1.2 磁场对运动电荷的作用力 课件（38张PPT）人教版（2019）选择性必修第二册

(共38张PPT)
1.2磁场对运动电荷的作用力
运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力
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，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
负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反
2. 试判断图 1.2-10 所示的带电粒子刚进入磁场时所受到的洛伦兹力的方向。
v
v
洛伦兹力的大小
安培力是洛伦兹力的宏观表现
1、洛伦兹力的方向与带电粒子的运动方向有什么关系？
2、洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么影响？
3、洛伦兹力对带电粒子做的功是多少？
思考与讨论：
【随堂挑战1】初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子初速度方向如图，试讨论：
（1）电子的偏转情况（左偏或者右偏）
（2）电子运动速率变化情况
（3）电子所受洛伦兹力大小变化情况
电子束的磁偏转
显像管中有一个电子枪，工作时它能发射高速电子。撞击荧光屏，就能发光。可是，很细的一束电子打在荧光屏上只能使一个点发光，要使整个荧光屏发光，就要靠磁场来使电子束偏转了。
垂直纸面向外
垂直纸面向内
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图 1.2-8 那样不断移动，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。
【随堂挑战2】如图所示，一表面粗糙的倾角θ＝37°的绝缘斜面，处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁场的磁感应强度 B＝4 T。一质量m＝0.02 kg、带电荷量q＝0.01 C的带正电物体(可视为质点)从斜面上的某点由静止开始下滑，斜面足够长，物体在下滑过程中克服摩擦力做的功Wf＝0.08 J。g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，求：
(1)物体在斜面上运动的最大速率；
(2)物体沿斜面下滑的最大距离。
4m/s
2m
【随堂挑战1】用绝缘细线悬挂一个质量为m、带正电的小球，置于如图所示的匀强磁场中，当小球偏离竖直方向在垂直于磁场方向摆动时，如果细线始终绷紧，不计空气阻力，则前后两次通过最低点时相比较，相同的物理量是(　 　)
A．小球受到的洛伦兹力 B．小球的向心加速度
C．细线的拉力 D．小球的动能
【随堂挑战2】甲、乙是竖直面内两个相同的半圆形光滑轨道，M、N为两轨道的最低点，匀强磁场垂直于甲轨道平面，匀强电场平行于乙轨道平面，两个完全相同的带正电小球a、b分别从甲、乙两轨道的右侧最高点由静止释放，在它们第一次到达最低点的过程中，试讨论：
（1）a球下滑的时间与b球下滑的时间关系？
（2）a、b两球的机械能是否守恒？
（3）a球到M点的速度b球到N点的速度的关系？
（4）a球对M点的压力与b球对N点的压力的关系？
【随堂挑战4】如图所示，三根通电长直导线P、Q、R互相平行，垂直纸面放置，其间距均为a，电流大小均为I，方向垂直纸面向里(已知电流为 I 的长直导线产生的磁场中，距导线r处的磁感应强度，其中k为常数)。某时刻有一质子(质量为m、电荷量为e)正好经过坐标原点O，速度大小为v，方向沿y轴正方向，求质子此时所受的洛伦兹力？
3. 在图 1.2-11 所示的平行板器件中，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。试证明带电粒子具有速度 时，才能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器。
速度选择器，粒子的重力不计：
1、与粒子的电荷量、电性无关。
2、只与粒子的速度有关
4. 一种用磁流体发电的装置如图 1.2-12 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？
B板
C
运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力
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，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
【随堂挑战4】如图所示，一个带正电荷q 的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B。若小带电体的质量为m，为了使它对水平绝缘面正好无压力，应该( )
A.使B的数值增大 B.使磁场以速率向上移动
C.使磁场以速率向右移动 D.使磁场以速率向左移动
D
重点理解：洛伦兹力中“”是指磁场与运动电荷之间的相对速度。
【随堂挑战3】如图所示，在示波器下方有一根与示波器轴线平行放置的通电直导线，直导线中的电流方向向右，在该电流的影响下，试讨论示波器中的电子束的偏转情况以及速率变化情况。
(示波器内两个偏转电场的偏转电压都为零，不考虑地磁场的影响)
9．如图所示，甲是带正电的物块，乙是不带电的绝缘物块，甲、乙叠放在一起，置于粗糙的水平地板上，地板上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场，现用一水平恒力F拉乙物块，使甲、乙无相对滑动一起向左加速运动，在加速运动阶段(　　)
A．甲、乙两物块间的摩擦力保持不变 B．甲、乙两物块间的摩擦力不断增大
C．甲、乙两物块间的弹力不断增大 D．乙物块与地面之间的摩擦力不断减少
10.高大建筑上都有一竖立的避雷针，用以把聚集在云层中的电荷导入大地。在赤道某地两建筑上空，有一团带负电荷的乌云经过其正上方时，发生放电现象，如图所示，则此过程中地磁场对避雷针的作用力的方向是( )
A．向东 B．向南 C．向西 D．向北
C
11.图中 a、b、c、d 为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示。一带正电荷的粒子从正方形中心 O 点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是( )
A．向上 B．向下 C．向左 D．向右
B
C
1. 电子的速率 v ＝ 3.0×106 m/s，沿着与磁场垂直的方向射入 B＝0.10 T 的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力多大？
拓展：电子的质量，求其所受洛伦兹力和重力的比值。
B
AD
AD
如图所示为磁流体发电机的原理图，将一束等离子体（带有等量正、负离子的高速离子流）喷射入磁场，在磁场中有两块金属板A、B。这时金属板上就会聚集电荷，产生电压。如果等离子体速度为v，两金属板间距离d，板的正对面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与速度方向垂直，负载电阻为R。当发电机稳定发电时，电路中有电动势。两块金属板A、B间也有电阻，理想电流表A的电流为I，下列说法正确的是（　　）
C
【电磁流量计】某一种污水流量计工作原理可以简化为如图所示模型，废液内含有大量正、 负离子，从直径为 d 的圆柱形容器右侧流入，左侧流出。流量值 Q 等于单位时间通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里、磁感应强度为 B 的匀强磁场，下列说法正确的是( )
A．带电离子所受洛伦兹力方向由 M 指向 N
B．M 点的电势高于 N 点的电势
C．污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速
D．只需要测量 M、N 两点间的电压就能够推算废液的流量
D
霍尔效应这一现象是美国物理学家霍尔于1879年发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差被称为霍尔电势差。
霍尔元件广泛应用于测量和自动控制等领域，霍尔元件一般用半导体材料制成，有的半导体中的载流子（自由电荷）是自由电子，有的半导体中的载流子是空穴（相当于正电荷）。如图所示为用半导体材料制成的霍尔元件的工作原理示意图，厚度为 h，宽度为 d，当磁场方向与电流方向垂直时，在导体上下表面会产生电势差，下列说法正确的是（　　）
A．若元件的载流子是自由电子，上表面的电势低于下表面电势
B．若元件的载流子是空穴，上表面的电势低于下表面电势
C．保持电流 I 不变，仅增大 h 时，上下表面的电势差增大
D．保持电流 I 不变，仅增大 d 时，上下表面的电势差增大
A
5. 我们已经知道，垂直于匀强磁场磁感线的通电导线所受的安培力 F ＝ IlB，由此，我们用来定义磁感应强度。同样，运动方向垂直于匀强磁场磁感线的带电粒子所受的洛伦兹力 F ＝ qvB，由此也可以用洛伦兹力来定
义磁感应强度，这样得到磁感应强度的定义式是怎样的？把这个定义式与电场强度的定义式进行对比，这两个定义式的差别在哪里？通过对这两个定义式的对比，你能获得哪些认识？
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，当小球从最高处摆到最低处，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：