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30张ppt）
文档属性
| 名称 | 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30张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 15.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-09-22 20:14:53 | ||
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文档简介
(共30张PPT)
1.2 磁场对运动电荷的作用力
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？
演示：按照右图所示进行实验。
抽成真空的玻璃管左右两个电极分别连接到高压电源两极时，阴极会发射电子。电子在电场的加速下飞向阳极。
1、没有磁场时，观察电子束如何偏转
2、如果在电子束的路径上施加磁场，电子束的径迹是否会发生弯曲？如果改变磁场方向呢？
视频：观察电子束在磁场中的偏转
电子束在磁场中的偏转
1.在电子束的路径上施加磁场，电子束的径迹会发生弯曲
2.改变磁场方向，电子束会向相反方向弯曲
现象：
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(Lorentz force)。通电导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力 的宏观表现。
洛伦兹力的方向用左手定则判断
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；
①让磁感线从 掌心垂直进入，
②并使四指指向正电荷运动的方向，
③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
手掌
垂直磁感线
拇指
正电荷受力方向
四指
正电荷运动方向
正电荷运动方向
负电荷运动的反方向
洛伦兹
试判断下列图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向、或带电粒子的电性、或带电粒子的运动方向。
v
F洛
F洛
B
垂直于纸面向里运动
B
v
B
v
F洛
B
+
v
B
v
B
洛仑兹力垂直于纸面向外
-
F洛=0
F洛=0
安培力
洛伦兹力
I
FA
v
F洛
F洛
F洛
F洛
F洛
F洛
宏观
微观
FA=N·F洛
安培力是洛伦兹力的宏观表现:大量运动电荷受力
洛伦兹力是安培力的微观本质:一个运动电荷受力
导线中电流的方向与磁场方向垂直时，安培力的大小为
F=ILB。这种情况下，导线中的电荷定向运动的方向也
与磁场方向垂直。
安培力是洛伦兹力的宏观表现
既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，那么我们是否可以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， 单位体积内的粒子数为n。算出图中一段导线中的粒子数，这就是在时间l内通过横截面S的粒子数。粒子的 电荷量记为q，由此可以算出q与电流i的关系。
洛伦兹力的大小
I=qsvtn/t
I=qsvn
2.写出这段长为vt的导线所受的安培力F。
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、S、t等都应不再出现。
推导时仍然可以认为做定向运动的电荷是正电荷，所得结果具有普遍性。
F=BIvt=Bqsvnvt
F洛=F/vtsn=qvB
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B 的方向垂直，那么粒子受到的洛伦兹力为
F ＝ qvB
问题:若带电粒子不垂直射入磁场,粒子受到的洛伦兹力又如何呢
B
θ为B和v
之间的夹角
V
B⊥
B∥
F ＝ qvB
F ＝ qvBsin θ
总结
（1）当v//B时：
（2）当 v⊥B时：
F洛=qvB
F洛=0
（3）当v既不∥B，又不⊥于B时：
（分解B或v）
F洛=qvBsinθ
单位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T)
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
电视显像管的工作原理
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.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？
2.要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向？
3.要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？
垂直纸面向外
垂直纸面向里
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，因此电子束打在荧光屏上的光点就像不断移动，这在显示技术中叫作扫描（scanning）。
电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场，电视机中的显像管每秒要进行 50 场扫描，所以我们感到整个荧光屏都在发光。
例.一初速度为零的质子,质量m=1.67×10-27 kg,电荷量q=1.6×
10-19 C,经过电压为1 880 V的电场加速后,垂直进入磁感应强度为5.0×10-4 T的匀强磁场中,求质子所受洛伦兹力的大小。
质子受到的洛伦兹力F=Bqv=4.8×10-17 N。
答案 4.8×10-17 N
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。
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.
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？
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？
视频：极光
极光是来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球磁场迫使其中一部分沿着磁场线集中到南北两极，当它们进入极地大于80千米的高层大气时，与大气中的原子和分子碰撞并激发，从而释放能量，同时产生光芒，形成围绕磁场的大圆圈，它是一种绚丽多彩的发光现象。
极光的形成原因
小 结
2、洛伦兹力的大小：
1、洛伦兹力的方向——左手定则
（2）当v // B， F=0
（1）当v B， F=Bqv
1.2 磁场对运动电荷的作用力
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？
演示：按照右图所示进行实验。
抽成真空的玻璃管左右两个电极分别连接到高压电源两极时，阴极会发射电子。电子在电场的加速下飞向阳极。
1、没有磁场时，观察电子束如何偏转
2、如果在电子束的路径上施加磁场，电子束的径迹是否会发生弯曲？如果改变磁场方向呢？
视频：观察电子束在磁场中的偏转
电子束在磁场中的偏转
1.在电子束的路径上施加磁场，电子束的径迹会发生弯曲
2.改变磁场方向，电子束会向相反方向弯曲
现象：
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(Lorentz force)。通电导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力 的宏观表现。
洛伦兹力的方向用左手定则判断
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；
①让磁感线从 掌心垂直进入，
②并使四指指向正电荷运动的方向，
③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
手掌
垂直磁感线
拇指
正电荷受力方向
四指
正电荷运动方向
正电荷运动方向
负电荷运动的反方向
洛伦兹
试判断下列图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向、或带电粒子的电性、或带电粒子的运动方向。
v
F洛
F洛
B
垂直于纸面向里运动
B
v
B
v
F洛
B
+
v
B
v
B
洛仑兹力垂直于纸面向外
-
F洛=0
F洛=0
安培力
洛伦兹力
I
FA
v
F洛
F洛
F洛
F洛
F洛
F洛
宏观
微观
FA=N·F洛
安培力是洛伦兹力的宏观表现:大量运动电荷受力
洛伦兹力是安培力的微观本质:一个运动电荷受力
导线中电流的方向与磁场方向垂直时，安培力的大小为
F=ILB。这种情况下，导线中的电荷定向运动的方向也
与磁场方向垂直。
安培力是洛伦兹力的宏观表现
既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，那么我们是否可以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， 单位体积内的粒子数为n。算出图中一段导线中的粒子数，这就是在时间l内通过横截面S的粒子数。粒子的 电荷量记为q，由此可以算出q与电流i的关系。
洛伦兹力的大小
I=qsvtn/t
I=qsvn
2.写出这段长为vt的导线所受的安培力F。
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、S、t等都应不再出现。
推导时仍然可以认为做定向运动的电荷是正电荷，所得结果具有普遍性。
F=BIvt=Bqsvnvt
F洛=F/vtsn=qvB
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B 的方向垂直，那么粒子受到的洛伦兹力为
F ＝ qvB
问题:若带电粒子不垂直射入磁场,粒子受到的洛伦兹力又如何呢
B
θ为B和v
之间的夹角
V
B⊥
B∥
F ＝ qvB
F ＝ qvBsin θ
总结
（1）当v//B时：
（2）当 v⊥B时：
F洛=qvB
F洛=0
（3）当v既不∥B，又不⊥于B时：
（分解B或v）
F洛=qvBsinθ
单位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T)
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
电视显像管的工作原理
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.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？
2.要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向？
3.要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？
垂直纸面向外
垂直纸面向里
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，因此电子束打在荧光屏上的光点就像不断移动，这在显示技术中叫作扫描（scanning）。
电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场，电视机中的显像管每秒要进行 50 场扫描，所以我们感到整个荧光屏都在发光。
例.一初速度为零的质子,质量m=1.67×10-27 kg,电荷量q=1.6×
10-19 C,经过电压为1 880 V的电场加速后,垂直进入磁感应强度为5.0×10-4 T的匀强磁场中,求质子所受洛伦兹力的大小。
质子受到的洛伦兹力F=Bqv=4.8×10-17 N。
答案 4.8×10-17 N
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。
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.
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？
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？
视频：极光
极光是来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球磁场迫使其中一部分沿着磁场线集中到南北两极，当它们进入极地大于80千米的高层大气时，与大气中的原子和分子碰撞并激发，从而释放能量，同时产生光芒，形成围绕磁场的大圆圈，它是一种绚丽多彩的发光现象。
极光的形成原因
小 结
2、洛伦兹力的大小：
1、洛伦兹力的方向——左手定则
（2）当v // B， F=0
（1）当v B， F=Bqv