物理人教版（2019）选择性必修第二册 1.2 磁场对运动电荷的作用力（共25张ppt）

(共25张PPT)
1.2 磁场对运动电荷的作用力
温故知新
磁场对通电导线（电流）有作用力
导体中的电流是由电荷的定向移动产生
问题：磁场是否对运动电荷有力的作用？
F安
【演示实验】观察阴极射线在磁场中的偏转
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
结论：
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
阴极射线管的原理：
从阴极发射出来的电子，在阴阳两极间的高压作用下，使其加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹
1、定义：运动电荷在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力
2、洛伦兹力与安培力的关系
（2）安培力是洛伦兹力的宏观表现，是洛伦兹力的结果。
（1）洛伦兹力是安培力的微观本质，是安培力的原因。
一、洛伦兹力的方向
一.洛伦兹力
洛伦兹是荷兰物理学家、数学家。1853年7月18日生于阿纳姆。1870年入莱顿大学学习数学、物理学，1875年获博士学位。25岁起任莱顿大学理论物理学教授，达35年。洛伦兹是经典电子论的创立者。他以电子概念为基础来解释物质的电性质，并从电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用，即洛伦兹力。
洛伦兹(Lorentz force)简介：
二
二.洛伦兹力的方向-------左手定则
1、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方向或负电荷运动反方向，这时拇指所指方向就是该电荷在磁场中所受洛伦兹力方向。
-
F
v
+
F
v
2、左手定则理解：
（1）左手拇指和四指垂直且共面
（2）磁感线:手心入手背出
（3）四指：指向电流方向
①指向正电荷运动方向
②指向负电荷运动反方向
（4）大拇指：洛伦兹力方向
3、洛伦兹力的特点：
（1）沿相同方向进入同一磁场的正、负电荷受到的洛伦兹力方向相反;
（2）无论v和B是否垂直，都有F洛⊥Bv平面
（3）由于洛伦兹力始终和速度v方向垂直，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。
例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
+
V



F
+
V
-
V
-
V
F
F
垂直纸面向里
垂直纸面向外
+
V
垂直纸面向里
F=0
（1）洛伦兹力F方向由B、v方向和电荷q的正负三个因素决定，满足；
“一反则反，二反则同，三反则反”
（2）v⊥B时，F、B、V方向、q的正负已知任意三个可以判断第四个。
+
V
F
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
A
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。
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
二、洛伦兹力的大小
1、洛伦兹力的计算公式
（2）若带电粒子速度v与磁场B夹角为θ时：
v
B11
B┴
v
v┴
v11
（1）当电荷运动的方向与磁场方向垂直时（v⊥B）：F洛＝qvB.
B┴可理解为有效磁场
v┴可理解为有效速度
（3）洛伦兹力F＝qvBsin θ的物理量理解：
①q为带电粒子所带电荷量；
②v为带电粒子在磁场中运动速度大小；
③B为磁感应强度；
④θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角.
（4）洛伦兹力F＝qvBsin θ的大小理解：
①当v⊥B，F＝qvB，洛伦兹力最大；
②当v∥B 时，F＝0，不受洛伦兹力，最小；
③当电荷静时（v =0）: F洛＝0 ，即磁场对静止电荷不产生力的作用。
洛伦兹力 安培力 电场力
性质
条件
大小
方向
做功
F=0
作用效果
2.洛伦兹力和安培力、电场力的比较：
磁场对运动电荷的力
电场对电荷的力
磁场对电流的力
v≠ 0且v不与B平行
电场对电荷一定有力作用
I≠ 0且I不与B平行
F ＝qvBsinθ
F ＝qE
F ＝BILsinθ
F⊥Bv平面
F正与E同，F负与E反
F⊥BI平面
不做功
能做功
能做功
F为零，B不一定为零
F为零，E一定为零
F为零，B不一定为零
只改变电荷速度方向
可改变电荷速度
可改变导体速度
1、(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
AC
2、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．相同电荷在磁场中运动的速度大小相同，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，则洛伦兹力不变
C．洛伦兹力一定与电荷速度垂直，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
三、电子束的磁偏转
一、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，粒子受到洛伦兹力的作用，从而发生偏转。
二、应用：电视显像管
显像管
1、主要构造:
（1）电子枪（阴极），发射电子。
（2）偏转线圈、产生垂直纸面向里或向外的偏转磁场。
（3）荧光屏：被电子束撞击时发光。
× × × ×
× × × ×
× × × ×



【思考与讨论】
（1）要使电子打在O点,偏转磁场大小如何
（2）要使电子打在A点,偏转磁场应该沿什么方向
（3）要使电子打在B点,偏转磁场应该沿什么方向
（4）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
先垂直纸面向外并逐渐减小,后垂直纸面向里并逐渐增大.
垂直纸面向里
B=0
在偏转区的磁场有水平和竖直方向的偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点就像如图所示那样不断移动，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在发光．
3、电视显像管的工作原理
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。
宇宙射线和极光
太阳风（带电亚原子颗粒流）大约每秒400公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏向地磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩，形成极光
1、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
2、来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将( )
A．竖直向下沿直线射向地面
B．相对于预定地面向东偏转
C．相对于预定点稍向西偏转
D．相对于预定点稍向北偏转
B
V
v
南
北
东
西
B
（3）摆球在最低点时速度反向，洛伦兹力反向，拉力大小不同
【例题】如图所示，摆长为L的单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线始终绷紧，若摆球带正电，电量为q质量为m，磁感应强度为B，α<5°,求
（1）当小球从最高处放开第一次摆到最低处经历的时间
（2）小球第一次摆到最低处摆线上拉力多大？
（3）小球第二次摆到最低处摆线上拉力多大？
（2）摆球在运动中洛伦兹力不做功，机械能守恒：
（1）摆球在摆动时洛伦兹力不改变回复力，周期不变：
谢谢 再见！