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 1.2 磁场对运动电荷的作用力 复习回顾 方向: 安培力: 1、磁场对通电导线的作用力 大小: 左手定则 思考：通电导线中的电流是怎样形成的呢? 猜想：那么磁场是否对运动电荷也有作用力呢? 思考：安培力是由于导线还是电流的存在而存在的？ 实验现象： 在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管， 发现电子束运动轨迹发生了弯曲。 结论：磁场对运动电荷有作用力. ——洛伦兹力 一、洛伦兹力 运动电荷在磁场中受到的作用力（磁场对运动电荷的作用力 ） 一、洛伦兹力的定义 安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力是安培力的微观本质 思考：安培力和洛伦兹力有何区别与联系？ 如何由宏观理解向微观呢？ + I F - I F 1.判定安培力方向， 2.若“剥掉”导线，受力对象变换成谁？ 3.左手定则判断运动电荷受到的洛伦兹力时四指代表什么？ v v 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 洛伦兹力的大小 1、洛伦兹力的计算公式 当电荷运动的方向与磁场方向垂直时（v⊥B）：F洛＝qvB. 上式中各量的单位： F洛为N，q为C，v为m/s，B为T F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力 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？ 为B和v之间的夹角 v Bll B ┴ v v v11 ┴ （1）洛伦兹力与安培力的关系 ①安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现， 而洛伦兹力是安培力的微观本质. ②洛伦兹力对电荷不做功，但安培力却可以对导体做功. 2、重点解析 ③大小关系：F安＝NF洛（N是导体中运动的电荷数） ④方向关系：F安与F洛方向相同 ⑤F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力 （2）洛伦兹力的大小：F＝qvBsin θ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角. 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) 例2、当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则 （ ） A．带电粒子速度大小改变； B．带电粒子速度方向改变； C．带电粒子速度大小不变； D．带电粒子速度方向不变。 CD 1、主要构造: 电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏组成 显像管 应用：电视显像管 电子束的磁偏转 【思考与讨论】 （1）要使电子打在A点,偏转磁场应该沿什么方向? （2）要使电子打在B点,偏转磁场应该沿什么方向? 垂直纸面向外 垂直纸面向里 （3）要使电子从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该怎样变化？ 先垂直纸面向外并逐渐减小,后垂直纸面向里并逐渐增大. 2．原理：(1)电子枪发射电子． (2)电子束在磁场中偏转． (3)荧光屏被电子束撞击时发光． 3．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，使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动． 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。 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． 4、电视显像管的工作原理 如果电视机荧光屏上没有图像，只有一条水平亮线，故障可能出现在哪里？ 问题与练习 荧光屏上只有一条水平的亮线，说明电子束在竖直方向的运动停止了。故障可能是，在显像管的偏转区产生方向的磁场的线圈上没有电流通过。说明：应该注意的是，水平方向的磁场使电子束产生竖直方向的分速度，而竖直方向的磁场使电子束产生水平方向的分速度。 宇宙射线 从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为宇宙射线。这些高能粒子流若都到达地球，将对地球上的生物带来危害。但由于地球周围存在磁场，在洛伦兹力的作用下，改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，从而对宇宙射线起了一定的阻挡作用。 人类首次拍到南北极光“同放光彩”奇景 + + 以正电荷为例 在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，有一种能量被称为“太阳风”。这是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该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，使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩，形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象，称之为北极光。 液晶电视没有显像管。 液晶电视的工作原理是基于液晶面板，而不是使用显像管技术。 液晶面板通过控制光线的通过来显示图像， 而显像管则是通过电子束轰击屏幕上的荧光物质来产生图像的。 洛伦兹是荷兰物理学家、数学家。1853年7月18日生于阿纳姆。1870年入莱顿大学学习数学、物理学，1875年获博士学位。25岁起任莱顿大学理论物理学教授，达35年。洛伦兹是经典电子论的创立者。他以电子概念为基础来解释物质的电性质，并从电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用，即洛伦兹力。 洛伦兹把物体的发光解释为原子内部电子的振动产生，并预言光源放在磁场中时，原子内电子的振动将发生改变，从而导致光谱线的增宽或分裂 。1896年10月，洛伦兹的学生塞曼发现，在强磁场中钠光谱的D线有明显的增宽，即产生塞曼效应，证实了洛伦兹的预言。在1902年塞曼和洛伦兹共同获得诺贝尔物理学奖。洛伦兹于1928年2月4日在哈勒姆逝世。在举行葬礼那天，荷兰全国的电讯、电话中止3分钟，以示哀悼。 洛伦兹(Lorentz force)简介： 2、说明： 伸开左手： 磁感线——垂直穿入手心 四指—— 大拇指——所受洛伦兹力的方向 ①指向正电荷的运动方向 ②指向负电荷运动的反向 结论：洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直F⊥B，又跟电荷的运动方向垂直F⊥v，故洛伦兹力的方向总是垂直于磁感线和运动电荷所在的平面，即：F洛⊥Bv平面 v F v F 3.洛伦兹力和电场力的比较： 比较项目 洛伦兹力F 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 电场对放入其中电荷的作用力 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 ＝qvB(v⊥B) F ＝qE 力方向与场 方向的关系 做功情况 力F为零时 场的情况 作用效果 一定是F⊥B，F⊥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 v F v F B v B B B v 甲 乙 丙 丁 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. F垂直于 纸面向外 F垂直于 纸面向外 ２.阴极射线管中电子束由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上出现如图所示的一条亮线。要使该亮线向z轴正方向偏转，可加上沿(　　) A　z轴正方向的磁场　　　 B　y轴负方向的磁场 C　x轴正方向的磁场 D　y轴正方向的磁场 【解析】若加一沿z轴正方向的磁场，根据左手定则，洛伦兹力方向沿y轴正方向，亮线向y轴正方向偏转，故A错误；若加一沿y轴负方向的磁场，根据左手定则，洛伦兹力方向沿z轴正方向，亮线向上偏转，故B正确；若加一沿x轴正方向的磁场，电子束不偏转，故C错误；若加一沿y轴正方向的磁场，根据左手定则，洛伦兹力方向沿z轴负方向，亮线向下偏转，故D错误。 B 3、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 V 课堂小结 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.20.100 学科网版权所有 Lavf58.12.100 $$