人教版选修二 1.2 磁场对运动电荷的作用力 课件（24张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版选修二 1.2 磁场对运动电荷的作用力 课件（24张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 22.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-08-06 17:15:09 | ||
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文档简介
(共24张PPT)
1.2磁场对运动电荷的作用力问题导入
我们知道，磁场对通电导线有作用力；我们还知道，带电粒子的定向移动形成了电流。那么，磁场对运动电荷有作用力吗？如果有，力的方向和大小又是怎样的呢？
阴极射线管——观察电子束运动轨迹的装置
一、洛伦兹力的方向
观察电子束在磁场中的偏转
演 示
无磁场时电子束是一条直线
磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。
演 示
观察电子束在磁场中的偏转
实验表明，电子束受到磁场的力的作用，径迹发生了弯曲。运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。
1.洛伦兹力与安培力的关系
导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力的宏观表现
安培力大小等于各个运动电荷所受洛伦兹力的矢量和
磁场对电流的作用
安培力
洛伦兹力
磁场对运动电荷的作用
宏观
微观
F安=N·F洛
B
v
F洛
洛伦兹力垂直于B垂直于v，
即垂直于Bv所在的平面
洛伦兹力的方向与电子的运动方向并不在同一条直线上，导致了电子运动方向变化。
实验表明运动的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向，与运动方向和磁感应强度的方向都垂直。
B
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
I
F
左手定则
微观正电荷
v
同样符合左手定则
F洛
安培力
洛伦兹力
思考与讨论
2.洛伦兹力的方向
F洛
v
左手定则：
手掌垂直磁感线
四指正电荷运动方向
拇指正电荷受力方向
负电荷受力方向与正电荷受力方向相反
v
F洛
S
N
I
电子束就向上弯曲，与实验结果一致。
课堂练习
例1：试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向
F
F
F 垂直于纸面向外
F 垂直于纸面向外
v
B
v
B
v
B
v
B
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。
二、洛伦兹力的大小
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=90时
垂直：F洛 = qvB
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
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。
例2：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：
课堂练习
在图 示的平行板器件中，电场强度 E 和磁感应强度 B 相互垂直。具有不同水平速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，所以叫作速度选择器。
1.试证明带电粒子具有速度 v ＝ E/B 时，才能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器.
器件一：速度选择器.
2.带电粒子具有速度 v ＝ E/B 时，右端水平进入磁场，能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器吗？
器件二：磁流体发电
一种用磁流体发电的装置如图 所示。平行金属板 A、B 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，A、B 两板间便产生电压。如果把 A、B 和用电器连接，A、B 就是一个直流电源的两个电极。
（1） A、B 板哪一个是电源的正极
（2） 若 A、B 两板相距为 d，板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为 B，等离子体以速度 v 沿垂直于 B 的方向射入磁场，这个发电机的电动势是多大？
例1：在下图所示的各图中，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和方向。
答案：(1)qvB 垂直v向左上方 (2)qvB 垂直纸面向里 (3)不受洛伦兹力 (4)qvB 垂直v向左上方
答案：AC
例3如图所示，磁流体发电机的极板相距 d＝0.2m，极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，B＝1.0T。外电路中可变负载电阻R用导线与极板相连。电离气体以速率v＝1100m/s沿极板射入，极板间电离气体等效内阻r＝0.1Ω，试求此发电机的最大输出功率为多大？
例4
答案：D
课堂小结
1.洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力
2.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
3.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。但是B与v不一定垂直。
4.左手定则：
手掌垂直磁感线
四指正电荷运动方向
拇指正电荷受力方向
5.F洛 = qvBsin θ
θ=0时
平行：F洛＝0
θ=90时
垂直：F洛 = qvB
1.2磁场对运动电荷的作用力问题导入
我们知道，磁场对通电导线有作用力；我们还知道，带电粒子的定向移动形成了电流。那么，磁场对运动电荷有作用力吗？如果有，力的方向和大小又是怎样的呢？
阴极射线管——观察电子束运动轨迹的装置
一、洛伦兹力的方向
观察电子束在磁场中的偏转
演 示
无磁场时电子束是一条直线
磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。
演 示
观察电子束在磁场中的偏转
实验表明，电子束受到磁场的力的作用，径迹发生了弯曲。运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。
1.洛伦兹力与安培力的关系
导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力的宏观表现
安培力大小等于各个运动电荷所受洛伦兹力的矢量和
磁场对电流的作用
安培力
洛伦兹力
磁场对运动电荷的作用
宏观
微观
F安=N·F洛
B
v
F洛
洛伦兹力垂直于B垂直于v，
即垂直于Bv所在的平面
洛伦兹力的方向与电子的运动方向并不在同一条直线上，导致了电子运动方向变化。
实验表明运动的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向，与运动方向和磁感应强度的方向都垂直。
B
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
I
F
左手定则
微观正电荷
v
同样符合左手定则
F洛
安培力
洛伦兹力
思考与讨论
2.洛伦兹力的方向
F洛
v
左手定则：
手掌垂直磁感线
四指正电荷运动方向
拇指正电荷受力方向
负电荷受力方向与正电荷受力方向相反
v
F洛
S
N
I
电子束就向上弯曲，与实验结果一致。
课堂练习
例1：试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向
F
F
F 垂直于纸面向外
F 垂直于纸面向外
v
B
v
B
v
B
v
B
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。
二、洛伦兹力的大小
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=90时
垂直：F洛 = qvB
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
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。
例2：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：
课堂练习
在图 示的平行板器件中，电场强度 E 和磁感应强度 B 相互垂直。具有不同水平速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，所以叫作速度选择器。
1.试证明带电粒子具有速度 v ＝ E/B 时，才能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器.
器件一：速度选择器.
2.带电粒子具有速度 v ＝ E/B 时，右端水平进入磁场，能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器吗？
器件二：磁流体发电
一种用磁流体发电的装置如图 所示。平行金属板 A、B 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，A、B 两板间便产生电压。如果把 A、B 和用电器连接，A、B 就是一个直流电源的两个电极。
（1） A、B 板哪一个是电源的正极
（2） 若 A、B 两板相距为 d，板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为 B，等离子体以速度 v 沿垂直于 B 的方向射入磁场，这个发电机的电动势是多大？
例1：在下图所示的各图中，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和方向。
答案：(1)qvB 垂直v向左上方 (2)qvB 垂直纸面向里 (3)不受洛伦兹力 (4)qvB 垂直v向左上方
答案：AC
例3如图所示，磁流体发电机的极板相距 d＝0.2m，极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，B＝1.0T。外电路中可变负载电阻R用导线与极板相连。电离气体以速率v＝1100m/s沿极板射入，极板间电离气体等效内阻r＝0.1Ω，试求此发电机的最大输出功率为多大？
例4
答案：D
课堂小结
1.洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力
2.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
3.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。但是B与v不一定垂直。
4.左手定则：
手掌垂直磁感线
四指正电荷运动方向
拇指正电荷受力方向
5.F洛 = qvBsin θ
θ=0时
平行：F洛＝0
θ=90时
垂直：F洛 = qvB