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26张ppt）

(共26张PPT)
1.2磁场对运动电荷的作用力
为什么极光只在地球南北两极出现？
从宇宙深处射来的带电粒子在地球的两极引起极光
问题1：磁场对通电导线的作用力的大小和方向？
大小：F＝BILsinθ
方向：左手定则
问题2：电流是如何形成的？
磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的作用力的宏观表现，也就是说磁场可能对运动电荷有力的作用。
温故知新
磁场对运动电荷有力的作用吗
由上述的两个问题你能够想到什么？
问题
F
v
F
v
磁场对运动电荷有作用力吗
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.运动电荷在磁场中受到的力叫洛伦兹力.
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
一、洛伦兹力
安培力和洛伦兹力有什么联系？
洛伦兹力的方向
洛伦兹力的方向如何判断？
左手定则
左手定则：磁感线穿掌心，四指指向电流的方向，大拇指所指的方向就是安培力的方向。
判断安培力的方向
正电荷定向移动的方向
判断洛伦兹力的方向
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运动的方向（负电荷运动的反方向），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。
负电荷所受洛伦兹力的方向与正电荷受力方向相反
· · · · · · · · · · · ·
· · · · · ·
· · · · · ·
+
v
F
2.洛伦兹力方向
—
v
F
I
——左手定则
伸开左手：
磁感线——从手心穿入
四指——
大拇指——所受洛伦兹力的方向
①指向正电荷的运动方向
②指向负电荷运动的反向
F洛⊥B，F洛⊥v，
F洛⊥Bv平面
思考：洛伦兹力会对带电粒子做功吗？会不会改变粒子速度大小吗？
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
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
洛伦兹力的本质
安培力是洛伦兹力的宏观体现
洛伦兹力是安培力的微观描述
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）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：
洛伦兹力的大小
安培力大小等于各个自由电荷所受洛伦兹力的合力
（B与V垂直)
（1）当B┴v时，F洛=qvB
[问题]若带电粒子与磁场成 角射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢？
为B和
v之间的夹角
B
v
B⊥
B∥
（2）当B//v时，F洛=0
（3）当B与v夹角为 时，F洛=qvBsin
v
① 当电荷运动的方向与磁场方向垂直时: F洛＝qvB
② 若带电粒子速度v与磁场B夹角为θ时：F洛＝qvB sinθ
1. 洛伦兹力的计算公式
2. 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
③当电荷静时( v =0 ): F洛＝0 (磁场对静止电荷不产生力的作用)
三、洛伦兹力的大小
3.洛伦兹力特点
①只改变运动电荷速度的方向，不改变大小。
②洛伦兹力不做功。
洛伦兹力的大小
洛伦兹力与电场力
洛伦兹力
电场力
性质
产生条件
方向
大小
作用效果
磁场对运动电荷的作用力
电场对电荷的作用力
磁场中运动方向不与磁场方向平行的运动电荷
电场中的任何电荷
F⊥B、F⊥v（左手定则）
正电荷同向，负电荷反向
F=qvBsinθ
(θ ：B与IL间）
F=qE
只改变速度方向，
不改变速度大小
即可以改变速度方向，也可以改变速度大小
洛伦兹力与安培力
洛伦兹力
安培力
性质
产生条件
方向
大小
作用效果
磁场对运动电荷的作用力
磁场对通电导线的作用力
磁场中运动方向不与磁场方向平行的运动电荷
磁场中不与磁场平行的导线
F⊥B、F⊥v（左手定则）
F⊥B、F⊥I
（左手定则）
F=qvBsinθ
(θ ：B与IL间）
F=BIL sinθ
只改变速度方向，
不改变速度大小
可对整根导线做功
三、磁场的性质
①对磁极有力的作用：
②对通电导线有力的作用：
③对运动电荷有力的作用：
小磁针N极的受力方向
F安⊥ B、I所决定平面
F安=ILBsinθ
B：匀强磁场
L：始末两点间有效长度
θ ：B与IL间的夹角
F洛⊥ B、v所决定平面
F洛=qvBsin
原理：应用电子束磁偏转的道理
四、电视显像管的工作原理
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.
例1、如图，在平行板电容器中（电场强度为E，磁感应强度为B），具有某一速度v的带正电粒子q将沿虚线通过不发生偏转。试求出带电粒子具有的速度v？
实际应用： 一、速度选择器
拓展1：若q为负，V从左向右，
还能作速度选择器用吗？
拓展3：若V从右向左呢？
拓展4：若B、V同时反向呢？
拓展2：若只改变粒子的带电量呢？
F洛
F电
当F电＝ F洛 时，粒子才沿图示的直线运动，即：
知识归纳：
1、速度选择器只对选择的粒子的速度有要求，而对粒子的质量、电荷量大小及带电正、负无要求.
2、当 时，粒子向F洛方向偏转，F电做负功，粒子的动能减小，电势能增大.
3、当 时，粒子向F电方向偏转，F电做正功，粒子的动能增大，电势能减小.
其原理是：等离子体喷入磁场，正、负离子分别聚集到B、A板上，产生电势差。
实际应用： 二、磁流体发电机
设板间距离为d，当等离子体以速度v通过板间，A板上聚集的电荷达到稳定时。求电势差E
受力平衡：E场q=Bqv，
即E场=Bv，
故E=E场d=Bdv。
[课堂练习]
1、电子的速率v=3.0×106m/s，沿着与磁场垂直的方向射入B=0.10T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？
4.8*10-14N
2、当一带正电q的粒
子以速度v沿螺线管中
轴线进入该通电螺线管，
若不计重力，则( )
A. 带电粒子速度大小改变
B. 带电粒子速度方向改变
C. 带电粒子速度大小不变
D. 带电粒子速度方向不变
B
CD
3、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. 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. 粒子的速度一定变化
B
4、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
v
B
5、在图所示的平行板之间，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
叫做速度选择器.若带正电粒子入射速度
则下列说法正确的是( )
A. 粒子动能一定增加，电场力做正功
B. 粒子所受洛伦兹力一定增大，洛伦兹
力做正功
C. 粒子动能一定减少，洛伦兹
力不做功
D. 电场力不做功，洛伦兹力做
正功
+ + + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - -
B
E
+q
A