6.2 磁场对运动电荷的作用—鲁科版高中物理选修3-1课件 (共35张PPT)

(共35张PPT)
第
2
节
磁场对运动电荷的作用
第6章
磁场对电流和运动电荷的作用
知识回顾
安培力的大小
判断下图安培力的受力方向：
B,I平行：
B,I垂直：
FA=0
FA=BIL
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？
导体中的电流是由电荷的定向移动产生的
新课引入
猜想：磁场可能对运动电荷有力的作用。
实验验证
荧光板
电子束
阴极
狭缝
阳
极
阴极射线管：电子束在两极之间的电场力的作用下从阴极飞向阳极.这个管子叫做电子射线管.为了显示电子束运动的情况,管内装有长条形的荧光屏,屏上的物质受到电子的撞击时能够发光。
1.当电子射线管的周围不存在磁场时，电子的运动轨迹是直线
2.当电子射线管的周围存在磁场时，电子的运动轨迹是曲线，表明：运动电荷受到磁场的作用力.
一、磁场对运动电荷有力的作用吗？
实验结论
阴极射线在磁场中的偏转
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。
磁场对电流有安培力的作用,而电流是由电荷定向运动形成的,且磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用.所以磁场对电流的安培力就是磁场对运动电荷的洛伦兹力的宏观表现。
二、洛伦兹力：
1、定义：运动电荷在磁场中受到的作用力叫做洛伦兹力
问题：为什么磁场对通电导线有作用力？
洛伦兹（1853—1928）
洛伦兹，荷兰物理学家，首先提出磁场对运动电荷有作用力的观点。
洛伦兹创立了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，1902年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从1945年起，把他的生日定为“洛伦兹节”。
思考:
洛伦兹力大小可能会与哪些因素有关?
当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力的大小跟三个因素相关：
1.磁感应强度B
2.电荷量q
3.电荷运动快慢v
2、洛伦兹力大小
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
（1）通电导线中的电流
（2）通电导线所受的安培力
洛伦兹力大小的推导
（3）这段导线内的自由电荷数
（4）每个电荷所受的洛伦兹力
洛伦兹力大小的推导
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
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方向垂直,那么粒子所受的洛伦兹力为F洛=qvB
(v垂直B）
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?
θ为B和v
之间的夹角
当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B方向的夹角为θ，电荷所受的洛伦兹力大小为
上式中各量的单位：
F洛为N，q为C，v为m/s，B为T
例1.关于安培力和洛伦兹力，下面的说法正确的是(　　)
A．安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力
B．安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力
C．这两种力都是效果力，其实并不存在，原因是不遵守牛顿第三定律
D．安培力对通电导体能做功，洛伦兹力对运动电荷不能做功
典例分析
电流是电荷的定向移动，安培力是磁场对导体内定向移动电荷所施加的洛伦兹力的宏观表现
洛伦兹力与电荷运动方向垂直，不对运动电荷做功；安培力作用在导体上，让导体产生位移，能对导体做功．
遵守牛顿第三定律，反作用力作用在形成磁场的物体上
答案：BD
例2.一初速度为零的质子(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，质子所受洛伦兹力多大？
答案：　4.8×10－17
N
解题指导：
1.质子被加速后获得的速度是多大？
2.质子速度方向是否与磁场垂直？
3.计算洛伦兹力的大小
思考：如果是负电荷,我们应如何判定洛伦兹力的方向?
3、洛伦兹力的方向
左手定则：伸开左手,使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿过手心,若四指指向正电荷运动的方向,那么拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向
B
B
思维提升：洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面
甲
乙
例3.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
丙
丁
洛伦兹力能对电荷做功吗？
提示：　洛伦兹力永不做功．洛伦兹力的大小F＝qvBsin
θ，与运动电荷的速度大小有关，但它的方向始终与速度方向垂直，只能改变速度的方向，不能改变速度的大小，即洛伦兹力永远不会对运动电荷做功．
问题思考
比较电场和磁场对电荷的作用力
1.
电荷在电场中一定要受到电场力的作用.
电荷在磁场中不一定要受到洛伦兹力力的作用.
2.
电场力的大小F=qE
洛伦兹力的大小F=qvB
3.
电场力方向与电场方向平行
4.
洛伦兹力方向与磁场方向垂直
电场力对运动的电荷不一定做功.
洛伦兹力对运动的电荷一定不做功
洛伦兹力应用：显像管
1、电子束是怎样实现偏转的？
思考与讨论
2、在图2.4－3中，如图所示
（1）要是电子打在A点，偏转磁场应该沿什么方向？
（2）要是电子打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？
（3）要是电子束打在荧光屏上的位置由中心O逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？
3、电子打在荧光屏上只能有一个亮点，为什么整个荧光屏都能发光呢？
洛伦兹力的作用
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。由于地球周围存在地磁场改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，对宇宙射线起了一定的阻挡作用。
在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，有一种能量被称为“太阳风”。这是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏向地磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩，形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象，一般称之为北极光。
课堂小结：
1、定义：
磁场对运动电荷的作用力，叫做洛伦兹力。
2、方向：
由左手定则判断
3、洛伦兹力的大小：
（1）洛仑兹力F一定和B、V决定的平面垂直。
（2）洛仑兹力只改变速度的方向而不改变其大小。
（3）洛伦兹力永远不做功。
（1）当v平行于B时：
（2）当v垂直于B时：
F=qvB
F=0
4.洛伦兹力的作用
若运动的电荷在磁场中仅受洛伦兹力作用,
那么洛伦兹力会怎样改变电荷的运动状态呢?
想一想:
+
1、带电量为＋q的粒子，在匀强磁场中运动，下面说法正确的是（
）
A、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同
B、如果把＋q改为－q，且速度反向大小不变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变
C、只要带电粒子在磁场中运动，就一定受洛伦兹力作用
D、带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁感应强度小
B
课堂练习
2.(多选)如图所示，甲是一个带正电的小物块，乙是一个不带电的绝缘物块，甲、乙叠放在一起静置于粗糙的水平地板上，地板上方空间有水平方向的匀强磁场．现用水平恒力拉乙物块，使甲、乙无相对滑动地一起水平向左加速运动，在加速运动阶段(　　)
A．乙物块与地板之间的摩擦力不断增大
B．甲、乙两物块间的摩擦力不断增大
C．甲、乙两物块间的摩擦力大小不变
D．甲、乙两物块间的摩擦力不断减小
[答案]　AD
3、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？
解析：
摆球在运动中洛伦兹力不做功，由动能定理得：
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
当摆球向右摆时，
2。当摆球向左摆时，