2.磁场对运动电荷的作用力（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洛伦兹力的方向判定、大小计算及电子束磁偏转，通过回顾安培力公式与电流微观表达式，结合极光、CRT显示器实例引导学生猜想磁场对运动电荷的作用力，搭建宏观到微观的学习支架。 其亮点在于融合科学探究（阴极射线管实验观察、电子束偏转视频）与科学思维（从安培力推导洛伦兹力公式），通过典例解析和对比表格强化物理观念。结合显像管、宇宙射线应用体现科学态度，帮助学生建立微观宏观联系，教师可直接用于实验教学和概念辨析。

第一章 安培力与洛伦兹力 人教版（2019）必修 第一册 1.磁场对运动电荷的作用力 目录 学习目标 重点难点 知识回顾 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 1 2 3 4 5 6 7 布置作业 8 2 01 02 03 04 物理观念 能够运用左手定则判断洛伦兹力的方向，理解洛伦兹力与安培力的本质联系，掌握洛伦兹力大小的计算公式。 科学思维 能够通过安培力推导洛伦兹力的表达式，理解宏观与微观物理量的转换逻辑，建立微观粒子运动与宏观现象的联系。 科学探究 能够设计实验观察电子束在磁场中的偏转现象，分析磁场方向与电子束偏转方向的关系，探究显像管中电子束扫描的工作原理。 科学态度与责任 认识洛伦兹力在显像管等现代技术中的应用价值，体会物理学对科技发展的推动作用，培养将物理知识应用于实际问题的意识。 学习目标 教学重点 教学难点 教学重点： 通过左手定则操作实践，掌握洛伦兹力方向的判定方法 通过公式推导与实例计算，理解洛伦兹力大小表达式 f=qvBsin𝜃 教学难点： 理解负电荷受力方向与左手定则中“四指指向”的逻辑关系 通过安培力与洛伦兹力的微观联系，建立宏观与微观力的统一认知 重点难点 知识回顾 2、判断下列图中安培力的方向： F F 方向： 安培力: 1、磁场对通电导线的作用力 大小： 左手定则 θ为B和I 之间的夹角 课堂导入 磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流是电荷的定向运动形成的，由此你会想到了什么？ 磁场可能对运动电荷有力的作用。 导体中的电流是由电荷的定向移动产生的:I=nqsv 电流是如何形成的？ 在极光观测站，科学家们发现来自太阳的带电粒子在地球磁场中划出绚丽的弧光。这些粒子为何不沿直线飞行，而是沿着特定轨迹运动？ 电视机的内部显像管中，电子枪射出的是一束细细的电子束，为什么整个屏幕都能发光？若在电视机附近放置一个很强的磁铁，电视画面将会出现颜色失真的现象，这又是为什么？ 课堂导入 观察阴极射线在磁场中的偏转 如图所示为阴极射线管 玻璃管已经抽成真空。当左右两个电极按图示的极性连接到高压电源时，阴极会发射电子。电子在电场的加速下飞向阳极。挡板上有一个扁平的狭缝，电子飞过挡板后形成一个扁平的电子束。长条形的荧光板在阳极端稍稍倾向轴线，电子束掠射到荧光板上，显示出电子束的径迹。 演示实验 阴极 阳极 狭缝 荧光板 电子束 若在阴阳两极间加上一高电压，阴极中的炽热的金属丝发射出的电子束，将在荧光屏上激发出荧光。 观看视频 观察电子束在磁场中的偏转 探究新知 实验观察到的现象： 1、没磁场，沿直线运动 2、电子流在磁场中发生了偏转，运动轨迹发生弯曲 3、当磁场的方向发生变化时，电子流的弯曲方向也发生了改变 1、磁场对运动电荷有力的作用 2、磁场对运动电荷力的方向与磁场的方向及电荷的运动方向有关 运动电荷在磁场中所受的力——洛伦兹力 结论： 观看视频 01 PART 01 第一部分 洛伦兹力的方向 探究新知 14 磁场对电流有安培力的作用，而电流是由电荷定向运动形成的。所以磁场对电流的安培力可能是磁场对运动电荷的作用力的宏观表现。即： 1.安培力是洛伦兹力的宏观表现． 2.洛伦兹力是安培力的微观本质。 探究新知——思考与讨论 安培力 洛仑兹力 磁场对电流的作用 磁场对运动电荷 的作用力 因 果 微观原因 宏观表现 探究新知 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。 二 磁场B —— 正电荷v—— 洛伦兹力F —— 手掌心 四指 大拇指 负电荷v反方向 —— 洛伦兹力F与v、B三者之间的方向关系 方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的____。 平面 安培力 洛伦兹力 宏观 微观 左手定则运用时的对比 I 的方向 ↓ v的方向（正电荷） ↓ v的反方向（负电荷） （1）以相同速度进入同一磁场的正、负电荷受到的洛伦兹力方向相反; （2）洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面 （3）洛伦兹力对电荷不做功,只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小。 洛伦兹力的特点 【例1】试判断下列图中各带电粒子所受洛伦兹力方向、或带电粒子电性、或带电粒子运动方向。 探究新知——典例解析 v f洛 f洛 v v f洛 + v f洛=0 f洛=0 v B B B B B B ★当带电粒子速度与磁感应强度方向平行时不受洛伦兹力。 垂直纸面向里运动 洛仑兹力垂直纸面向外 特别提醒： 运用左手定则的时候，四指是和正电荷的运动方向相同，与负电荷的运动方向相反。 【例2】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 注意： 当磁场方向和运动方向相同时，正电荷与负电荷所受的洛伦兹力方向相反。 探究新知——典例解析 【例3】如图所示，一束电子流沿管的轴线进入螺线管，忽略重力，电子在管内的运动应该是(　　) A　当从a端通入电流时，电子做匀加速直线运动 B　当从b端通入电流时，电子做匀加速直线运动 C　不管从哪端通入电流，电子都做匀速直线运动 D　不管从哪端通入电流，电子都做匀速圆周运动 【解析】不管通有什么方向的电流，螺线管内部磁场方向始终与轴线平行，带电粒子沿着磁感线运动时不受洛伦兹力，所以应一直保持原运动状态不变。故C正确，A、B、D错误。 C 探究新知——典例解析 【例4】如图所示，电子枪射出的电子束进入示波管，在示波管正下方有竖直放置的通电环形导线，则示波管中的电子束将( ) A.向下偏转 B.向上偏转 C.向纸外偏转 D.向纸里偏转 【解析】由安培定则可知，环形电流产生的磁场在环形电流外侧的磁感线方向垂直纸面向里，电子束由左向右运动，由左手定则可知，电子受到的洛伦兹力方向向下，则电子束向下偏转，故选A。 探究新知——典例解析 A 02 PART 02 第二部分 洛伦兹力的大小 探究新知 24 探究新知 安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛仑兹力是安培力的微观本质 洛伦兹力的大小和安培力大小有什么关系？ 安培力 洛伦兹力 I FA v f洛 f洛 f洛 f洛 f洛 f洛 FA=N·F洛 思考与讨论 宏观 微观 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 洛伦兹力的大小 洛伦兹力公式 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？ 思考与讨论 v B11 B ┴ v v v11 ┴ 为B和v之间的夹角 （1）当v//B时： （2）当 v⊥B时： f洛=Bvq f洛=0 （3）当v既不∥B，又不⊥于B时： f洛=Bvqsinθ 洛伦兹力的大小 （4）当v=0时： f洛=0 (即静止电荷不受洛伦兹力) θ为B和v之间的夹角 洛伦兹力与安培力的关系 F安与f洛本质都是磁场对运动电荷的作用力 安培力是洛伦兹力的宏观体现 洛仑兹力是安培力的微观表现 FA=N·F洛 对电荷不做功 对导体可做功 同方向 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 1.带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力作用。(　 　) 2.若带电粒子经过磁场中某点时所受洛伦兹力为0，则该点的磁感应强度一定为0。(　 　) 3.洛伦兹力对运动电荷一定不做功。(　 　) 4.带电粒子在A点受到的洛伦兹力比在B点大，则A点的磁感应强度比B点的大。(　 　) 5.洛伦兹力在特殊情况下可能与带电粒子的速度方向不垂直。 ( 　) 概念辨析 × × √ × × 【例5】关于电场和磁场对电荷的作用力，下列说法正确的是(　　) A　洛伦兹力对运动电荷一定不做功 B　带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力作用 C　正电荷在电场中所受电场力的方向就是电场强度的方向 D　正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向就是磁感应强度的方向 AC 探究新知——典例解析 探究新知——典例解析 【解析】洛伦兹力与速度方向垂直，则对运动电荷一定不做功，选项A正确；带电粒子在磁场中运动时，若速度方向与磁场方向平行，则不受洛伦兹力作用，选项B错误；正电荷在电场中所受电场力的方向就是电场强度的方向，选项C正确；正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向与磁感应强度的方向垂直，选项D错误；故选A、C。 03 PART 03 第三部分 电子束的磁偏转 探究新知 36 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。 显像管的构造 （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? （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？ 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. 思考与讨论 2．流程：(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．原理：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，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发光. 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？ 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。 思考与讨论 若在电视机附近放置一个很强的磁铁， 电视画面将会出现颜色失真的现象 原因是外加磁场影响了射线的运动轨迹 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。 极光的形成 课堂小结 一. 洛伦兹力的方向：左手定则 二. 洛伦兹力的大小： （θ为B与v夹角） （B⊥v） 三. 电子束的磁偏转 v F v F B v B B B v 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 课堂练习 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 B 课堂练习 课堂练习 【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。 课堂练习 3. 下列说法正确的是( ) A.电荷在电场中一定受到电场力的作用，在磁场中一定受到洛伦兹力的作用 B.同一电荷所受电场力大的地方，该处电场强度一定强 C.同一电荷所受洛伦兹力大的地方，该处磁感应强度一定强 D.电场强度为0的地方，电势也一定为0 B 课堂练习 4. 下列说法正确的是( ) A.在电场中，电荷所受电场力为零的点，电场强度 也一定为零 B.在电场中，电荷电势能为零的点，电场强度 也一定为零 C.在磁场中，运动电荷所受洛伦兹力为零的点，磁感应强度 也一定为零 D.在磁场中，所受安培力为零的通电直导线所在直线上，磁感应强度 也 一定处处为零 A 课堂练习 5.（多选）如图所示，用细线吊一个质量为 的带电绝缘小球，小球处于 匀强磁场中，空气阻力不计。小球分别从 点和 点向最低点 运动，当 小球两次经过 点时 ( ) A.小球的动能相同 B.细线所受的拉力相同 C.小球所受的洛伦兹力相同 D.小球的向心加速度大小相同 AD 课堂练习 6.(2023·海南卷)如图所示，带正电的小球竖直向下射入垂直纸面向里的匀强磁场，关于小球运动和受力下列说法正确的是(　 　) A．小球刚进入磁场时受到的洛伦兹力水平向右 B．小球运动过程中的速度不变 C．小球运动过程的加速度保持不变 D．小球受到的洛伦兹力对小球做正功 A 课堂练习 【解析】带正电的小球竖直向下射入垂直纸面向里的匀强磁场中，小球受洛伦兹力和重力的作用做曲线运动，根据左手定则，可知小球刚进入磁场时受到的洛伦兹力水平向右，A正确；速度的方向时刻变化，B错误；重力始终竖直向下，洛伦兹力始终与速度方向垂直，且速度方向时刻变化，合力方向时刻变化，根据牛顿第二定律，加速度的方向时刻变化，C错误；洛伦兹力始终与速度方向垂直，根据功的定义，洛伦兹力永不做功，D错误。 7.如图所示，空间存在垂直于纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，场内有一绝缘的足够长的直杆，它与水平面的倾角为θ，一带电荷量为－q、质量为m的小球套在直杆上，从A点由静止沿杆下滑，小球与杆之间的动摩擦因数为μ，在小球以后的运动过程中，下列说法正确的是（ ） A.小球的加速度一直在减小 B.小球的速度先增大后不变 C.小球下滑的最大加速度为am＝gsin θ BC 课堂练习 8.如图所示，斜面上表面光滑绝缘，倾角为θ，斜面上方有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。现有一个质量为m、带电荷量为＋q的小球在斜面上被无初速度释放，假设斜面足够长，重力加速度为g，求小球从释放开始，下滑多远后离开斜面。 课堂练习 探究新知——典例解析 【解析】mgsin θ＝ma f洛＋FN－mgcos θ＝0 f洛＝qvB 布置作业 课本P10.练习与应用 1、2、3 谢谢聆听 谢谢聆听 D.小球下滑的最大速度vm＝ 答案　 x＝ 联立以上各式解得x＝。 $