1.2磁場對運動電荷的作用力課件高二下學(xué)期物理人教版選擇性

1.2

磁場對運動電荷的作用力第一章

安培力與洛倫茲力

太陽發(fā)射出的帶電粒子以300～1000km/s的速度掃過太陽系，形成“太陽風(fēng)”。這種巨大的輻射經(jīng)過地球時，為什么不能直射地球？

我們知道，磁場對通電導(dǎo)線有作用力；我們還知道，帶電粒子的定向移動形成了電流。那么，磁場對運動電荷有作用力嗎？如果有，力的方向和大小又是怎樣的呢？一、洛倫茲力的方向演示：觀察電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn)抽成真空的玻璃管左右兩個電極分別連接到高壓電源兩極時，陰極會發(fā)射電子。電子在電場的加速下飛向陽極。1、沒有磁場時，觀察電子束如何偏轉(zhuǎn)2、如果在電子束的路徑上施加磁場，電子束的徑跡是否會發(fā)生彎曲？如果改變磁場方向呢？實驗表明：電子束受到磁場的力的作用，徑跡發(fā)生了彎曲。運動電荷在磁場中受到的力稱為洛倫茲力一、洛倫茲力的方向?qū)嶒灡砻鳎郝鍌惼澚Φ姆较蚩梢杂米笫侄▌t判定。洛倫茲力的方向用左手定則判斷左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；①讓磁感線從掌心垂直進入，②并使四指指向正電荷運動的方向，③這時拇指所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向一、洛倫茲力的方向手掌垂直磁感線拇指正電荷受力方向四指正電荷運動方向正電荷運動方向負電荷運動的反方向洛倫茲一、洛倫茲力的方向試判斷下列圖中各帶電粒子所受洛倫茲力的方向、或帶電粒子的電性、或帶電粒子的運動方向。vF洛F洛B垂直于紙面向里運動BvBvF洛B+vBvB洛侖茲力垂直于紙面向外-F洛=0F洛=0一、洛倫茲力的方向F既與B垂直又與v垂直，即垂直于B和v所確定的平面，但B與v不一定垂直。Vv1v2VBBF+F+洛倫茲力對物體的運動能起到什么作用？洛倫茲力對電荷不做功,只改變粒子速度的方向，不改變粒子速度的大小。二、洛倫茲力的大小

1．推導(dǎo)過程：

設(shè)有一段長度為l的通電導(dǎo)線，橫截面積為S，導(dǎo)線每單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電量為q，定向移動的平均速率為v，將這段導(dǎo)線垂直于磁場方向放入磁感應(yīng)強度為B的磁場中。Q＝nqSL＝nqS·vt二、洛倫茲力的大小------------你能根據(jù)洛倫茲力與安培力關(guān)系，嘗試推導(dǎo)速度垂直入射磁場時受到的洛倫茲力的大小嗎？I=nqsvN=nLs每個自由電荷所受的洛倫茲力大?。篎=BILIF安F洛安培力洛倫茲力F安=N·F洛二、洛倫茲力的大小2．洛倫茲力與安培力的關(guān)系：分類洛倫茲力安培力區(qū)別洛倫茲力是指單個運動的帶電粒子所受到的磁場力安培力是指通電直導(dǎo)線所受到的磁場力洛倫茲力不做功安培力可以做功聯(lián)系①安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn),洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)。②大小關(guān)系:F安=NF洛(N是導(dǎo)體中定向運動的電荷數(shù))。③方向關(guān)系:洛倫茲力與安培力均可用左手定則進行判斷二、洛倫茲力的大小（1）當粒子運動方向與磁感應(yīng)強度垂直時（v⊥B）:F＝qvB3．洛倫茲力的計算公式：

二、洛倫茲力的大小3．洛倫茲力的計算公式：

（2）當粒子運動方向與磁感應(yīng)強度方向成θ時（v∥B）:vB11B┴vvv11┴二、洛倫茲力的大小F=qvBsinθ，

θ為電荷運動的方向與磁感應(yīng)強度方向的夾角。(1)當θ=90°時，即電荷運動方向與磁場方向垂直時，

洛倫茲力最大：F=qvB。(2)當θ=0°或θ=180°時，即電荷運動方向與磁場方向平行時：F=0。(3)當v=0，即電荷在磁場中靜止時：F=0。4．洛倫茲力大小的理解：二、洛倫茲力的大小(1)洛倫茲力的方向隨電荷運動方向的變化而變化。(2)無論磁感應(yīng)強度B的方向與電荷運動的速度方向是否垂直，洛倫茲力的方向一定垂直于B和v所決定的平面。(3)洛倫茲力永不做功,它只改變電荷的運動方向,不改變電荷的速度大小。但安培力可以做功。5．洛倫茲力的特點：二、洛倫茲力的大小

洛倫茲力電場力產(chǎn)生條件(1)電荷相對于磁場運動(2)運動方向與磁場方向不平行只要電荷在電場中，就一定受到電場力的作用大

小F＝qvBsinθF＝qE受力方向垂直于B和v所決定的平面，但B和v不一定垂直沿著電場線的切線方向或反方向作用效果只改變電荷運動的速度方向，不改變速度大小既可以改變電荷運動的速度大小，也可以改變電荷運動的方向做功特點永不做功可做功，也可不做功6．洛倫茲力與電場力的比較：例題1：試判斷圖中的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的方向，其中垂直于紙面指向紙里的是(

)A

B

C

D解析：根據(jù)左手定則可以判斷，選項A中的負電荷所受的洛倫茲力方向向下；選項B中的負電荷所受的洛倫茲力方向向上；選項C中的正電荷所受的洛倫茲力方向垂直于紙面指向紙外；選項D中的正電荷所受的洛倫茲力方向垂直于紙面指向紙里，D正確。D例題2：如圖所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向垂直于紙面向外，質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球在傾角為α的光滑斜面上由靜止開始下滑。若帶電小球下滑后某個時刻對斜面的壓力恰好為零，問：(1)小球的帶電性質(zhì)如何？(2)此時小球下滑的速度和位移分別為多大？三、洛倫茲力的應(yīng)用顯像管的工作原理：（1）電視顯像管應(yīng)用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理。（2）顯像管中有一個陰極，工作時它能發(fā)射電子，熒光屏被電子束撞擊就能發(fā)光。在偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平方向和豎直方向都有偏轉(zhuǎn)磁場，其方向、強弱都在不斷地變化。1.電子束的磁偏轉(zhuǎn)三、洛倫茲力的應(yīng)用1.電子束的磁偏轉(zhuǎn)從圖中可以看出，沒有磁場時電子束打在熒光屏正中的O點。為使電子束偏轉(zhuǎn)，由安裝在管頸的偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場。1.要使電子束在水平方向偏離中心，打在熒光屏上的A點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？2.要使電子束打在B點，磁場應(yīng)該沿什么方向？3.要使電子束打在熒光屏上的位置由B點逐漸向A點移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？垂直紙面向外垂直紙面向里先垂直紙面向外并逐漸減小,后垂直紙面向里并逐漸增大.三、洛倫茲力的應(yīng)用實際上，在偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平方向和豎直方向都有偏轉(zhuǎn)磁場，其方向、強弱都在不斷變化，因此電子束打在熒光屏上的光點就像不斷移動，這在顯示技術(shù)中叫作掃描（scanning）。1.電子束的磁偏轉(zhuǎn)電子束從最上一行到最下一行掃描一遍叫作一場，電視機中的顯像管每秒要進行50場掃描，所以我們感到整個熒光屏都在發(fā)光。三、洛倫茲力的應(yīng)用2．速度選擇器：平行板中電場強度E和磁感應(yīng)強度B互相垂直，這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器。請思考它能選擇出來多大的速度的粒子？若qE=Bqv粒子將以速度v做勻速直線即若向上偏若向下偏粒子將以速度v做勻速直線若將粒子從右邊射入，粒子還能在速度選擇器中做勻速直線運動嗎？不僅選擇速度的大小，還選擇速度的方向。三、洛倫茲力的應(yīng)用3．磁流體發(fā)電機：等離子束

平行金屬板之間有一個很強的磁場，將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量正、負帶電粒子）噴入磁場，電荷在洛倫茲力偏轉(zhuǎn)運動到兩金屬板，讓兩金屬板帶上等量異種電荷，這樣兩極板間便產(chǎn)生了電勢U,U會不斷增大嗎？BvvvvUqEBqv當Bqv＝qE得：U＝Bdv三、洛倫茲力的應(yīng)用4．正負電子對撞機：三、洛倫茲力的應(yīng)用極光（Aurora）是在地球南北兩極附近地區(qū)的高空，夜間出現(xiàn)的燦爛美麗的光輝。在南極被稱為南極光，在北極被稱為北極光。下面請欣賞極光美景。地球的極光是來自地球磁層或太陽的高能帶電粒子流（太陽風(fēng)）使高層大氣分子或原子激發(fā)（或電離）而產(chǎn)生。帶電粒子為什么只在地球的兩極或維度較高的地方引起極光？1.(洛倫茲力的大小）質(zhì)量為m、電荷量為q的微粒,以速度v與水平方向成45°角進入勻強電場和勻強磁場同時存在的空間,如圖所示,微粒在電場、磁場、重力場的共同作用下做勻速直線運動,求:(1)電場強度的大小和微粒所帶電荷的電性;(2)磁感應(yīng)強度的大小。解析:(1)微粒做勻速直線運動,所受合力必為零,微粒受重力mg、電場力qE、洛倫茲力qvB,由此可知,微粒帶正電,受力如圖所示,qE=mg,2.(電子束的磁偏轉(zhuǎn))如圖所示,電子槍發(fā)射電子經(jīng)加速后沿虛線方向進入勻強磁場區(qū)域(圖中圓內(nèi)),沿圖中實線方向射出磁場,最后打在屏上P點,則磁場的方向可能為(

)A.垂直于紙面向外 B.垂直于紙面向內(nèi)C.平行于紙面向上 D.平行于紙面向右答案:A解析:電子受到的洛倫茲力方向向上,根據(jù)左手定則可得磁場的方向可能垂直于紙面向外,A正確。3.（速度選擇器）如圖所示，從S處發(fā)出的熱電子經(jīng)加速電壓U加速后垂直進入相互垂直的勻強電場和勻強磁場中，發(fā)現(xiàn)電子流向上極板偏轉(zhuǎn)，不考慮電子本身的重力。設(shè)兩極板間電場強度為E，磁感應(yīng)強度為B。欲使電子沿直線從電場和磁場區(qū)域通過，只采取下列措施，其中可行的是(

)A．適當減小電場強度EB．適當減小磁感應(yīng)強度BC．適當增大加速電場的寬度D．適當減小加速電壓U答案：A4.（磁流體發(fā)電機）如圖所示，磁流體發(fā)電機的極板相距d＝0.2m，極板間有垂直于紙面向里的勻強磁場，B＝1.0T。外電路中可變