1.2磁场对运动电荷的作用力（课件）-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第二册）

2. 磁场对运动电荷的作用力 第一单元 安培力与洛伦兹力 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 1 1物理观念： 通过实验认识洛伦兹力的方向及大小，了解安培力在生产生活中的运用，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。 2科学思维： 经历得出洛伦兹力、磁感应强度和电荷运动方向三者方向关系的过程，体会归纳推理的方法。经历由安培力公式推导出洛伦兹力公式的过程，体会模型建构与演绎推理的方法。经历一般情况下洛伦兹力表达式的得出过程，进一步体会矢量分析的方法。 3科学探究： 通过实验，认识洛伦兹力。能判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。了解洛伦兹力在生产生活中的应用。 4科学态度与责任： 了解显像管的基本构造及工作的基本原理，认识电子束的磁偏转，体会物理知识与科学技术的关系。。 核 心 素 养 1.你知道绚丽极光的是怎么产生的吗？ 一、驱动问题 极光的产生有三个必要条件:大气、磁场和高能带电粒子。这三者缺一不可。大气提供了发光的物质，磁场提供了导引带电粒子的通道，高能带电粒子提供了激发大气发光的能量。 定义：运动电荷在磁场中所受的力称为洛伦兹力。 二、探究洛伦兹力的方向 如图为洛伦兹力演示仪，研究电子束在磁场中受到的洛伦兹力的方向与哪些因素有关？ 该实验采用控制变量法。 根据实验规律画出洛伦兹力力与磁感应强度方向和电荷运动方向的关系。 点击视频播放 结论：洛伦兹力的方向与磁场方向有关。 现象：没有磁场时，电子束的径迹呈一条直线。如果在电子束的路径上施加磁场，电子束会发生弯曲。改变磁场方向，使其与原来方向相反，电子束会向相反方向弯曲。 你能根据实验记录的数据，总结洛伦兹力方向，磁场方向和电荷运动方向之间的 关系吗？ B v F洛 洛伦兹力垂直于B，垂直于v，即垂直于B和v所决定的平面。 实验表明：运动的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向，与运动方向和磁感应强度的方向都垂直。 可用什么简洁的方法体现这三者方向关系呢？ 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的运动方向，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。 左手定则： F v -q 负电荷受力方向与正电荷受力方向相反 洛伦兹力的方向 1．决定洛伦兹力方向的三个因素 电荷的电性(正、负)，速度方向、磁感应强度的方向。当电性一定时，其他两个因素决定洛伦兹力的方向，如果只让一个因素相反，则洛伦兹力方向必定相反；如果同时让两个因素相反，则洛伦兹力方向将不变。 2．F、B、v三者方向间的关系 电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系，两者关系是不确定的。电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向，F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v所决定的平面。 8 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 B F + v1 v2 V F + v F v F B v B B Ｆ垂直于纸面向外 Ｆ垂直于纸面向外 B v 1、以相同速度进入同一磁场的 正、负电荷受到的洛伦兹力方向相反 2、洛伦兹力的方向垂直于 v 和 B 组成的平面 B F洛 v 甲 乙 丙 丁 总结： 例题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 练1. (多选)一束混合粒子流从一发射源射出后，进入如图所示的磁场，分离为1、2、3三束粒子流，则下列选项正确的是(　　) A．1带正电 B．1带负电 C．2不带电 D．3带负电 答案　ACD 三、探究洛伦兹力的大小 洛伦兹力与安培力的关系 导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力的宏观表现 安培力大小等于各个运动电荷所受洛伦兹力的矢量和 磁场对电流的作用 安培力 磁场对运动电荷的作用 宏观 微观 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 13 1、带电粒子垂直入射磁场时： 2、 带电粒子不垂直入射磁场时： 为B和v之间的夹角 3、 带电粒子平行于磁场入射时： B V B⊥ B∥ 洛伦兹力与电场力的比较 内容 洛伦兹力 静电力 性质 磁场对在其中运动的电荷的作用力 电场对放入其中的电荷的作用力 产生条件 v≠0且v不与B平行 电场中的电荷一定受到电场力的作用 大小 F＝qvB(v⊥B) F＝qE 力的方向与场的方向的关系 一定是F⊥B，F⊥v 正电荷所受力的方向与电场方向相同，负电荷所受力的方向与电场方向相反 做功情况 任何情况下都不做功 可能做正功、负功，也可能不做功 力F为零时，场的情况 F为零，B不一定为零 F为零，E一定为零 作用效果 只改变电荷运动速度的方向，不改变速度的大小 既可以改变电荷运动速度的大小，也可以改变电荷运动速度的方向 15 例2：如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,带电粒子的速率为v,带电荷量为q,下列带电粒子所受洛伦兹力的大小和方向正确的是(　　) A.图(1)为F洛=qvB,方向与v垂直斜向上 B.图(2)为F洛=qvB,方向与v垂直斜向下 C.图(3)为F洛=qvB,方向垂直纸面向外 D.图(4)为F洛=1/2qvB,方向垂直纸面向里 AD 练2.两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1∶4，电荷量之比为1∶2，则刚进入磁场时两带电粒子所受洛伦兹力之比为(　　) A．2∶1 B．1∶1 C．1∶2 D．1∶4 答案　ACD 四、电子束的磁偏转 电视显像管的工作原理 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。 主要构造:电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等 （1）若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）若要使电子束打在Ｂ点，磁场应该沿什么方向？ （3）若要使电子束打在荧光屏上的位置由Ｂ逐渐向Ａ点移动，偏转磁场应该怎样变化？ 垂直纸面向外 垂直纸面向里 先垂直纸面向里并逐渐减小，然后垂直纸面向外并逐渐增大。 电子束的磁偏转 例3.如图所示，电子枪射出的电子束进入示波管，在示波管正下方有竖直放置的通电环形导线，则示波管中的电子束将（ ） A．向下偏转   B．向上偏转 C．向纸外偏转   D．向纸里偏转 A 练3.在电视机的显像管中，电子束的扫描是用磁偏转技术实现的，其扫描原理如图所示。圆形区域内的偏转磁场的方向垂直于圆面，而不加磁场时，电子束将通过O点而打在屏幕的中心M点。为了使屏幕上出现一条以M为中心的亮线PQ，偏转磁场的磁感应强度B随时间变化的规律应是下列选项中的（　　） B 要想得到以M为中心的亮线PQ，则电子束既要向上偏转，又要向下偏转，所以磁场的磁感应强度B随时间t变化时，应有方向改变。同一方向偏转的电子都打到不同的点，则电子束受到的洛伦兹力大小相同，偏转量也相同，所以磁感应强度大小一定是不固定的。 故选B。 21 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 课堂小结 Lavf60.4.100 $$