1.2磁场对运动电荷的作用力（培优教学课件）物理人教版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦“磁场对运动电荷的作用力”，系统阐述洛伦兹力的方向（左手定则）、大小（F=qvBsinθ）及电子束磁偏转等应用。导入通过极光现象提问，结合磁场对电流的安培力，启发学生建立宏观安培力与微观洛伦兹力的因果联系，搭建“宏观现象→微观本质”的学习支架。 其亮点在于以实验探究驱动，通过阴极射线管实验观察电子束偏转（科学探究），结合控制变量法分析方向因素，从安培力微观表达式推导大小（科学思维中的科学推理），并设计洛伦兹力与电场力对比表格（模型建构），应用实例涵盖显像管、速度选择器等（物理观念中的相互作用观念）。学生通过实验与实例深化理解，教师借助清晰结构与配套练习高效落实核心素养培养。

2.磁场对运动电荷的作用力 第一章 安培力与洛 伦兹力 人教版选择性必修第二册 导入新课 你知道极光是怎么形成的吗？ 带电粒子为什么只在地球的两极或维度较高的地方引起极光？ 极光（Aurora），是在地球南北两极附近地区的高空，夜间出现的灿烂美丽的光辉。在南极被称为南极光，在北极被称为北极光。 导入新课 磁场对通电导线有作用力，电流的形成，你有什么启发？ 磁场可能对运动电荷有力的作用。 洛伦兹力大小和方向有什么规律？ 安培力 洛仑兹力 磁场对电流的作用 磁场对运动电荷的作用 因 果 微观原因 宏观表现 磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力。 学习目标 物理观念 结合演示实验,观察阴极射线在磁场中的偏转,认识洛伦兹力。 科学思维 通过实验,运用控制变量法,理解并掌握左手定则。 科学探究 通过实验探究影响洛伦兹力方向和其大小的因素。 科学态度 与责任 演示实验能够让学生确信洛伦兹力的存在,激发其好奇心和求知欲,并由此树立从事科学研究的人生志向。 重点难点 重点 1. 洛伦兹力方向的判断。 2. 安培力与洛伦兹力之间的关系，与本质上的理解。 难点 1.在具体问题中物理模型的建立和相关问题的求解。 1. 洛伦兹力的方向 2. 洛伦兹力的大小 3. 电子束的磁偏转 4. 课堂总结 5. 练习与应用 学习内容 第2节 磁场对运动电荷的作用力 一、洛伦兹力的方向 第2节 磁场对运动电荷的作用力 一、洛伦兹力的方向 1. 阴极射线管实验 （1）阴极射线管的结构 阴极射线管接高压电源时，阴极会发射电子 电子通过狭缝后形成一个扁平的电子束 电子束掠射到荧光板上，显示出电子束的径迹 没有磁场时候，电子束呈现一条直线 一、洛伦兹力的方向 观察电子束在磁场中受力偏转 实验现象 现象：当 N 极在纸面朝外靠近电子束时，电子束向下偏转 当 S 极在纸面朝外靠近电子束时，电子束向上偏转 F v F v 一、洛伦兹力的方向 观察电子束在磁场中受力分析 实验结论： 磁场对运动电荷有作用力 磁场对运动电荷的作用力的方向与磁场方向有关 - + 分析： ①在磁场作用下，电子束的径迹发生偏转，说明电子受到力的作用 ②磁场方向改变，电子束径迹的偏转方向发生改变，说明力的方向与磁场方向有关 这个力称为洛伦兹力 N 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 实验表明： 洛伦兹力的方向可以用左手定则判定。 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。 视频讲解 一、洛伦兹力的方向 温故知新 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 电流方向 左手定则 这时拇指所指方向就是该通电导线所受安培力方向。 正电荷运动方向 这时拇指所指方向就是该正电荷所受洛伦兹力方向。 F v F v 注意：四指指向可以是正电荷的运动方向，也可以是负电荷运动的反方向。 一、洛伦兹力的方向 对洛伦兹力方向的理解 （1）决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷的电性（正、负）、速度方向、磁感应强度的方向。如果只让一个因素相反，则洛伦兹力方向必定相反 B v F B v F 正电荷 负电荷 B v F B F v （2）在研究电荷的运动方向时，洛伦兹力垂直于 v 和 B 两者所决定的平面。但是v与B不一定垂直 （3）由于洛伦兹力的方向总是跟运动电荷的速度方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功，洛伦兹力只能改变电荷速度的方向，不能改变速度的大小。即洛伦兹力永不做功！ B v F洛 【例1】 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 B F洛 v B + v B v B 洛仑兹力垂直于纸面向外 F洛=0 F洛=0 一、洛伦兹力的方向 二、洛伦兹力的大小 第2节 磁场对运动电荷的作用力 二、洛伦兹力的大小     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 思考与讨论：如何由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式？ 二、洛伦兹力的大小 情境：导线长为L，横截面积为S，垂直磁场方向放入磁感应强度为B 的匀强磁场中。单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动速率为v。求：F洛。 F安 = BIL I = nqSv N = nLS L F安 a b v v v v v v v v F洛 则每个自由电荷所受的洛伦兹力大小： 想一想：推到过程中，自由电荷速度方向与磁场方向是怎样的关系？ 导体所受安培力: 电流微观表达式: 导体中的电荷个数: 二、洛伦兹力的大小 ⑶当电荷v与磁场B的方向夹角为θ 时，电荷所受的洛伦兹力: 1.洛伦兹力大小公式 F=qvB ⑴当v⊥B 时 F=0 ⑵当 v∥B F=qv⊥B=qvBsinθ B1 B2 B v B∥ B┴ 洛伦兹力F洛 牛顿（N） 磁感应强度B 电荷q 速度v 特斯拉（T） 库伦（C） 米每秒（m/s） 为B和v之间的夹角 二、洛伦兹力的大小 2，洛伦兹力大小的情况 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) v v 二、洛伦兹力的大小 3.洛伦兹力的特点 （1）运动的电荷才有可能受到洛伦兹力 （2）相同速度）正、负电荷受到的洛伦兹力方向相反 （3）洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面 （4）洛伦兹力只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小。 （5）洛伦兹力永不做功！ 二、洛伦兹力的大小 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 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 电场对放入其中电荷的作用力 洛伦兹力和电场力的比较 二、洛伦兹力的大小 将含有大量正、负带电粒子及不带电粒子的气体以一定速度垂直于磁场喷入匀强磁场中，它们在磁场中的运动径迹分成了如图所示的三束，其中②是直线。则(　　) A　①是带正电的粒子 B　②是带正电的粒子 C　③是带正电的粒子 D　③是不带电的粒子 【解析】根据左手定则可知，①是带正电的粒子，A正确；②是不带电的粒子，B错误；根据左手定则可知，③是带负电的粒子，C、D错误。故选A。 A 【例1】 三、电子束的磁偏转 第2节 磁场对运动电荷的作用力 三、电子束的磁偏转 当粒子在磁场中运动时，因受到洛伦兹力的作用而发生偏转。 应用：电视显像管的工作原理 显像管电视机 1.原理：电子枪（阴极）发射电子，电子经过偏转线圈受到洛伦兹力发生偏转，打到荧光屏上，使荧光屏发光。 显像管原理示意图 (俯视图) 2. 主要构造：电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等。 思考与讨论： （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。 三、电子束的磁偏转 实际上，在偏转区水平方向和竖直方向都有偏转磁场。这样光点就可以移动，这技术叫扫描。 电子束从最上一行到最下一行扫描一遍，叫做一场，电视机每秒要进行50场扫描，由于人的“视觉暂留”，我们感觉到整个屏幕都在发光。 3.扫描 三、电子束的磁偏转 三、电子束的磁偏转 等离子束 平行金属板 之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，电荷在洛伦兹力偏转运动到两金属板，让两金属板带上等量异种电荷，这样两极板间便产生了电势U,U会不断增大吗？ B v v v v U qE Bqv 当Bqv＝qE 得：U＝Bdv 4.磁流体发电机 三、电子束的磁偏转 平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。请思考它能选择出来多大的速度的粒子？ 若qE=Bqv 粒子将以速度v做匀速直线 即 若 向右偏 若 向左偏 粒子将以速度v做匀速直线 若将粒子从右边射入，粒子还能在速度选择器中做匀速直线运动吗？ 不仅选择速度的大小，还选择速度的方向。 5、速度选择器 三、电子束的磁偏转 6.极光（Aurora），是在地球南北两极附近地区的高空，夜间出现的灿烂美丽的光辉。在南极被称为南极光，在北极被称为北极光。 地球的极光是来自地球磁层或太阳的高能带电粒子流（太阳风）使高层大气分子或原子激发（或电离）而产生。 【典例4】 如图所示,平行金属板间存在匀强电场和匀强磁场.一带电量为+q,质量为m的粒子(不计重力)以速度v水平向右射入,粒子恰沿直线穿过，若带电粒子( ) A．带电量为+2q时,粒子将向下偏转 B．带电量为-2q时,粒子仍能沿直线穿过 C．速度为2v时,粒子从右侧射出时电势能一定增大 D．从右侧向左侧水平射入时,粒子仍能沿直线穿过 BC 三、电子束的磁偏转 四、课堂总结 第2节 磁场对运动电荷的作用力 四、课堂总结 洛伦兹力方向 当 v⊥B时：F=qvB 判断方法：左手定则 洛伦兹力大小 当v//B时：F=0 电子束的磁偏转 磁场对运动电荷的作用力 洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面 当v与B成θ时：F=qvBsinθ 显像管电视机 结构 工作原理 其他应用：速度选择器、磁流体发电机 五、练习与应用 第2节 磁场对运动电荷的作用力 五、练习与应用 1.如图所示为电视机显像管偏转线圈的示意图,当线圈中通以图示方向的直流电流时,形成的磁场如图所示,一束沿着管径轴线射向纸内的电子将 ( 　) A.向上偏转 B.向下偏转 C.向左偏转 D.向右偏转 D 五、练习与应用 2. 如图所示，匀强磁场垂直于平面竖直向上，要使速率相同的电子进入磁场后，受到的洛伦兹力最大，并且洛伦兹力的方向指向轴正方向，那么电子运动方向可能是( ) A．沿轴正方向进入磁场 B．沿轴负方向进入磁场 C．在平面内，沿任何方向进入 D．在平面内，沿某一方向进入 D 五、练习与应用 3 、（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 AB 五、练习与应用 4.显像管的工作原理图如图所示，图中阴影区域没有磁场时，从电子枪发出的电子打在荧光屏正中心的O点。为使电子在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，阴影区域所加磁场的方向是(　　) A.竖直向上　　　　　　　　　 B．竖直向下 C．垂直于纸面向内 D．垂直于纸面向外 D 五、练习与应用 5. 如图所示，从S处发出的热电子经加速电压U加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转，不考虑电子本身的重力。设两极板间电场强度为E，磁感应强度为B。欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是(　　) A．适当减小电场强度E B．适当减小磁感应强度B C．适当增大加速电场的宽度 D．适当减小加速电压U A 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 $