1.2磁场对运动电荷的作用力（共27张ppt）

(共27张PPT)
★极光是一种绚丽的自然现象，通常出现在地球的南、北极区域，是“太阳风”经过地球时在地磁场作用下发生偏转形成的。
1.2 磁场对运动电荷的作用力
一、洛伦兹力的方向
演示：观察电子束在磁场种的偏转
阴极射线管
实验说明什么问题？
磁场对运动电荷有力的作用－－洛伦兹力
这个力的方向与磁场方向有关
磁场对电流施加的安培力是作用在运动电荷上的，因此
安培力是磁场对运动电荷作用力的――宏观表现，
而磁场对运动电荷的作用力是安培力的――微观原因
F
B
-
V
B
V
-
F
洛伦兹力方向的判断
左手定则：
1、磁场垂直穿过掌心
2、四指指向正电荷运动方向
3、大拇指指向洛仑兹力方向
F洛
v
＋
B
负电荷受力方向与正电荷受力方向相反
v
F洛
我们曾经用左手定则判定安培力的方向。能不能用类似的方法判定运动电荷的受力方向
S
N
I
电子束就向上弯曲，与实验结果一致。
练习1: 请判断下图中的带电粒子在磁场中运动时所受的洛伦兹力的方向。
-
+
＋
V
F
B
-
V
F
B
V
B
F
V
B
F
F1
V1
F2
V2
F3
V3
带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？
思考与讨论
洛伦兹力与静电力的对比
洛伦兹力 静电力
大小 F＝qvB（v⊥B） F＝qE
与速度的关系 v＝0或v∥B时，F＝0。 与速度无关。
力与场的方向的关系 一定是F⊥B，F⊥v，F方向由左手定则判定。 正电荷受力方向与电场方向相同，负电荷受力方向与电场方向相反。
做功情况 任何情况下都不做功。 可能做正功、负功，也可能不做功。
作用效果 只改变电荷的速度方向，不改变速度大小。 可以改变电荷速度的大小和方向。
练习2、(多选)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
【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。
AC
二、洛伦兹力的大小
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？
1、设静止导线中定向运动的带电粒子的速度都是v，单位体积的粒子数为n。算出一段导线中的粒子数，这就是在时间t内通过横截面S的粒子数。如果每个粒子的电荷量记为q，由此可以算出q与电流I的关系。
I=nqsv
2、写出这段长为vt的导线所受的安培力F安。
F安=BIL
=B·nqsv·vt
3、求出每个粒子所受的力，它等于洛伦兹力F洛。这时许多中间量，如n、v、s、t等都应不再出现。
电荷量为q的粒子以速度v运动时，如果速度方向与磁感应强度方向垂直，那么粒子所受的洛伦兹力为：
F洛 = qvB
单位:
磁感应强度→T
力→N
电荷量→C
速度→m/s
②当 v∥B 时： F洛 = 0
①当 v垂直B时：
F洛 = qvB
若带电粒子不垂直也不平行射入磁场，粒子受到的洛伦兹力又如何呢
v2
v1
v
θ
③当速度方向与磁场方向的夹角为θ时：
F洛 = qvBsin θ
参照讨论安培力一般式时的方法：
θ=0 时
平行：F洛＝0
θ=900时
垂直：F洛 = qvB
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。
D
C．在赤道附近，地磁场将使垂直射向地球表面的带正电的宇宙射线略向南偏
D．在赤道附近，地磁场将使垂直射向地球表面的带正的电宇宙射线略向东偏
练习3、从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线中含有大量的高能带电粒子，若它们在毫无阻挡的情况下到达地球，将对地球上的生命造成巨大危害。下列关于地磁场和上述宇宙射线的相关说法中，正确的是（ ）
B．在赤道附近，地磁场将使垂直射向地球表面的带正电的宇宙射线略向北偏
A．在赤道附近，地磁场将使垂直射向地球表面的带正电的宇宙射线略向西偏
C.地磁场对宇宙射线的阻挡作用各处相同
D.地磁场对宇宙射线无阻挡作用
练习4、从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线中含有高能带电粒子，若到达地球，对地球上的生命将带来危害.如图为地磁场的分布图，关于地磁场对宇宙射线有无阻挡作用的下列说法中，正确的是（ ）
B.地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强，两极地区最弱
A.地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在南北两极最强，赤道附近最弱
B
三、电子束的磁偏转
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。显像管电视机中就应用了电子束磁偏转的原理。
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、如果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
垂直纸面向外
2、如果要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向？
垂直纸面向里
3、如果要使电子束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？
思考与讨论
先垂直纸面向外并逐渐减小,后垂直纸面向里并逐渐增大
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。
我国的电视机每秒要进行50场扫描，所以我们才看到整个屏幕都是亮的。
练习5、在图所示的平行板器件中，电场强度E和感应强度B相互垂直。具有不同水平度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。试证明带电粒子具有速度 时，才能沿着图示座线路径通过这个速度选择器。
解：由电场特性知带正电粒子受到向下的电场力，大小是F电=qE。
由左手定则知收到的向上的洛伦兹力，大小F洛=qVB
F洛
F电
当两者大小相等时，粒子才沿图示的直线运动，即：
1.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
目标检测
2.如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向。
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
4、电荷量为＋q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的是( )
A．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同
B．如果把＋q改为-q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小方向不变
C．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直
D．粒子的速度一定变化
B