1.2 磁场对运动电荷的作用力（课件）-2024-2025学年高二物理同步精讲练（人教版2019选择性必修第二册）

第一章：第2节 磁场对运动 电荷的作用力 高中物理选择性必修第二册 制作：陈庆威 目录 CONTENT 高中物理选择性必修第二册 洛伦兹力的方向 洛伦兹力的大小 电子束的磁偏转 巩固提升 问题？ 01. 高中物理选择性必修第二册 我们知道，磁场对通电导线有作用力；我们还知道，带电粒子的定向移动形成了电流。那么，磁场对运动电荷有作用力吗？如果有，力的方向和大小又是怎样的呢？ 观察电子束在磁场中的偏转 02. 高中物理选择性必修第二册 F v F v 实验现象及洛伦兹力 03. 高中物理选择性必修第二册 1.在电子束的路径上施加磁场，电子束的径迹会发生弯曲； 2.改变磁场方向，电子束会向相反方向弯曲。 现象： 实验表明：电子束受到磁场的力的作用，径迹发生了弯曲。 运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力(Lorentz force)。 洛伦兹力 的方向 第一部分 左手定则 01. 高中物理选择性必修第二册 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。 高中物理选择性必修第二册 小试牛刀 03. 高中物理选择性必修第二册 试判断下列图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向、或带电粒子的电性、或带电粒子的运动方向。 v F洛 F洛 B 垂直于纸面向里运动 B v F洛 B + v B - F洛=0 安培力与洛伦兹力的关系 04. 高中物理选择性必修第二册 安培力是洛伦兹力的宏观体现，洛伦兹力是安培力的微观描述。 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? 洛伦兹力 的大小 第二部分 思考与讨论 01. 高中物理选择性必修第二册 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。求： 1.这段导体所受的安培力； 2.q与电流I 的关系； 3.求每个粒子所受的力，即洛伦兹力。 推导过程 02. 高中物理选择性必修第二册 这段导体所受的安培力：F=BIL 每个自由电荷所受的洛伦兹力大小 ： I 的微观表达式：I=nqsv 这段导体中含有的自由电荷数：N=nLs F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力。 洛伦兹力的计算公式 03. 高中物理选择性必修第二册 当电荷运动的方向与磁场方向垂直时（v⊥B）： 单位：F洛为N，q为C，v为m/s，B为T v B F + F洛＝qvB 问题与思考 04. 高中物理选择性必修第二册 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？ v B F + 方法尝试：分解v或分解B 高中物理选择性必修第二册 为B和v之间的夹角 v B11 B ┴ v v v11 ┴ 洛伦兹力的计算公式 05. 高中物理选择性必修第二册 F=qvBsinθ， θ为电荷运动的方向与磁感应强度B方向的夹角。 1.当θ=90°时，即电荷运动方向与磁场方向垂直时， 洛伦兹力最大：F=qvB。 2.当θ=0°或θ=180°时，即电荷运动方向与磁场方向平行时：F=0。 3.当v=0，即电荷在磁场中静止时：F=0。 06. 洛伦兹力大小的理解 高中物理选择性必修第二册 07. 洛伦兹力的特点 1.洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化。 2.无论磁感应强度B的方向与电荷运动的速度方向是否垂直，洛伦兹力的方向一定垂直于B和v所决定的平面。 3.洛伦兹力对电荷不做功,它只改变电荷的运动方向,不改变电荷的速度大小。 电子束 的磁偏转 第三部分 电子束的磁偏转 01. 高中物理选择性必修第二册 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，粒子受到洛伦兹力的作用，从而发生偏转。 显像管电视机中就应用了电子束磁偏转的原理。 电视机的显像管 02. 高中物理选择性必修第二册 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。可是，很细的一束电子打在荧光屏上只能使一个点发光，要使整个荧光屏发光，就要靠磁场来使电子束偏转了。 高中物理选择性必修第二册 思考与讨论 03. 从图中可以看出，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。 1.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.要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向？ 3.要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐 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 先垂直纸面向外并逐渐减小,后垂直纸面向里并逐渐增大. 扫描 04. 高中物理选择性必修第二册 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（scanning）。 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． 拓展学习——极光 05. 高中物理选择性必修第一册 极光（Aurora），是一种绚丽多彩的等离子体现象，其发生是由于太阳带电粒子流（太阳风）进入地球磁场，在地球南北两极附近地区的高空，夜间出现的灿烂美丽的辉光。 地球的极光是来自地球磁层或太阳的高能带电粒子流使高层大气分子或原子激发（或电离）而产生。 被视为自然界中最美的奇观之一 新课引入 01. 高中物理选择性必修第一册 总结提升 第四部分 课堂小结 高中物理选择性必修第二册 洛伦兹力的大小 01 02 03 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，粒子受到洛伦兹力的作用，从而发生偏转。 电子束的磁偏转 洛伦兹力的方向 F洛＝qvB 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。 洛伦兹力的方向一定垂直于B和v所决定的平面。 例题1 例题精选 01. 【参考答案】B 高中物理选择性必修第二册 关于安培力和洛伦兹力，下面说法正确的是（   ） A．洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力 B．安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力 C．安培力和洛伦兹力，二者是等价的 D．安培力对通电导体能做功，洛伦兹力对运动电荷也可以做功 解析 例题解析 02. 高中物理选择性必修第一册 【解析】洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力，通电导线的电流也是由电荷的定向移动而形成的，所以两种力本质上都是磁场对运动电荷的作用，A错误；洛伦兹力的方向与带电粒子的运动有关，安培力的方向与电流方向有关，而自由电荷的定向移动形成电流，所以安培力和洛伦兹力其本质都是磁场对运动电荷的作用力，选项B正确；安培力的实质是形成电流的定向移动的电荷所受洛伦兹力的合力，即安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，两种力的方向均可用左手定则判断，但不是等价的，故选项C错误；安培力对通电导体能做功，但洛伦兹力始终与速度方向垂直，所以洛伦兹力不做功，故选项D错误。故选B。 例题2 例题精选 03. 【参考答案】AB 高中物理选择性必修第二册 （多选）如图所示，导线中带电粒子的定向运动形成了电流。电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和，在宏观上表现为导线所受的安培力。下面的分析正确的是（    ） A．洛伦兹力和安培力是性质相同的两种力 B．洛伦兹力的方向、粒子运动方向和磁场方向不一定相互垂直 C．粒子在只受到洛伦兹力作用时动能会减少 D．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，其运动半径与带电粒子的比荷无关 解析 例题解析 04. 高中物理选择性必修第一册 【解析】安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观形式，故安培力和洛伦兹力是性质相同的力，本质上都是磁场对运动电荷的作用力，选项A正确；根据左手定则，可知洛伦兹力总是垂直磁场方向与速度方向所构成的平面，而磁场方向与速度方向不一定垂直，选项B正确；洛伦兹力对粒子不做功，即粒子在只受到洛伦兹力作用时，动能不变，选项C错误；带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得，解得，可知运动半径与带电粒子的比荷有关，选项D错误。故选AB。 例题3 例题精选 05. 【参考答案】AD 高中物理选择性必修第二册 （多选）为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于前后两侧面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在上下两内表面分别固定有金属板M、N作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，接在M、N两端间的电压表将显示两个电极间的电压U，若用Q表示污水流量（单位时间内排出的污水体积），下列说法中正确的是（　　） A．若污水中负离子较多，则M板比N板电势高 B．若污水中正离子较多，则N板比M板电势高 C．污水中离子浓度越高电压表的示数将越大 D．电压U与污水流量Q成正比，与a、c无关 解析 例题解析 05. 高中物理选择性必修第一册 【解析】正负离子向右移动，受到洛伦兹力，根据左手定则，正离子向M板偏转，负离子向N板偏转，所以M板比N板电势高，故选项A正确，选项B错误；电场力、洛伦兹力处于平衡，有qE=qvB，即=vB，污水流量，则,电压表的示数与磁感应强度、流量Q以及流量计的宽有关，与离子浓度无关，故选项C错误；由，可知电压U与污水流量Q成正比，与a、c无关，故选项D正确。故选AD。 例题4 例题精选 06. 高中物理选择性必修第二册 如图所示是磁流体发电机的装置，a、b组成一对长为L、宽为h的平行电极，两板间距为d，内有磁感应强度为B的匀强磁场。发电通道内有电阻率为的高温等离子持续垂直喷入磁场，每个离子的速度为v，负载电阻的阻值为R，电离气体沿导管高速向右流动，运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势，电离气体以不变的流速v通过发电通道。电容器的电容为C，不计电离气体所受的摩擦阻力。根据提供的信息完成下列问题。 （1）判断a、b板的电势高低，求发电机的电动势E； （2）开关闭合，当发电机稳定发电时，求a、b两端的电势差Uab； （3）开关断开，电容器所带的电荷量q。 解析 例题解析 05. 高中物理选择性必修第一册 【解析】（1）据左手定则可知，电离气体中的正离子向b极板偏转，负离子向a极板偏转，故b极板电势高，a板电势低，稳定后满足 解得发电机的电动势为 （2）稳定后，据闭合电路欧姆定律可得 据电阻定律可得联立解得 （3）开关断开，电容器两端的电压等于电动势，故电容器所带的电荷量为 THANKS cqw (c) - 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 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.20.100 学科网版权所有 $$