1.2 磁场对运动电荷的作用力(42页) 课件- 2022-2023学年物理人教版（2019）选修二

(共42张PPT)
第一章 安培力与洛伦兹力
第二节 磁场对运动电荷的作用力
学习目标
知道什么是洛伦兹力，以及安培力和洛伦兹力的区别　
01
知道什么是洛伦兹力，会用左手定则判断洛伦兹力的方向。　
02
掌握洛伦兹力公式的推导过程，会用公式分析求解洛伦兹力。　
03
01
洛伦兹力
亨得里克·安顿·洛伦兹(Hendrik Antoon Lorentz,1853~1928)，荷兰物理学家、数学家，电子论的创立者。
1902年与彼德·塞曼同共荣获诺贝尔物理学奖。
1、安培力的定义：
磁场对通电导线的作用力
方向：
左手定则
大小：
I
F
F=BILsinθ
复 习 引 入
磁场对运动电荷有作用力吗？
由此我们是否可以猜想：安培力可能是磁场作用在电荷上的力？
电荷的定向移动形成电流
定义：运动电荷在磁场中受到的力。
洛伦兹力
洛伦兹力与安培力的关系：
安培力
洛伦兹力
宏观表现
微观本质
02
洛伦兹力的方向
洛伦兹力与安培力的关系
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
洛伦兹力的方向
我们知道安培力的方向是用左手定则判断
那么洛伦兹力会不会有同样的判断方式呢？
物理学中规定正电荷定向移动方向为电流方向
所以我们可以用判断安培力方向的方式判断正电荷洛伦兹力的方向
左手定则：
伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷的运动方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。负电荷受力的方向与正电荷手力方向相反。
判断洛伦兹力的方向
v
f
正电荷洛伦兹力方向判断
练习1 初速度为v0的电子沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图所示，则(　　)
A．电子将向右偏转，速率不变
B．电子将向左偏转，速率改变
C．电子将向左偏转，速率不变
D．电子将向右偏转，速率改变
A
洛伦兹力方向的特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v所决定的平面。
思考：B和V一定垂直吗？
无论磁感应强度B的方向与电荷运动的速度方向是否垂直，洛伦兹力的方向一定垂直于B和v所决定的平面。
　练习2试判断图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向，其中垂直于纸面指向纸外的是
(　　)
A　 　 B　　　　 C　　　　 D
C
对洛伦兹力的方向的理解
决定洛伦兹力方向的三个因素：电荷的正负、速度方向、磁感应强度的方向。
当电性一定时，其他两个因素决定洛伦兹力的方向，如果只让一个反向，则洛伦兹力必定反向；
如果让两个同时反向，则洛伦兹力方向不变。
练习3．三种不同粒子a、b、c从O点沿同一方向在垂直纸面向里的匀强磁场中的运动轨迹分别如图所示，则(　　)
A．粒子a一定带正电
B．粒子b一定带正电
C．粒子c一定带正电
D．粒子b一定带负电
A
练习4如图为说明电视机显像管偏转线圈作用的示意图。当线圈中通过图示方向的电流时，一束沿中心轴线O自纸内射向纸外的电子流将(　　)
A．向左偏转　　　　
B．向右偏转
C．向上偏转
D．向下偏转
B
03
洛伦兹力的大小
洛伦兹力的大小
洛伦兹力和安培力有某种联系，所以我们根据安培力推导洛伦兹力
如图所示，设有一段长度为L的通电导线，垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中。若导线中的电流为I，则该导线所受的安培力大小为
F安＝ILB。
（1）通电导线中的电流
（2）通电导线所受的安培力
（3）这段导线内的自由电荷数
（4）每个电荷所受的洛伦兹力
设有一段长为L，横截面积为S的直导线，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，自由电荷定向移动的速率为 v。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求
探究通电导线中单个电荷所受的洛伦兹力：
(v⊥B)
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
当 v∥B 时， F洛 = 0
F=Bqvsinθ
（θ为B为v的夹角）
洛伦兹力 电场力
产生条件 (1)电荷相对于磁场运动 (2)运动方向与磁场方向不平行 只要电荷在电场中，就一定受到电场力的作用
大小 F＝qvBsin θ F＝qE
洛伦兹力和电场力的大小
洛伦兹力 电场力
作用效果 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
做功特点 永不做功 可做功，也可不做功
练习5关于电场力与洛伦兹力，以下说法正确的是(　　)
A．电荷只要处在电场中，就会受到电场力，而电荷静止在磁场中，也可能受到洛伦兹力
B．电场力对在电场中的电荷一定会做功，而洛伦兹力对在磁场中的电荷却不会做功
C．电场力与洛伦兹力一样，受力方向都在电场线和磁感线上
D．只有运动的电荷在磁场中才会受到洛伦兹力的作用
D
练习6带电油滴以水平向右的速度v0垂直进入磁场，恰做匀速直线运动，如图所示，若带电油滴质量为m，磁感应强度为B，则下述说法正确的是(　　)
A．油滴必带正电荷，电荷量为mg/v0B
B．油滴必带正电荷，比荷为q/m＝q/v0B
C．油滴必带负电荷，电荷量为mg/v0B
D．油滴带什么电性都可以，只要满足q＝mg/v0B
C
练习7在如图所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度大小均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q，则下列各图中带电粒子所受洛伦力的大小表达正确的是（ 　 ）
A．图（1）中洛伦兹力大小为
B．图（2）中洛伦兹力大小为
C．图（3）中洛伦兹力大小为0
D．图（4）中洛伦兹力大小为
BCD
04
洛伦兹力的生活应用
电视显像管的工作原理
构造：如图所示，由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。
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发光。
3．扫描：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。
4．偏转线圈：使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的。
不同信号产生不同偏转磁场
从而使电子打在不同地方
产生不同图像
拓展：霍尔元件
1879 年，美国物理学家霍尔观察到，在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体中能够自由移动的带电粒子在洛伦兹力的作用下，向着与电流、磁场都垂直的方向漂移，继而在该方向上出现了电势差。后来大家把这个现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差或霍尔电压。
霍尔元件
定义：在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差，这种现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差（霍尔电压）．
I＝nqvS，S＝hd 联立得
式中的比例系数 称为霍尔系数．
练习8.截面为矩形的载流金属导线置于磁场中，导线中电流方向向右，如图所示，将出现下列哪种情况(　　)
A．在b表面聚集正电荷，而a表面聚集负电荷
B．在a表面聚集正电荷，而b表面聚集负电荷
C．开始通电时，电子做定向移动并向b偏转
D．两个表面电势不同，a表面电势较高
A
练习9.某霍尔元件是一个长度为a、宽度为b、厚度为d的金属导体。如图所示，当该元件所处空间加有与上下表面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场，且通以图示方向的电流I时，前后表面之间产生的霍尔电压为U。设电子的电荷量为e。该元件单位体积内的自由电子数为n，下述关系正确的是（　　）
B
05
课后练习
1两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1∶4，电荷量之比为1∶2，则两带电粒子受洛伦兹力之比为(　　)
A．2∶1　　　
B．1∶1　　
C．1∶2　　
D．1∶4
C
2.如图所示，阴极射线管(A为其阴极)放在蹄形磁铁的N、S两极间，当阴极射线管与高压直流电源相连接时，从A射出电子束，在磁场的作用下发生偏转，以下说法正确的是(　　)
A．A接直流高压电源的正极，电子束向上偏转
B．A接直流高压电源的正极，电子束向下偏转
C．A接直流高压电源的负极，电子束向上偏转
D．A接直流高压电源的负极，电子束向下偏转
D
3．下列说法中正确的是(　　)
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、方向均不变
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．粒子在只受到洛伦兹力作用下运动的动能、速度均不变
B
4.地磁场如图所示，有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将(　　)
A．向南偏转
B．向北偏转
C．向东偏转
D．向西偏转
C
5.如图所示，绝缘细线连接一带负电的摆球，在一匀强磁场中摆动，匀强磁场的方向垂直纸面向里，摆球在A、B间摆动过程中，小球每次通过 最低点时(　　)
A．小球受到的拉力相同
B．小球的速度相同
C．小球的加速度相同
D．小球受到的洛伦兹力相同
C
6．笔记本电脑趋于普及，电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件，当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图，一块宽为a、厚为b、长为c的矩形半导体霍尔元作，元件内单位体积自由电子数为n，电子电量大小为e，通入方向向右，大小为I的电流，此时显示屏闭合，元件处于垂直于上表面、方向向上，大小为B的匀强磁场中，前后表面间出现大小为U的电压，以此控制屏幕的熄灭。则关于该元件的说法不正确的是
A
THANKS