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

§1.2 磁场对运动电荷的作用力 1、运用左手定则判断安培力的方向. 2、什么是电流？ 电荷的定向移动形成电流. F F 回顾: I I 磁场对电流有力的作用，电流又是由电荷的定向形成的，我们可否认为这个力其实是作用在电荷上的呢? 运动电荷在磁场中会受到作用力吗？ 电子束 阴极 阴极射线管 + - 阳极 实验验证——实验装置 荧光屏 狭缝 一、磁场对运动电荷的作用力： 1、我们把磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力　　 安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释。 洛伦兹：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．被爱因斯坦称为“我们时代最伟大，最高尚的人”。 猜想：安培力是 怎样形成的？ 导体中的电流是由电荷的定向移动形成的。 从作洛仑兹力的多个电荷的图,然后一合,成为安培力,引进二者的比较 电流的微观表达式：I=nsvq 磁场对通电导体有力的作用---安培力 I F安=ILB 磁场对通电导体的力实际上是作用在运动电荷上的,安培力是这些力的宏观表现。 F安=NF洛 F洛=F安/N F F F 把磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力。 （1） 洛伦兹力的大小 建立模型：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。求每个自由电荷所受的洛伦兹力的大小? - - - - - - - - - - - - - - - I 这段导体所受的安培力为: 电流强度 I 的微观表达式是: F安=BIL - - - - - - - - - - - - - - - I L S B v q n t 时间内，通过该截面的总电荷量为: Q = Svtnq 每个自由电荷所受的洛伦兹力为多大？ - - - - - - - - - - - - - - - I L S B v q n 单位：F（N），q（C），v（m/s）, B（T） 这段导体中含有多少自由电荷数？ nLS 条件：电荷运动速度方向跟磁场方向垂直。 （2） 洛伦兹力方向的判断 （2） 洛伦兹力方向的判断——左手定则 伸开左手，拇指和四指垂直（在同一平面内），四指指向正电荷运动方向(电流方向)，磁感线从掌心进入，这时大拇指所指的方向就是该电荷所受洛伦兹力的方向。 例：试判断如图所示带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向。 v v v v v v F F F 垂直纸面向里 F 为0 F F 例：如图表示磁场 B 的方向、电荷运动 v 的方向和磁场对运动电荷作用力 f 方向的相互关系，其中 B、v、f 的方向两两相垂直，正确的图是( ) ABD + v B 问：如果电荷运动方向与磁场方向的夹角为θ ，洛伦兹力 F = qvB 是否正确？ ① 当θ= 90°，F = qvB ② 当θ= 0°或180 °，F = 0，v 和 B 在同一直线上，不受洛伦兹力。 v sinθ θ ③ F = qvBsinθ （θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角） 如果运动电荷在磁场中仅受洛伦兹力作用，洛伦兹力将怎样改变电荷的运动状态? F v + 洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小。 洛伦兹力对运动电荷不做功。 F v + F v + 问：带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？ + 1．一长螺线管通有变化的电流，把一个带电粒子（重力不计）沿管中心轴线射入管中，粒子将在管中（ 　　 ） A. 做圆周运动                B. 沿轴线来回运动 C. 做匀速直线运动            D. 做匀加速直线运动 C 带电粒子在匀强磁场中的运动 当V平行B时，F=0， 带电粒子以速度v作 运动。 当v与B垂直时，因为洛伦兹力的方向始终与运动方向 ，只改变速度的 ，不改变速度的 ，只有 才具有这种特点，所以带电粒子垂直进入匀强磁场后做 。 带电粒子在匀强磁场中的运动 匀速直线 垂直 方向 大小 匀速圆周运动 匀速圆周运动 带电粒子带匀强磁场中的运动分析 带电粒子垂直进入匀强磁场后做 。 匀速圆周运动 洛伦兹力的特点 ： 洛伦兹力的方向既垂直于磁场,又垂直于速度, 即垂直于v和B所组成的平面 2.洛伦兹力只改变速度的方向, 不改变速度的大小 3.洛伦兹力对电荷不做功 比较电场和磁场对电荷的作用力 是否受力: 电荷在电场中一定受电场力. 电荷在磁场中不一定受洛伦兹力. 电场力的大小 F = qE. 洛伦兹力的大小 F = qvB. 电场力方向与电场方向平行. 洛伦兹力方向与磁场方向垂直. 电场力对运动的电荷不一定做功. 洛伦兹力对运动的电荷一定不做功. 大 小: 方 向: 是否做功: 2. 电视显像管的工作原理 （1）要使电子束打在荧光屏上的 A 点，偏转磁场应该沿什么方向？ 垂直纸面向外 （2）要使电子束打在 B 点，偏转磁场沿什么方向？ 垂直纸面向里 （3）要使电子束打在荧光屏上的位置由 B 向 A 点移动，偏转磁场应该怎样变化? 先垂直纸面向里并逐渐减小到零， 然后垂直纸面向外并逐渐增大。 偏转线圈 小结 1. 洛伦兹力： 磁场对运动电荷的作用力。 2. 洛伦兹力方向判断。 由左手定则判断。 3. 洛伦兹力的计算公式。 f = q vB （ v ⊥B ） 4. 洛伦兹力对运动电荷不做功。 1．一带负电的小滑块从光滑的斜面顶端滑至底端时的速率为 V；若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，则它滑至底端时的速率将（ ） A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 条件不足，无法判断 巩固练习 C 2．将一半径为 R 的半圆形光滑绝缘滑轨，固定在垂直向里的匀强磁场 B 中。一带电量 +q，质量 m 的小球在 A 点无初速释放，沿滑轨运动，求小球第一次经过最低点时对滑轨的压力。 F v + 洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小。 洛伦兹力对运动电荷不做功。 F v + F v + 问：带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？ + 2．来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将( ) A. 竖直向下沿直线射向地面 B. 相对于预定地面向东偏转 C. 相对于预定点稍向西偏转 D. 相对于预定点稍向北偏转 B 地磁场改变宇宙射线中带电粒子运动方向 太阳发出的高能粒子流在地磁场作用下偏向两磁极，形成极光。 美妙极光 “太阳风”，是一种太阳发出的可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，太阳风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏向地磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使氧、氮成为激发态离子，这些离子发射不同波长的辐射，发出红、绿或蓝等各种颜色的光，形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区称之为北极光。 $$