1.2 磁场对运动电荷的作用力 同步课件 人教版高中物理选修二.pptx

1、复复 习习1 1、磁场对通电导线的作用力的大小和方向？、磁场对通电导线的作用力的大小和方向？2 2、电流是如何形成的？、电流是如何形成的？3 3、由上述的两个问题你能够想到什么？、由上述的两个问题你能够想到什么？磁场对通电导线的磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的作安培力可能是作用在大量运动电荷上的作用力的宏观表现用力的宏观表现，也就是说磁场可能对运动电荷有力的作用。，也就是说磁场可能对运动电荷有力的作用。电荷的定向移动形成的电荷的定向移动形成的大小：大小：F FB BI ILsinLsin方向：左手定则方向：左手定则从宇宙深处射来的带电粒子为什么只在地球的两极引起极光？思考：电

2、视机显像管中的电子只是细细的一束，为什么能使整个屏幕发光？磁场对通电导线有作用力；磁场对通电导线有作用力；带电粒子的定向移动形成了电流。带电粒子的定向移动形成了电流。磁场对运动电荷有作用力吗？如果有，力的方向和大小又是怎样的呢？磁场对运动电荷有作用力吗？如果有，力的方向和大小又是怎样的呢？阴极射线管阴极射线管观察观察电子束电子束运动轨迹的装置运动轨迹的装置电子束电子束狭缝狭缝荧光屏荧光屏阴极阴极阳极阳极洛伦兹（18531928）洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆。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

3、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”。【实验现象】在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。【实验结论】磁场对运动电荷有力的作用。磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力探究洛伦兹力的方向探究洛伦兹力的方向安培力是磁场对电流的作用力电流是电荷的定向移动形成的 洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力磁场对电流的作用力实质是磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力的方向可以用 左手定则判定 实验验证：理论推导:猜想：猜想正确演示：阴极射线在磁场中的偏转1、没有磁场时，接通高压电源可以观察到什么现象。2、光束实质上是什么？3、若在电子束的路径上加磁场

4、，可以观察到什么现象？4、改变磁场的方向，通过观查从而判断运动的电子在各个方向磁场中的受力方向。洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向-左手定则左手定则vv 伸开伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面平面内。内。若为若为负电荷负电荷FF 把手把手放入磁场中，让放入磁场中，让磁感线穿过手心磁感线穿过手心，四，四指指向指指向正电荷正电荷运动的运动的方向。方向。拇指拇指所指的方向就使所指的方向就使正电荷正电荷所受所受洛伦兹力的方向。洛伦兹力的方向。四四指指向指指向负电荷负电荷运动的运动的反方向反方向 那么那么拇指所指的方向就是拇指所指的方向就是负电荷负电荷所受所受

5、洛洛伦兹力的伦兹力的方向方向v1v2洛伦兹力洛伦兹力F与与v、B三者间的方向关系三者间的方向关系+【典例】将含有大量正、负带电粒子及不带电粒子的气体以一定速度垂直于磁场喷入匀强磁场中，它们在磁场中的运动径迹分成了如图所示的三束，其中是直线。则()A是带正电的粒子B是带正电的粒子C是带正电的粒子D是不带电的粒子【解析】根据左手定则可知，是带正电的粒子，A正确；是不带电的粒子，B错误；根据左手定则可知，是带负电的粒子，C、D错误。故选A。A1在图中，标出了磁场B的方向、带电粒子的电性、运动方向及电荷所受洛仑兹力F的方向，其中正确的是()【解析】A图中磁场向里，电子向右运动，所以电流方向向左，根据左

6、手定则可得，洛伦兹力的方向向下，所以A错误；B图中磁场向外，正电荷向右运动，根据左手定则可得，洛伦兹力的方向向下，所以B正确；C图中磁场向左，正电荷向右运动，运动方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力的作用，所以C错误；D图中磁场向上，正电荷向左运动，根据左手定则可得，洛伦兹力的方向向内，所以D错误；故选B。B.阴极射线管中电子束由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上出现如图所示的一条亮线。要使该亮线向z轴正方向偏转，可加上沿()Az轴正方向的磁场By轴负方向的磁场Cx轴正方向的磁场 Dy轴正方向的磁场【解析】若加一沿z轴正方向的磁场，根据左手定则，洛伦兹力方向沿y轴正方向，亮线向y轴正方向偏转，故A错

7、误；若加一沿y轴负方向的磁场，根据左手定则，洛伦兹力方向沿z轴正方向，亮线向上偏转，故B正确；若加一沿x轴正方向的磁场，电子束不偏转，故C错误；若加一沿y轴正方向的磁场，根据左手定则，洛伦兹力方向沿z轴负方向，亮线向下偏转，故D错误。B如图所示，一束电子流沿管的轴线进入螺线管，忽略重力，电子在管内的运动应该是()A当从a端通入电流时，电子做匀加速直线运动B当从b端通入电流时，电子做匀加速直线运动C不管从哪端通入电流，电子都做匀速直线运动D不管从哪端通入电流，电子都做匀速圆周运动【解析】不管通有什么方向的电流，螺线管内部磁场方向始终与轴线平行，带电粒子沿着磁感线运动时不受洛伦兹力，所以应一直保持

8、原运动状态不变。故C正确，A、B、D错误。C四、电视显像管的工作原理（1）如果要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的 A 点，偏转磁场应该沿什么方向？（2）如果要使电子束打在B 点，偏转磁场应该沿什么方向？（3）如果要使电子束打在荧光屏上的位置由 B 逐渐向 A 点移动，偏转磁场应该怎样变化？垂直纸面向外垂直纸面向里先垂直纸面向外并逐渐减小，然后垂直纸面向里并逐渐增大。先垂直纸面向外并逐渐减小，然后垂直纸面向里并逐渐增大。实际上，在偏转区水平方向和竖直方向都有偏转磁场。这样光点就可实际上，在偏转区水平方向和竖直方向都有偏转磁场。这样光点就可以移动，以移动，这技术叫扫描这技术叫扫描。电子束

9、从最上一行到最下一行电子束从最上一行到最下一行扫描一遍扫描一遍，叫做一场，电视机每秒要进行，叫做一场，电视机每秒要进行5050场扫描，场扫描，由于人的由于人的“视觉暂留视觉暂留”，我们感觉到整个屏幕都在发光。，我们感觉到整个屏幕都在发光。IF安安F洛洛安培力安培力洛伦兹力洛伦兹力宏观宏观微观微观F F安安=NF=NF洛洛安培力是导体中所有运动电荷所受洛伦兹力的安培力是导体中所有运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现宏观表现安培力大小安培力大小等于各个自由电荷所受等于各个自由电荷所受洛伦兹力的合力洛伦兹力的合力 -qvBnSLLnqvSBNFF)(安安洛洛nSLN nqvSI LnqvSBBILF)(安

10、安设有一段长为设有一段长为L，横截面积为，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电荷数为的直导线，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由，每个自由电荷的电荷量为电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率为，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。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为感应强度为B B的匀强磁场中，的匀强磁场中，求求：sin(FBqvBv 为 与 的夹角）v问题若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢？洛伦兹力：F=qvB (v垂直B）B1B2F洛【易错辨析】(1)同一电荷，以相同大小的速度进入磁场，速度方向不同时，洛伦兹力的大小也可能不同。()(2

11、)如果电荷的速度方向与磁场方向平行，则该电荷所受洛伦兹力最大。()(3)电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用。()(4)仅在洛伦兹力作用下，电荷的动能一定不会变化。()(5)显像管中偏转线圈中的电流恒定时，电子打在荧光屏上的位置是不变的。()(6)当判断运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力时，要让四指指向电荷的运动方向。()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

12、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【典例】(多选)如图所示，两竖直平行边界内，匀强电场方向竖直(平行纸面)向下，匀强磁场方向垂直纸面向里。一带负电小球从P点以某一速度垂直边界进入，恰好沿水平方向做直线运动。若增大小球从P点进入的速度但保持方向不变，则在小球进入的一小段时间内(

13、)A小球的动能减小B小球的电势能减小C小球的重力势能减小 D小球的机械能减小【解析】带负电的小球在电磁场中做直线运动，小球共受到三个力作用：向下的重力G、向上的电场力F、向下的洛伦兹力f，这三个力都在竖直方向上，小球在水平直线上运动，所以小球受到的合力一定是零，小球做匀速直线运动。当小球的入射速度增大时，洛伦兹力增大，则电场力和重力不变，小球将向下偏转，电场力与重力的合力向上，且它们的合力对小球做负功，小球动能减小。电场力对小球做负功，小球的机械能减小，电势能增大。重力对小球做正功，重力势能减小，故A、C、D正确，B错误。ACD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

14、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(vB)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FB，Fv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.(多选)关于电场和磁场对电荷的作用力，下列说法正确的是()A洛伦兹力对运动电荷一定不做功B带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力作用C正电荷在电场中所受电场力的方向就是电场强度的方

15、向D正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向就是磁感应强度的方向【加固训练】【解析】洛伦兹力与速度方向垂直，则对运动电荷一定不做功，选项A正确；带电粒子在磁场中运动时，若速度方向与磁场方向平行，则不受洛伦兹力作用，选项B错误；正电荷在电场中所受电场力的方向就是电场强度的方向，选项C正确；正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向与磁感应强度的方向垂直，选项D错误；故选A、C。AC2在学校操场的上空中停着一个热气球，从它底部脱落一个塑料小部件，下落过程中由于和空气的摩擦而带负电，如果没有风，那么它的着地点会落在气球正下方地面位置的()A偏东 B偏西 C偏南 D偏北【解析】小部件带负电，下落过程中受到地磁场的洛伦兹

16、力作用，磁场水平分量由南向北，由左手定则，所受洛伦兹力向西，它的着地点会落在气球正下方地面位置的偏西，故选B。B【加固训练】3如图为电视机显像管的偏转线圈示意图，线圈中心O处的黑点表示电子枪射出的电子，它的方向垂直纸面向外，当偏转线圈中的电流方向如图所示时，电子束应()A.向左偏转 B向上偏转C向下偏转 D不偏转【解析】由安培定则可以判断出两个线圈的左端是N极，磁感线分布如图所示，再由左手定则判断出电子束应向下偏转，C正确。C【加固训练】以正电荷为例我国第21次南极科考队在南极观察到了美丽的极光，极光是由来自太阳的高能量带电粒子流高速冲进高空稀薄大气层时，被地球磁场俘获，从而改变原有运动方向，向两极做螺旋运动时出现的现象，如图所示。这些高能粒子在运动过程中与大气分子或原子剧烈碰撞或摩擦从而激发大气分子或原子，使其发出有一定特征的各种颜色的光。地磁场的存在，使多数宇宙粒子不能到达地面而向人烟稀少的两极偏移，为地球生命的诞生和维持提供了天然的屏障。探究：科学家发现并证实，向两极做螺旋运动的这些高能粒子的旋转半径是不断减小的，这主要与哪些因素有关？课堂小结