資源簡介

(共22張PPT)
2. 磁場對運動電荷的作用力
第一單元 安培力與洛倫茲力
1物理觀念：
通過實驗認識洛倫茲力的方向及大小，了解安培力在生產生活中的運用，會用左手定則判斷洛倫茲力的方向。
2科學思維：
經歷得出洛倫茲力、磁感應強度和電荷運動方向三者方向關系的過程，體會歸納推理的方法。經歷由安培力公式推導出洛倫茲力公式的過程，體會模型建構與演繹推理的方法。經歷一般情況下洛倫茲力表達式的得出過程，進一步體會矢量分析的方法。
3科學探究：
通過實驗，認識洛倫茲力。能判斷洛倫茲力的方向，會計算洛倫茲力的大小。了解洛倫茲力在生產生活中的應用。
4科學態(tài)度與責任：
了解顯像管的基本構造及工作的基本原理，認識電子束的磁偏轉，體會物理知識與科學技術的關系。。
核 心 素 養(yǎng)
1.你知道絢麗極光的是怎么產生的嗎？
一、驅動問題
極光的產生有三個必要條件:大氣、磁場和高能帶電粒子。這三者缺一不可。大氣提供了發(fā)光的物質，磁場提供了導引帶電粒子的通道，高能帶電粒子提供了激發(fā)大氣發(fā)光的能量。
定義：運動電荷在磁場中所受的力稱為洛倫茲力。
二、探究洛倫茲力的方向
如圖為洛倫茲力演示儀，研究電子束在磁場中受到的洛倫茲力的方向與哪些因素有關？
該實驗采用控制變量法。
根據實驗規(guī)律畫出洛倫茲力力與磁感應強度方向和電荷運動方向的關系。
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結論：洛倫茲力的方向與磁場方向有關。
現象：沒有磁場時，電子束的徑跡呈一條直線。如果在電子束的路徑上施加磁場，電子束會發(fā)生彎曲。改變磁場方向，使其與原來方向相反，電子束會向相反方向彎曲。
你能根據實驗記錄的數據，總結洛倫茲力方向，磁場方向和電荷運動方向之間的
關系嗎？
B
v
F洛
洛倫茲力垂直于B，垂直于v，即垂直于B和v所決定的平面。
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。
可用什么簡潔的方法體現這三者方向關系呢？
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；讓磁感線從掌心垂直進入，并使四指指向正電荷的運動方向，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。
左手定則：
F
v
-q
負電荷受力方向與正電荷受力方向相反
洛倫茲力的方向
1．決定洛倫茲力方向的三個因素
電荷的電性(正、負)，速度方向、磁感應強度的方向。當電性一定時，其他兩個因素決定洛倫茲力的方向，如果只讓一個因素相反，則洛倫茲力方向必定相反；如果同時讓兩個因素相反，則洛倫茲力方向將不變。
2．F、B、v三者方向間的關系
電荷運動方向和磁場方向間沒有因果關系，兩者關系是不確定的。電荷運動方向和磁場方向確定洛倫茲力方向，F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v所決定的平面。
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。
V
B
F
+
v1
v2
V
F
+
v
F
v
F
B
v
B
B
Ｆ垂直于紙面向外
Ｆ垂直于紙面向外
B
v
1、以相同速度進入同一磁場的
正、負電荷受到的洛倫茲力方向相反
2、洛倫茲力的方向垂直于
v 和 B 組成的平面
B
F洛
v
甲
乙
丙
丁
總結：
例題1：試判斷下圖中的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的方向
練1. (多選)一束混合粒子流從一發(fā)射源射出后，進入如圖所示的磁場，分離為1、2、3三束粒子流，則下列選項正確的是(　　)
A．1帶正電 B．1帶負電
C．2不帶電 D．3帶負電
答案　ACD
三、探究洛倫茲力的大小
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
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
磁場對運動電荷的作用
宏觀
微觀
若有一段長度為L的通電導線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數為n，每個自由電荷的電量為q，定向移動的平均速率為v，將這段導線垂直于磁場方向放入磁感應強度為B的勻強磁場中。
[推導]
這段導體所受的安培力：
I 的微觀表達式：
這段導體中含有的自由電荷數：
每個自由電荷所受的洛倫茲力大小 ：
F=BIL
I=nqsv
N=nLs
1、帶電粒子垂直入射磁場時：
2、 帶電粒子不垂直入射磁場時：
為B和v之間的夾角
3、 帶電粒子平行于磁場入射時：
B
V
B⊥
B∥
洛倫茲力與電場力的比較
內容 洛倫茲力 靜電力
性質 磁場對在其中運動的電荷的作用力 電場對放入其中的電荷的作用力
產生條件 v≠0且v不與B平行 電場中的電荷一定受到電場力的作用
大小 F＝qvB(v⊥B) F＝qE
力的方向與場的方向的關系 一定是F⊥B，F⊥v 正電荷所受力的方向與電場方向相同，負電荷所受力的方向與電場方向相反
做功情況 任何情況下都不做功 可能做正功、負功，也可能不做功
力F為零時，場的情況 F為零，B不一定為零 F為零，E一定為零
作用效果 只改變電荷運動速度的方向，不改變速度的大小 既可以改變電荷運動速度的大小，也可以改變電荷運動速度的方向
例2：如圖所示,勻強磁場的磁感應強度為B,帶電粒子的速率為v,帶電荷量為q,下列帶電粒子所受洛倫茲力的大小和方向正確的是(　　)
A.圖(1)為F洛=qvB,方向與v垂直斜向上
B.圖(2)為F洛=qvB,方向與v垂直斜向下
C.圖(3)為F洛=qvB,方向垂直紙面向外
D.圖(4)為F洛=1/2qvB,方向垂直紙面向里
AD
練2.兩個帶電粒子以相同的速度垂直磁感線方向進入同一勻強磁場，兩粒子質量之比為1∶4，電荷量之比為1∶2，則剛進入磁場時兩帶電粒子所受洛倫茲力之比為(　　)
A．2∶1 B．1∶1 C．1∶2 D．1∶4
答案　ACD
四、電子束的磁偏轉
電視顯像管的工作原理
洛倫茲力的方向與粒子的運動速度方向垂直，當粒子在磁場中運動時，因受到洛倫茲力的作用，就會發(fā)生偏轉。顯像管電視機中就應用了電子束磁偏轉的原理。
主要構造:電子槍（陰極）、偏轉線圈、熒光屏等
（1）若要使電子束在水平方向偏離中心，打在熒光屏上的Ａ點，偏轉磁場應該沿什么方向？
（2）若要使電子束打在Ｂ點，磁場應該沿什么方向？
（3）若要使電子束打在熒光屏上的位置由Ｂ逐漸向Ａ點移動，偏轉磁場應該怎樣變化？
垂直紙面向外
垂直紙面向里
先垂直紙面向里并逐漸減小，然后垂直紙面向外并逐漸增大。
電子束的磁偏轉
例3.如圖所示，電子槍射出的電子束進入示波管，在示波管正下方有豎直放置的通電環(huán)形導線，則示波管中的電子束將（ ）
A．向下偏轉 B．向上偏轉
C．向紙外偏轉 D．向紙里偏轉
A
練3.在電視機的顯像管中，電子束的掃描是用磁偏轉技術實現的，其掃描原理如圖所示。圓形區(qū)域內的偏轉磁場的方向垂直于圓面，而不加磁場時，電子束將通過O點而打在屏幕的中心M點。為了使屏幕上出現一條以M為中心的亮線PQ，偏轉磁場的磁感應強度B隨時間變化的規(guī)律應是下列選項中的（　　）
B
一. 洛倫茲力的方向：左手定則
二. 洛倫茲力的大小：
（θ為B與v夾角）
（B⊥v）
三. 電子束的磁偏轉
課堂小結

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