大单元教学1.2 磁场对运动电荷的作用力（2019人教版）课件
文档属性
| 名称 | 大单元教学1.2 磁场对运动电荷的作用力（2019人教版）课件 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 82.8MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-12-29 10:22:56 | ||
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文档简介
(共42张PPT)
人教版（2019）高中物理选择性必修第一册
1.2 磁场对运动电荷的作用力
授课人：XXXX
大单元教学设计
洛伦兹力的方向
洛伦兹力的大小
电子束的磁偏转
目录
CONTENTS
典例与练习
大单元知识回顾
电荷的定向移动形成电流，既然磁场对电流有作用力，那么磁场对定向运动的电荷有没有力的作用呢？
磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流是电荷的定向运动形成的，由此你会想到了什么？
磁场可能对运动电荷有力的作用。
导体中的电流是由电荷的定向移动产生的:I=nqsv
电流是如何形成的？
运动的带电宇宙粒子形成
01
1、定义：运动电荷在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力
2、安培力与洛伦兹力的关系
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
安培力
洛仑兹力
磁场对电流的作用
磁场对运动电荷的作用
因
果
微观原因
宏观表现
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。
一.洛伦兹力
洛伦兹力的方向
阴极射线管
若在阴阳两极间加上一高电压，阴极中的炽热的金属丝发射出的电子束，将在荧光屏上激发出荧光。
阴极
阳极
狭缝
荧光板
电子束
【演示实验】
观察阴极射线在磁场中的偏转
如图所示的玻璃管已经抽成真空。当左右两个电极按图示的极性连接到高压电源时，阴极会发射电子。电子在电场的加速下飞向阳极。挡板上有一个扁平的狭缝，电子飞过挡板后形成一个扁平的电子束。长条形的荧光板在阳极端稍稍倾向轴线，电子束掠射到荧光板上，显示出电子束的径迹。
运动电荷在磁场中所受的力——洛伦兹力
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、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的方向或负电荷运动的反方向，这时拇指所指的方向就是该电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
二
二.洛伦兹力的方向-------左手定则
2、说明：
伸开左手：
磁感线——垂直穿入手心
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
结论：洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直F⊥B，又跟电方荷的运动方向垂直F⊥v，故洛伦兹力的方向总是垂直于磁感线和运动电荷所在的平面，即：F洛⊥Bv平面
v
F
v
F
v
F
v
F
B
v
B
B
B
v
甲
乙
丙
丁
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垂直于
纸面向外
F垂直于
纸面向外
× × ×
× × ×
× × ×
+
× × ×
× × ×
× × ×
V
V
+
V
V
V
+
V
FL
+
V
垂直纸面向外
垂直纸面向里
+
V
FL
FL
FL
FL=0
FL=0
对点训练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.
B
V
F
+
q
F
V
B
F垂直纸面向外，V
+
思考
安培力的大小
02
安培力与洛伦兹力
洛伦兹力的大小
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。
[推导]
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
1、洛伦兹力的计算公式
当电荷运动的方向与磁场方向垂直时（v⊥B）：F洛＝qvB.
上式中各量的单位：
F洛为N，q为C，v为m/s，B为T
F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力
问题：若带电粒子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢？
为B和v之间的夹角
v
B11
B
┴
v
v
v11
┴
（1）洛伦兹力与安培力的关系
①安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力是安培力的微观本质.
②洛伦兹力对电荷不做功，但安培力却可以对导体做功.
2、分析归纳
③大小关系：F安＝NF洛（N是导体中运动的电荷数）
④方向关系：F安与F洛方向相同
⑤F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力
（2）洛伦兹力的大小：F＝qvBsin θ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角.
①当θ＝90°时，v⊥B，sin θ＝1，F＝qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大.
②当v∥B 时，θ＝0°，sin θ＝0，F＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力.
③当电荷静止于磁场中时（v =0）: F洛＝0 (即静止电荷不受洛伦兹力)
3.洛伦兹力和电场力的比较：
比较项目 洛伦兹力F 电场力F
性 质
产生条件
大 小
磁场对在其中运动电荷的作用力
电场对放入其中电荷的作用力
v≠ 0且v不与B平行
电场中的电荷一定受到电场力作用
F ＝qvB(v⊥B)
F ＝qE
力方向与场 方向的关系
做功情况
力F为零时 场的情况
作用效果
一定是F⊥B，F⊥v
正电荷与电场方向相同，负电荷与电场方向相反
任何情况下都不做功
可能做正功、负功或不做功
F为零，B不一定为零
F为零，E一定为零
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
例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。
CD
对点训练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．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
对点训练3.如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向。
显像管
03
电子束的磁偏转
安培力与洛伦兹力
一. 原理：
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。
1、主要构造:
电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏组成
显像管
二.应用：电视显像管
课堂研讨：
（1）要使电子打在A点,偏转磁场应该沿什么方向
（2）要使电子打在B点,偏转磁场应该沿什么方向
垂直纸面向外
垂直纸面向里
（3）要使电子从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该怎样变化？
先垂直纸面向外并逐渐减小,后垂直纸面向里并逐渐增大.
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时发光．
3．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．
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．
4、电视显像管的工作原理
正负电子对撞机
正负电子对撞机
认识极光：
认识极光：
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。
+
+
以正电荷为例
04
课 堂 练习
安培力与洛伦兹力
1.已知一质子以5×107m/s的速度沿上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？
解：f=qvBcos30=1.3ⅹ10-11N
2.一初速度为零的质子（质量m=1.67×10-27kg，电荷量q=1.6×10-19C）经过电压3340V的电场加速后，垂直进入磁感应强度为5.0×10-4T的匀强磁场中，质子所受到的洛伦兹力是多大？
3．科学家预言，自然界存在只有一个磁极的磁单极子，磁单极子N的磁场分布如图甲所示，它与如图乙所示正点电荷Q的电场分布相似。假设磁单极子N和正点电荷Q均固定，有相同的带电小球分别在N和Q附近 (图示位置)沿水平面做匀速圆周运动，则下列判断正确的是( )
A从上往下看，图甲中带电小球一定沿逆时针方向运动
B从上往下看，图甲中带电小球一定沿顺时针方向运动
C从上往下看，图乙中带电小球一定沿顺时针方向运动
D从上往下看，图乙中带电小球一定沿逆时针方向运动
【解析】根据圆周运动的受力条件可以从图乙中判断带电小球带的一定是负电，且在电场中小球的运动方向与电场力的方向无关；由甲图中洛仑兹力方向，根据左手定则可知，从上往下看，带电小球一定沿逆时针方向运动。故选A。
A
摆球在最低点时的速度方向不同，洛伦兹力方向不同，绳受到的拉力大小不同
注：图中摆球向右摆时，
附：当摆球从角度α释放向左摆时线上拉力T=？(略)
4.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，当小球从图中最高处放开摆到最低处，摆线上拉力T多大？
摆球在运动中洛伦兹力不做功，由动能定理得：
解析：
课堂小结
课堂小结
人教版（2019）高中物理选择性必修第一册
1.2 磁场对运动电荷的作用力
授课人：XXXX
大单元教学设计
洛伦兹力的方向
洛伦兹力的大小
电子束的磁偏转
目录
CONTENTS
典例与练习
大单元知识回顾
电荷的定向移动形成电流，既然磁场对电流有作用力，那么磁场对定向运动的电荷有没有力的作用呢？
磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流是电荷的定向运动形成的，由此你会想到了什么？
磁场可能对运动电荷有力的作用。
导体中的电流是由电荷的定向移动产生的:I=nqsv
电流是如何形成的？
运动的带电宇宙粒子形成
01
1、定义：运动电荷在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力
2、安培力与洛伦兹力的关系
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
安培力
洛仑兹力
磁场对电流的作用
磁场对运动电荷的作用
因
果
微观原因
宏观表现
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。
一.洛伦兹力
洛伦兹力的方向
阴极射线管
若在阴阳两极间加上一高电压，阴极中的炽热的金属丝发射出的电子束，将在荧光屏上激发出荧光。
阴极
阳极
狭缝
荧光板
电子束
【演示实验】
观察阴极射线在磁场中的偏转
如图所示的玻璃管已经抽成真空。当左右两个电极按图示的极性连接到高压电源时，阴极会发射电子。电子在电场的加速下飞向阳极。挡板上有一个扁平的狭缝，电子飞过挡板后形成一个扁平的电子束。长条形的荧光板在阳极端稍稍倾向轴线，电子束掠射到荧光板上，显示出电子束的径迹。
运动电荷在磁场中所受的力——洛伦兹力
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、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的方向或负电荷运动的反方向，这时拇指所指的方向就是该电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
二
二.洛伦兹力的方向-------左手定则
2、说明：
伸开左手：
磁感线——垂直穿入手心
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
结论：洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直F⊥B，又跟电方荷的运动方向垂直F⊥v，故洛伦兹力的方向总是垂直于磁感线和运动电荷所在的平面，即：F洛⊥Bv平面
v
F
v
F
v
F
v
F
B
v
B
B
B
v
甲
乙
丙
丁
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垂直于
纸面向外
F垂直于
纸面向外
× × ×
× × ×
× × ×
+
× × ×
× × ×
× × ×
V
V
+
V
V
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FL
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V
垂直纸面向外
垂直纸面向里
+
V
FL
FL
FL
FL=0
FL=0
对点训练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.
B
V
F
+
q
F
V
B
F垂直纸面向外，V
+
思考
安培力的大小
02
安培力与洛伦兹力
洛伦兹力的大小
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。
[推导]
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
1、洛伦兹力的计算公式
当电荷运动的方向与磁场方向垂直时（v⊥B）：F洛＝qvB.
上式中各量的单位：
F洛为N，q为C，v为m/s，B为T
F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力
问题：若带电粒子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢？
为B和v之间的夹角
v
B11
B
┴
v
v
v11
┴
（1）洛伦兹力与安培力的关系
①安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力是安培力的微观本质.
②洛伦兹力对电荷不做功，但安培力却可以对导体做功.
2、分析归纳
③大小关系：F安＝NF洛（N是导体中运动的电荷数）
④方向关系：F安与F洛方向相同
⑤F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力
（2）洛伦兹力的大小：F＝qvBsin θ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角.
①当θ＝90°时，v⊥B，sin θ＝1，F＝qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大.
②当v∥B 时，θ＝0°，sin θ＝0，F＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力.
③当电荷静止于磁场中时（v =0）: F洛＝0 (即静止电荷不受洛伦兹力)
3.洛伦兹力和电场力的比较：
比较项目 洛伦兹力F 电场力F
性 质
产生条件
大 小
磁场对在其中运动电荷的作用力
电场对放入其中电荷的作用力
v≠ 0且v不与B平行
电场中的电荷一定受到电场力作用
F ＝qvB(v⊥B)
F ＝qE
力方向与场 方向的关系
做功情况
力F为零时 场的情况
作用效果
一定是F⊥B，F⊥v
正电荷与电场方向相同，负电荷与电场方向相反
任何情况下都不做功
可能做正功、负功或不做功
F为零，B不一定为零
F为零，E一定为零
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
例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。
CD
对点训练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．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
对点训练3.如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向。
显像管
03
电子束的磁偏转
安培力与洛伦兹力
一. 原理：
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。
1、主要构造:
电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏组成
显像管
二.应用：电视显像管
课堂研讨：
（1）要使电子打在A点,偏转磁场应该沿什么方向
（2）要使电子打在B点,偏转磁场应该沿什么方向
垂直纸面向外
垂直纸面向里
（3）要使电子从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该怎样变化？
先垂直纸面向外并逐渐减小,后垂直纸面向里并逐渐增大.
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时发光．
3．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．
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．
4、电视显像管的工作原理
正负电子对撞机
正负电子对撞机
认识极光：
认识极光：
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。
+
+
以正电荷为例
04
课 堂 练习
安培力与洛伦兹力
1.已知一质子以5×107m/s的速度沿上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？
解：f=qvBcos30=1.3ⅹ10-11N
2.一初速度为零的质子（质量m=1.67×10-27kg，电荷量q=1.6×10-19C）经过电压3340V的电场加速后，垂直进入磁感应强度为5.0×10-4T的匀强磁场中，质子所受到的洛伦兹力是多大？
3．科学家预言，自然界存在只有一个磁极的磁单极子，磁单极子N的磁场分布如图甲所示，它与如图乙所示正点电荷Q的电场分布相似。假设磁单极子N和正点电荷Q均固定，有相同的带电小球分别在N和Q附近 (图示位置)沿水平面做匀速圆周运动，则下列判断正确的是( )
A从上往下看，图甲中带电小球一定沿逆时针方向运动
B从上往下看，图甲中带电小球一定沿顺时针方向运动
C从上往下看，图乙中带电小球一定沿顺时针方向运动
D从上往下看，图乙中带电小球一定沿逆时针方向运动
【解析】根据圆周运动的受力条件可以从图乙中判断带电小球带的一定是负电，且在电场中小球的运动方向与电场力的方向无关；由甲图中洛仑兹力方向，根据左手定则可知，从上往下看，带电小球一定沿逆时针方向运动。故选A。
A
摆球在最低点时的速度方向不同，洛伦兹力方向不同，绳受到的拉力大小不同
注：图中摆球向右摆时，
附：当摆球从角度α释放向左摆时线上拉力T=？(略)
4.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，当小球从图中最高处放开摆到最低处，摆线上拉力T多大？
摆球在运动中洛伦兹力不做功，由动能定理得：
解析：
课堂小结
课堂小结