1.3洛伦兹力 课件 高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第二册（18张PPT）

第三节 洛伦兹力
第一章 磁场
【知识回顾】
1.电流是怎样形成的?
电荷的定向移动形成电流
2.磁场对电流有力的作用吗？
有，这力叫安培力
【进行猜想】
1.磁场对电荷有力的作用吗？
应当有
2.是谁首先发现的？
洛伦兹，所以这种力叫洛伦兹力
一、认识洛伦兹力
1.实验：
(1)当没有外磁场时，阴极射线管中的电子束沿＿＿前进；
(2)当磁场方向与电子束前进方向垂直时，电子束
运动径迹发生＿＿，表明磁场对电子束产生了＿＿＿。
2.定义：人们将磁场对＿＿＿＿产生的作用力称为洛伦兹力。
直线
弯曲
作用力
运动电荷
洛伦兹力实验.mp4
一、认识洛伦兹力
3.本质：安培力是洛伦兹力的＿＿＿＿，而洛伦兹力是安培力的＿＿＿＿，即F=＿＿。
－
v
f
－
v
f
－
v
f
－
v
f
－
v
f
－
v
f
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .
. . . . . . . . .
I
F安
微观解释
宏观表现
Nf
二、洛伦兹力的方向
1.实验表明：电子偏转方向与＿＿＿＿、电子＿＿＿＿有关；
(1)当运动电荷的速度方向与磁场方向＿＿时，运动电荷不受洛伦兹力；
(2)当运动电荷的速度方向与磁场方向＿＿时，运动电荷受到洛伦兹力，其方向既与磁场方向＿＿，又与速度方向＿＿。
向上偏转
向下偏转
磁场方向
运动方向
平行
垂直
垂直
垂直
无磁场
不偏转
+
v
二、洛伦兹力的方向
2.左手定则：伸开左手，使大拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿入＿＿，并使＿＿指向
正电荷的运动方向，这时＿＿所指的方向就是正电荷
在该磁场中所受洛伦兹力的方向。
【说明】
①若运动电荷是正电荷，四指跟运动电荷方向＿＿；
②若运动电荷是负电荷，四指跟运动电荷方向＿＿。
手心
四指
拇指
一致
相反
伸开左手，掌心向北，四指电流，拇指受力。
二、洛伦兹力的方向
3.作用效果：
(1) 洛伦兹力只改变速度的＿＿，不改变速度的＿＿，洛伦兹力对电荷＿＿＿；
(2)洛伦兹力对电荷只起＿＿＿的作用，故只
在洛伦兹力的作用下，电荷将作＿＿＿＿运动。
× × × × ×
× × × × ×
× × × × ×
× × × × ×
× × × × ×
× × × × ×
v
f
方向
大小
不做功
向心力
匀速圆周
三、洛伦兹力的大小
1.理论推导：在匀强磁场中，磁感应强度大小为 B，通电导线中电流方向与磁场方向垂直。设长为 L 的导线内定向移动的电荷数为N，导线所受安培力为 F，每个电荷所受洛伦兹力为f，
由安培力与洛伦兹力的关系，有＿＿＿
根据安培力表达式，有＿＿＿
根据电流公式，有＿＿＿
设自由电荷定向移动的速度为v，
每个电荷所带电量为q，有＿＿＿，＿＿＿，则＿＿＿。
F=Nf
F=BIL
????=????????
?
Q=Nq
L=vt
f=qvB
三、洛伦兹力的大小
2.计算公式：
(1)当v⊥B时,则f =＿＿＿；
(2)当v∥B或v=0时，则 f =＿＿；
(3)当v与B的夹角为任意角度θ时，则f =＿＿＿＿＿。
v
B
f
+
v
θ
B
f
+
qvBsinθ
qvB
0
洛伦兹力f与安培力F的区别与联系
区别
研究对象
洛伦兹力是指＿＿＿＿＿＿运动时所受的磁场力，而安培力是指＿＿＿＿所受到的磁场力
做功情况
洛伦兹力＿＿＿＿，而安培力＿＿＿＿＿
联系
意义
洛伦兹力是安培力的＿＿＿＿，而安培力是洛伦兹力的＿＿＿＿
大小
＿＿＿，其中N是导体中定向运动的总电荷数
方向
洛伦兹力与安培力的方向＿＿，均可用＿＿＿＿进行判断
单个带电粒子
通电导线
恒不做功
可以做功
微观解释
宏观表现
F＝Nf
一致
左手定则
【归纳小结】
例题 如图所示，来自太阳和其他星体的宇宙射线含有大量高能带电粒子，幸好由于地磁场的存在而改变了这些带电粒子的运动方向，使很多带电粒子不能到达地面，避免了其对地面上生命的危害。已知北京上空某处由南指向北的磁感应强度为 1.2 ×10－4T，
如果有一速率v=5.0 ×105m/s、电量 q=1.6 ×10－19
C 的质子竖直向下运动穿过此处的地磁场。
(1)此时该质子受到的洛伦兹力是多大? 向哪个方向偏转?
(2) 在地球两极处地磁场方向可近似认为垂直于地面，在赤道处地磁场方向可近似认为由地理南极指向地理北极，那么，地球两极处和赤道处相比，哪个区域地磁场对高能带电粒子的阻挡效果更好?为什么?
解：(1) 质子所受的洛伦兹力
f=qvB =1.6 ×10－19 ×5.0 ×105×1.2 ×10－4N=9.6 ×10－18N
根据左手定则可知，质子受到的洛伦兹力
由西向东，因此质子向东偏转。
(2) 由于地球两极处地磁场可近似认为
垂直于地面，因此竖直向下的带电粒子运动
方向与两极处的磁场方向平行，在南北两极不受洛伦兹力，地磁场对宇宙射线的阻挡效果较弱。而在赤道附近，地磁场的方向由地理南极指向地理北极，带电粒子运动方向与磁场的方向垂直，带电粒子受到了洛仑兹力的作用，所以对宇宙射线的阻挡效果强。
【课堂练习】
1.(多选)运动电荷进入磁场后(无其他场)，可能做( 　 )
A．匀速圆周运动 B．匀速直线运动
C．匀加速直线运动 D．平抛运动
2.如图所示，在竖直绝缘的水平台上，一个带正电的小球以水平速度v0抛出，落在地面上的A点，若加一垂直纸面向里的匀强磁场，小球仍能落到地面上，则小球的落点(　　)
A．仍在A点 B．在A点左侧
C．在A点右侧 D．无法确定
AB
C
【课堂练习】
3.对下列各图中带电粒子所受洛伦兹力的方向或带电粒子的带电性判断错误的是( )
A.洛伦兹力
方向竖直向上
B.洛伦兹力方向垂直纸面向里
C.粒子带负电
D.洛伦兹力方向垂直纸面向外
C
【课堂练习】
4.如图所示，一带负电荷的滑块从粗糙的绝缘斜面的顶端，由静止状态开始滑至底端时速度为v。若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，则它滑至底端时的速率与v相比(　　)
A．不变　 B．变大 C．变小 D．不能确定
θ
C
【课堂练习】
5.如图已知一质子以5×107m/s的速度沿如图所示方向进入磁感应强度B=2T的匀强磁场中，质子受的洛伦兹力为多大？ (结果保留两位有效数字)
解：质子所受的洛伦兹力为
f = qvBsin（90?+30?）
＝qvBcos30?
=1.4×10-11N
B
【课堂练习】
6.沿水平方向放置的平行金属板的间距为d，两板之间是磁感应强度为B的匀强磁场，如图所示，一束在高温下电离的气体(等离子体)，以v射入磁场区，在两板上会聚集电荷出现电势差，求：
(1)M、N两板各聚集何种电荷？
(2)M、N两板间电势差可达多大？
-
解：(1)正负离子在磁场中受洛伦兹力的作用，由左手定则可知，
正电荷向M聚集，负电荷向N聚集，所以M带正电，N带负电
(2)电荷平衡时，洛伦兹力与电场力平衡，有 qE=qvB
则M、N两板间电势差 U=Ed=Bvd
【课堂练习】
7.如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一与磁感线垂直且水平放置的长为L的摆线，拉一质量为m、带电荷量为＋q的摆球．试求摆球向左通过最低位置时绳上的拉力F。
解：
摆球运动到最低点时的速度为v，
摆球在最低点时，
由于在运动中洛伦兹力不做功，由动能定理得
摆线的拉力为
向心力为
洛伦兹力为
mg
qvB
F
v