏转 C.电子所受洛伦兹力变小 D.电子所受洛伦兹力大小不变 √ √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 8. 如图所示是电视机显像管的结构示意图.通常要求磁铁要远离电视机，是因为________________________________________________________________________________________；如果磁铁的N极从下方靠近显像管，则显像管上的光斑将会__________________(正对显像管屏幕观察). 磁铁的磁场会对显像管内电子束产生影响,使电子束偏离原来的正常轨迹,从而使得图像或颜色畸变 向荧光屏右侧偏移 解析:磁铁的磁场会对显像管内电子束产生影响,使电子束偏离原来的正常轨迹,从而使得图像或颜色畸变.再根据左手定则可以判定电子的轨迹会向纸面内偏移. SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 课堂小结 一. 洛伦兹力的方向：左手定则 二. 洛伦兹力的大小： （θ为B与v夹角） （B⊥v） 三. 电子束的磁偏转 SZ-LWH Sz-lwh Qq:419561425 谢谢各位的聆听！ QQ：419561425 SZ-LWH Sz-lwh Qq:419561425 39 星之所在 初音未来 Other 132264.0 $$