1.2 磁场对运动电荷的作用力 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第一章　安培力与洛伦兹力 第2节　磁场对运动电荷作用力 1 知识复习 磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的作用力的宏观表现，也就是说磁场可能对运动电荷有力的作用。 问题1 磁场对与其垂直的通电导线的作用力的大小和方向？ 大小：F＝BIL 方向：左手定则 问题2 电流是如何形成的？ 由上述的两个问题你能够想到什么？ 实验证明，磁场对运动电荷能产生力的作用。磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力。通电导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力的宏观表现。 实验演示 学习目标、学科素养 1. 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。 2.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.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。 1.物理观念: 知道洛伦兹力是安培力的微观本质；会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小；了解洛伦兹力的应用。 2.科学思维: 利用类比迁移思考洛伦兹力方向的判断方法—左手定则；通过建模，利用安培力公式推导洛伦兹力的大小。 3.科学探究: 在理论基础上推导出左手定则和大小计算公式后，利用实验的方法验证洛伦兹力的方向和大小。 一、洛伦兹力的方向 猜想：磁场对电流的作用力实质是磁场对运动电荷的作用力，洛伦兹力的方向可以用左手定则判定。 先通过实验演示观察现象。 请你结合以前所学知识，你认为洛伦兹力方向有什么规律？ 一、洛伦兹力的方向 F v v F 实验现象 实验表明 洛伦兹力的方向可以用左手定则判定。 一、洛伦兹力的方向 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 判断洛伦兹力的方向 正电荷定向移动的方向 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 一、洛伦兹力的方向 练习与应用 练习与应用 思考与讨论 考查一段长为 vt 的导体如图。设静止导线中定向运动的带电粒子的速度都是 v，单位体积内的粒子数为 n； 二、洛伦兹力的大小 1. 算出图1.2-3中一段导线中的粒子数，这就是在时间 t 内通过横截面 S 的粒子数 N=nSvt 第二章　匀变速直线运动的研究 思考与讨论 二、洛伦兹力的大小 2. 粒子的电荷量记为q，可算出时间t内通过导体横截面的电量Q Q=Nq=nqsvt 3. 由此可以算出粒子电量 q 与电流强度 I 的关系 I=nqsv 第二章　匀变速直线运动的研究 思考与讨论 二、洛伦兹力的大小 4.长为 vt 的导体受的安培力 F安 F安=BIL=Bnqsv2t 6.每个粒子受到的力，它等于F洛 F洛=F安/N=qvB 第二章　匀变速直线运动的研究 I F安 安培力 洛伦兹力 - - - - - - - - - - - - I=nqsv N=nLs F=BIL F洛 F安=N·F洛 每个自由电荷所受的洛伦兹力大小 ： 二、洛伦兹力的大小 第二章　匀变速直线运动的研究 结论：1. 如果粒子的运动方向与磁场方向垂直，则粒子受到的洛伦兹力为 F=qvB 式中物理量的单位全部为国际单位制单位 v 与 B 垂直 二、洛伦兹力的大小 第二章　匀变速直线运动的研究 v 与 B 不垂直 结论：2. 粒子在磁场在受的洛伦兹力的大小为 F=qvBsinθ 其中， θ为粒子的运动方向与磁场方向的夹角。 二、洛伦兹力的大小 第二章　匀变速直线运动的研究 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 当电荷静止于磁场中时（v =0）: F洛＝0 (即静止电荷不受洛伦兹力) F＝qvBsin θ，θ 为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角： v v 二、洛伦兹力的大小 第二章　匀变速直线运动的研究 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。 应用：显像管电视机。显像管中有一个电子枪，工作时它能发射高速电子。撞击荧光屏，就能发光。没 有磁场时电子打在O点: 1.若要电子打在A点磁场沿什么方向？ 答：垂直纸面向外 2.若要电子打在B点磁场沿什么方向？ 答：垂直纸面向里 3.若要电子束从B点向A点移动，磁场 应该如何变化？ 答：先向里变小再向外增大 三、电子束的磁偏转 实际上，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图那样不断移动，这在显示技术中叫作扫描。电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场，电视机中的显像管每秒要进行50场扫描，所以我们感到整个荧光屏都在发光。 三、电子束的磁偏转 典例 【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,其中垂直于纸面向里的是(　　) 答案:D 1.如图所示的磁感应强度B、电荷的运动速度v和磁场对电荷的作用力F的相互关系图中,画得正确的是(其中B、F、v两两垂直) (　　) 答案:C 当堂练习 典例 【例2】 如图所示,各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B,带电粒子的速率均为v,所带电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小,并指出洛伦兹力的方向。 (1) (2) (3) (4) 2.两个带电粒子以相同的速度沿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,则两带电粒子受洛伦兹力之比为(　　) A.2∶1 B.1∶1 C.1∶2 D.1∶4 答案:C 解析:带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时,洛伦兹力F=qvB,与电荷量成正比,与质量无关,选项C正确。 当堂练习 典例 【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、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。 (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? 3.用一根长l=0.8 m的轻绳吊一质量为m=1 g的带电小球,放在磁感应强度B=1 T、方向如图所示的匀强磁场中。将小球拉到与悬点等高处由图示位置静止释放,小球便在垂直于磁场的竖直面内摆动。当小球第一次摆到最低点时,轻绳的拉力恰好为零。重力加速度g取10 m/s2,则小球第二次经过最低点时,轻绳对小球的拉力多大? 答案:0.06 N 当堂练习 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.29.100 学科网版权所有 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.29.100 学科网版权所有 $$