5.2 洛伦兹力 课件-2024-2025学年高二下学期物理沪科版（2019）选择性必修第二册

第五章 磁场 5.2 洛伦兹力 选择性必修二 1 目录 2 3 4 洛伦兹力的方向 洛伦兹力的大小 洛伦兹力的应用 巩固提升 新课导入 你知道绚丽的极光是怎么形成的吗？ 复习回顾 安培力 磁场对电流的作用力 电流是如何形成的？ 电荷的定向移动形成电流 洛仑兹力 磁场对运动电荷的作用力 实验验证：磁场对运动电荷的作用力 因 果 微观解释 宏观表现 现象：电子束在磁场中会发生偏转 说明：磁场对运动的电子有力的作用 磁场对电流有安培力的作用，根源在于磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用，（因果关系） 安培力是作用在导线内所有运动电荷上的洛伦兹力导致的宏观表现。 洛伦兹力的方向 壹 洛伦兹力的方向 左手定则 安培力 洛仑兹力 微观解释 宏观表现 左手定则 伸开左手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面里 把左手放入磁场中，让磁感线穿过掌心，使四指指向正电荷运动方向 这时大拇指所指的就是洛伦兹力的方向 【说明】 ①若运动电荷是正电荷，四指跟运动电荷方向＿＿； ②若运动电荷是负电荷，四指跟运动电荷方向＿＿。 相同 相反 磁感线 四 指 大拇指 穿手心 电流方向 洛伦兹力方向 洛伦兹力的方向 左手定则 磁感线 四 指 大拇指 穿手心 电流方向 洛伦兹力方向 洛伦兹力与速度方向互相＿＿， 洛伦兹力只改变速度的＿＿，不改变速度的＿＿， 洛伦兹力对电荷＿＿＿。 垂直 方向 大小 不做功 洛伦兹力的方向 左手定则 实验验证 洛伦兹力的大小 贰 洛伦兹力的大小 安培力是洛伦兹力的宏观体现 洛伦兹力是安培力的微观解释 我们可以由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式 洛伦兹力的大小 - - - - - - - - - - - - I=nqsv N=nLs 每个自由电荷所受的洛伦兹力大小 ： F=BIL （I与B垂直） I F安 F洛 安培力 洛伦兹力 F安=N·F洛 （v与B垂直） 洛伦兹力的大小 若运动电荷速度方向与磁场方向不垂直，所受洛伦兹力该如何计算 ？ v B11 B ┴ v v v11 ┴ 洛伦兹力的大小 计算公式 洛伦兹力： 当v⊥B时,则f洛 =＿＿＿ 当v∥B或v=0时，则 f 洛=＿＿ （1）运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力 （2）静止电荷不受洛伦兹力 当v与B的夹角为任意角度θ时，则f 洛=＿＿＿＿＿ qvBsinθ qvB 0 洛伦兹力 和 安培力 的区别和联系 区别 研究对象 洛伦兹力是指＿＿＿＿＿＿运动时所受的磁场力，而安培力是指＿＿＿＿所受到的磁场力 做功情况 洛伦兹力＿＿＿＿，而安培力＿＿＿＿＿ 联系 意义 洛伦兹力是安培力的＿＿＿＿，而安培力是洛伦兹力的＿＿＿＿ 大小 ＿＿＿＿，其中N是导体中定向运动的总电荷数 方向 洛伦兹力与安培力的方向＿＿，均可用＿＿＿＿进行判断 单个带电粒子 通电导线 恒不做功 可以做功 微观解释 宏观表现 F安＝Nf洛 一致 左手定则 洛伦兹力 和 电场力 的区别和联系 比较项目 洛伦兹力f洛 电场力F 性　　质 产生条件 大　　小 磁场对在其中运动电荷的作用力 v≠ 0且v不与B平行 电场中的电荷一定受到电场力作用 f洛 ＝qvB(v⊥B) F ＝qE 力方向与场方向的关系 做功情况 力为零时 场的情况 作用效果 一定是f洛⊥B，f洛⊥v 正电荷与电场方向相同，负电荷与电场方向相反 任何情况下都不做功 可能做正功、负功或不做功 f洛为零，B不一定为零 F为零，E一定为零 只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小 既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向 电场对放入其中电荷的作用力 洛伦兹力的应用 叁 如图所示，来自太阳和其他星体的宇宙射线含有大量高能带电粒子，幸好由于地磁场的存在而改变了这些带电粒子的运动方向，使很多带电粒子不能到达地面，避免了其对地面上生命的危害。已知北京上空某处由南指向北的磁感应强度为 1.2 ×10－4T， 如果有一速率v=5.0 ×105m/s、电量 q=1.6 ×10－19 C 的质子竖直向下运动穿过此处的地磁场。 (1)此时该质子受到的洛伦兹力是多大? 向哪个方向偏转? (2) 在地球两极处地磁场方向可近似认为垂直于地面，在赤道处地磁场方向可近似认为由地理南极指向地理北极，那么，地球两极处和赤道处相比，哪个区域地磁场对高能带电粒子的阻挡效果更好?为什么? 地磁场对宇宙射线的影响 解：(1) 质子所受的洛伦兹力 f=qvB =1.6 ×10－19 ×5.0 ×105×1.2 ×10－4N=9.6 ×10－18N 根据左手定则可知，质子受到的洛伦兹力 由西向东，因此质子向东偏转。 (2) 由于地球两极处地磁场可近似认为 垂直于地面，因此竖直向下的带电粒子运动 方向与两极处的磁场方向平行，在南北两极不受洛伦兹力，地磁场对宇宙射线的阻挡效果较弱。而在赤道附近，地磁场的方向由地理南极指向地理北极，带电粒子运动方向与磁场的方向垂直，带电粒子受到了洛仑兹力的作用，所以对宇宙射线的阻挡效果强。 极光的形成原因 低纬度区域，来自太阳风的高能带电粒子受到洛伦兹力，发生偏转，未能接近地球 高纬度区域，来自太阳风的部分高能带电粒子接近地球，与大气原子和分子发生碰撞，使原子和分子受到激发而发光，从而形成极光。 电视机显像管原理 电子枪 电子束 荧光屏 偏转线圈 原理图 电子束磁偏转的原理 显像管电视机工作原理 显像管原理的示意图如图所示，当没有磁场时，电子束将打在荧光屏正中的O点，安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转。设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，若要使电子打在荧光屏上的位置由a点逐渐移动到b点，下列变化的磁场能够使电子发生上述偏转的是（　　） A 速度选择器 平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。（粒子所受重力忽略不计） 原理图 若qE=Bqv 粒子将以速度v做匀速直线运动 即 若 向上偏 若 向下偏 粒子将以速度v做匀速直线运动 若将粒子从右边射入，还能在速度选择器中 以速度E/B做匀速直线运动吗？ 不仅选择速度的大小，还选择速度的方向。 如图所示，平行金属板上下两极板之间有场强为E的匀强电场，在此空间有方向垂直于纸面向里的匀强磁场。左右两块绝缘板上的小孔a、b连线与金属极板平行。不计带电粒子的重力。任意的带电粒子从一个孔入射，下列说法中正确的是（　　） A．只能是正电荷以合适速度从a孔射入，都能从b孔射出 B．只能是负电荷以合适速度从b孔射入，都能从a孔射出 C．不管正负电荷，只要速度合适，从a孔射入，都能从b孔射出 D．不管正负电荷，只要速度合适，从b孔射入，都能从a孔射出 C 磁流体发电机 原理图 等离子体 原理：将一束等离子体（含有大量正、负带电粒子，整体呈电中性）喷入磁场，离子在洛伦兹力作用下向A、B两金属板聚集，两金属板带上等量异种电荷，两极板间产生电势差U, U会不断增大吗？ B v v v v U qE Bqv 当Bqv＝qE 得：U＝Bdv 此时，离子不再聚集到金属板上，AB间形成稳定的电压 B 巩固提高 肆 洛伦兹力的方向 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(　　) 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 洛伦兹力的方向 A 1．如图所示，在阴极射线管中电子流方向由左向右，在其下方放置一根通有由左向右电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则阴极射线将会（　　） A．向上偏转 B．向下偏转 C．向纸内偏转 D．向纸外偏转 洛伦兹力的大小 质量为m、电荷量为q的微粒,以速度v与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场同时存在的空间,如图所示,微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动,求:   (1)电场强度的大小和微粒所带电荷的电性; (2)磁感应强度的大小。 洛伦兹力的大小 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、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。带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为零。 (1)小球的带电性质如何? (2)此时小球下滑的速度和位移分别为多大? 电子束的磁偏转 如图所示,电子枪发射电子经加速后沿虚线方向进入匀强磁场区域(图中圆内),沿图中实线方向射出磁场,最后打在屏上P点,则磁场的方向可能为(　　)   A.垂直于纸面向外 B.垂直于纸面向内 C.平行于纸面向上 D.平行于纸面向右 答案:A 解析:电子受到的洛伦兹力方向向上,根据左手定则可得磁场的方向可能垂直于纸面向外,A正确。 速度选择器 如图所示，从S处发出的热电子经加速电压U加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转，不考虑电子本身的重力。设两极板间电场强度为E，磁感应强度为B。欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，可行的是(　　) A．适当减小电场强度E B．适当减小磁感应强度B C．适当增大加速电场的宽度 D．适当减小加速电压U 答案：A 课堂小结 遵循左手定则 洛伦兹力的方向： 洛伦兹力的大小： f 洛 = qvB (v⊥B) 注意： 当v∥B或v=0时， f 洛=0 极光；电子显像管；速度选择器；磁流体发电机 洛伦兹力的应用： Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 5．如图所示为磁流体发电机发电原理示意图，将一束等离子体（高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒）射入磁场，磁场中有两块金属板P、Q，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压。两金属板的板长为L1，板间距离为L2，匀强磁场的磁感应强度为B且平行于两金属板，等离子体充满两板间的空间，等离子体的初速度v与磁场方向垂直，当发电机稳定发电时，P板和Q板间电势差UPQ为（　　） A．vBL1 B．vBL2 C． D． 答案:(1)　正电　(2) 答案:(1)带正电　(2) $$