磁場對運動電荷的作用力 高二下學期物理人教版（2019）選擇性必修二

問題導入：

我們知道，磁場對通電導線有作用力；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？陰極射線管——觀察電子束運動軌跡的裝置第2節(jié)磁場對運動電荷的作用力[科學探究]觀察電子束在磁場中的偏轉學習任務一學習任務一洛倫茲力的方向洛倫茲力實驗表明：磁場對運動電荷有力的作用1.洛倫茲力與安培力的關系導線在磁場中受到的安培力，實際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)安培力大小等于各個運動電荷所受洛倫茲力的矢量和

磁場對電流的作用安培力洛倫茲力磁場對運動電荷的作用宏觀微觀F安=N·F洛BvF洛洛倫茲力垂直于B垂直于v，即垂直于Bv所在的平面

洛倫茲力的方向與電子的運動方向并不在同一條直線上，導致了電子運動方向變化。

實驗表明運動的帶電粒子在磁場中所受洛倫茲力的方向，與運動方向和磁感應強度的方向都垂直。BvF洛

我們曾經(jīng)用左手定則判定安培力的方向。能不能用類似的方法判定運動電荷的受力方向?IF左手定則微觀正電荷v同樣符合左手定則F洛安培力洛倫茲力思考與討論2.洛倫茲力的方向F洛v左手定則：手掌垂直磁感線四指正電荷運動方向拇指正電荷受力方向負電荷受力方向與正電荷受力方向相反vF洛安培力洛倫茲力磁場對電流的作用磁場對運動電荷的作用因果微觀解釋宏觀表現(xiàn)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解釋2、安培力與洛倫茲力的關系：一、洛倫茲力的方向1、定義：磁場對運動電荷的作用力左手定則：負電荷受力方向與正電荷受力方向相反2、方向：

手掌垂直磁感線四指正電荷運動方向拇指正電荷受力方向vFvF例1.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=01.洛倫茲力的方向總是與電荷運動的方向和磁場的方向垂直,即洛倫茲力的方向總是垂直于運動電荷的速度方向和磁場方向確定的平面.F、B、v三個量的方向關系是:F⊥B,F⊥v,但B與v不一定垂直.2.用左手定則判定負電荷在磁場中運動所受的洛倫茲力方向時,應注意將四指指向負電荷運動的反方向.學習任務一學習任務二

洛倫茲力的大小學習任務二[科學推理]電流微觀表達式：安培力公式：安培力與洛倫茲力的關系：I=nqSv洛倫茲力公式：

思考:如果

v與

B既不平行也不垂直，應該怎樣計算洛倫茲力呢？學習任務二

洛倫茲力的大小學習任務二[科學推理]把速度v分解為兩個分量：

v1=vsinθv2=vcosθ

將v1=vsinθ

代入得速度方向與磁場方向不垂直時：v平行于導線的分運動v2不受洛倫茲力作用，洛倫茲力的大小由v1決定。Bvv1v2學習任務二

洛倫茲力的大小學習任務二[科學推理]（θ為v和

B的夾角）例2如圖所示,各圖中的勻強磁場的磁感應強度均為B,帶電粒子的速度均用v表示,帶電荷量大小均為q.試求出圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小,并指出洛倫茲力的方向.學習任務二

1.洛倫茲力與安培力的關系(1)洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力,安培力是導體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn).(2)洛倫茲力對電荷不做功,但安培力卻可以對導體做功.2.洛倫茲力的大小:F=qvBsinθ,θ為電荷的運動方向與磁感應強度方向的夾角.(1)當v⊥B時,F=qvB,即運動方向與磁場方向垂直時,洛倫茲力最大.(2)當v∥B時,F=0,即運動方向與磁場方向平行時,不受洛倫茲力.學習任務二[科學論證]洛倫茲力對運動電荷運動的速度有什么影響?洛倫茲力對運動電荷是否做功?學習任務三

洛倫茲力的特點學習任務三

[答案]由于洛倫茲力的方向始終垂直于運動電荷的速度方向,所以洛倫茲力只改變速度的方向,不改變速度的大小.洛倫茲力對運動電荷不做功.例3如圖所示,在豎直絕緣的平臺上,一個帶少量正電荷的小球以水平速度v0拋出,落在地面上的A點.若加一垂直于紙面向里的勻強磁場,則小球的落點(

)A.仍在A點 B.在A點左側C.在A點右側 D.無法確定學習任務三C

學習任務三洛倫茲力的方向隨電荷運動方向的變化而變化.但無論怎樣變化,洛倫茲力都與運動方向垂直,故洛倫茲力永不做功,它只改變電荷運動方向,不改變電荷速度大小.但洛倫茲力具有力的性質(zhì),所以在進行受力分析時,不要漏掉這一力.[科學論證]

如圖所示為電視機顯像管原理示意圖.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,由安裝在管頸的偏轉線圈產(chǎn)生偏轉磁場.學習任務四

電子束的磁偏轉學習任務四

(1)要使電子束偏離中心O,打在熒光屏上的a點,偏轉磁場應該沿

方向.

(2)要使電子束打在

b

點,偏轉磁場應該沿

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,偏轉磁場應該

.

垂直于紙面向外垂直于紙面向里先垂直于紙面向里逐漸減小到零,再垂直于紙面向外由零逐漸增大1、主要構造:電子槍（陰極）、偏轉線圈、熒光屏組成顯像管學習任務四

電子束的磁偏轉學習任務四[物理觀念]

（1）要使電子打在A點,偏轉磁場應該沿什么方向?（2）要使電子打在B點,偏轉磁場應該沿什么方向?垂直紙面向外垂直紙面向里（3）要使電子從A點向B點逐漸移動,偏轉磁場應該怎樣變化？先垂直紙面向外并逐漸減小,后垂直紙面向里并逐漸增大.學習任務四

電子束的磁偏轉學習任務四2、工作原理:學習任務四

電子束的磁偏轉學習任務四

實際上，在偏轉區(qū)水平方向和豎直方向都有偏轉磁場。這樣光點就可以移動，這技術叫掃描。

電子束從最上一行到最下一行掃描一遍，叫做一場，電視機每秒要進行50場掃描，由于人的“視覺暫留”，我們感覺到整個屏幕都在發(fā)光。[物理觀念]

例4如圖所示為電視機顯像管偏轉線圈的示意圖,當線圈中通以圖示方向的直流電流時,形成的磁場如圖所示,一束沿著管徑軸線射向紙內(nèi)的電子將 (

)A.向上偏轉

B.向下偏轉C.向左偏轉

D.向右偏轉學習任務四D[解析]在管徑軸線處,磁場的方向豎直向下,電子垂直于紙面向里運動,根據(jù)左手定則可判斷,電子將向右偏轉,選項D正確.學習任務四磁偏轉:帶電粒子在磁場中受到洛倫茲力的作用時,由于洛倫茲力與運動電荷的速度垂直,會不斷改變電荷的運動方向,因此可以利用磁場控制帶電粒子的運動方向.把利用磁場改變帶電粒子運動方向的現(xiàn)象稱為磁偏轉.課堂小結課后習題1.電子的速率v＝3.0×106m/s，沿著與磁場垂直的方向射入B＝0.10T的勻強磁場中，它受到的洛倫茲力多大？課后習題2.試判斷圖1.2-10所示的帶電粒子剛進入磁場時所受到的洛倫茲力的方向。課后習題3.在圖1.2-11所示的平行板器件中，電場強度E和磁感應強度B相互垂直。具有不同水平速度的帶電粒子射入后發(fā)生偏轉的情況不同。這種裝置能把具有某一特定速度的粒子選擇出來，所以叫作速度選擇器。試證明帶電粒子具有速度v＝E/B時，才能沿著圖示虛線路徑通過這個速度選擇器。課后習題4.一種用磁流體發(fā)電的裝置如圖1.2-12所示。平行金屬板A、B之間有一個很強的磁場，將一