資源簡介

(共42張PPT)
1.2 磁場對運動電荷的作用力
人教版（2019）物理（選擇性必修第二冊）
第一章 安培力與洛倫茲力
目錄
素養目標
01
課程導入
02
新課講解
03
總結歸納
04
課堂練習
05
素養目標
1.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
2.掌握洛倫茲力公式的推導過程，會用公式分析求解洛倫茲力
3.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
磁場對通電導線有作用力
帶電粒子的定向移動形成了電流
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？
電流方向
新課講解
觀察電子束在磁場中受力偏轉
實驗裝置
抽成真空的玻璃管，玻璃管的兩個電極分別連接到高壓電源兩極
玻璃管的陰極發射電子，電子在電場的加速下飛向陽極
沒有磁場時候，電子束呈現一條直線
觀察電子束在磁場中受力偏轉
觀察電子束在磁場中受力偏轉
實驗現象
現象：當 N 極在紙面朝外靠近電子束時，電子束向下偏轉
當 S 極在紙面朝外靠近電子束時，電子束向上偏轉
觀察電子束在磁場中受力偏轉
實驗結論
磁場對運動電荷有作用力
磁場對運動電荷的作用力的方向與磁場方向有關
-
+
分析：
①在磁場作用下，電子束的徑跡發生偏轉，說明電子受到力的作用
②磁場方向改變，電子束徑跡的偏轉方向發生改變，說明力的方向與磁場方向有關
這個力稱為洛倫茲力
N
溫故知新
伸開左手，使拇指和其余四指垂直，并且都與手掌在同一平面內，讓磁感線從掌心進入，并使四指指向
電流方向
左手定則
這時拇指所指方向就是該通電導線所受安培力方向。
正電荷運動方向
這時拇指所指方向就是該正電荷所受洛倫茲力方向。
試著用左手定則判斷電子所受洛倫茲力的方向
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
v
F洛
F洛
B
垂直于紙面向里運動
B
v
B
F洛
v
B
+
v
B
v
B
洛侖茲力垂直于紙面向外
F洛=0
F洛=0
經典例題
溫故知新
導線中電流的方向與磁場的方向垂直時，安培力的大小為
安培力
洛倫茲力
微觀實質
宏觀表現
問題：可否通過安培力公式推導洛倫茲力公式？
思考與討論
設有一段長為L，橫截面積為S的直導線，單位體積內的自由電荷數為n，每個自由電荷的電荷量為q，自由電荷定向移動的速率為 v。這段通電導線垂直磁場方向放入磁感應強度為B的勻強磁場中
Q＝nqSL＝nqS·vt
洛倫茲力怎么算呢？
提示
- - - - - -
- - - - - -
I=nqsv
N=nLs
每個自由電荷所受的洛倫茲力大小 ：
F=BIL
I
F安
F洛
安培力
洛倫茲力
F安=N·F洛
洛倫茲力F與v、B三者之間的方向關系
V
v1
v2
V
B
B
F
+
F
+
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
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。
洛倫茲力的大小
當電荷運動的方向與磁場方向垂直時（v⊥B）：F洛＝qvB
上式中各量的單位：
F安與F洛本質都是磁場對運動電荷的作用力
洛倫茲力的計算公式
洛倫茲力F洛
牛頓（N）
磁感應強度B
電荷q
速度v
特斯拉（T）
庫倫（C）
米每秒（m/s）
當電荷運動的方向與磁場的方向夾角為θ時，電荷所受的洛倫茲力為什么？
B1
B2
B
F = B2IL
=BILsinθ (θ 為 B 與 I 的正向夾角)
v
B∥
B┴
L1
F = BIL1
＝BILsinθ (θ 為 B 與 I 的正向夾角)
v
v┴
v∥
F＝qvBsin θ，θ為電荷運動的方向與磁感應強度方向的夾角：
①當θ＝90°時，v⊥B，sin θ＝1，F＝qvB，即運動方向與磁場垂直時，洛倫茲力最大。
②當v∥B 時，θ＝0°，sin θ＝0，F＝0，即運動方向與磁場平行時，不受洛倫茲力。
③當電荷靜止于磁場中時（v =0）: F洛＝0 (即靜止電荷不受洛倫茲力)
v
v
分類 洛倫茲力 安培力
區別 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線所受到的磁場力
洛倫茲力不做功 安培力可以做功
聯系 ①安培力是洛倫茲力的宏觀表現，洛倫茲力是安培力的微觀本質。 ②大小關系:F安=NF洛(N是導體中定向運動的電荷數)。 ③方向關系:洛倫茲力與安培力均可用左手定則進行判斷 洛倫茲力與安培力的關系
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。
原理：應用電子束磁偏轉的道理。
在偏轉區的水平方向和豎直方向都有偏轉磁場，其方向、強弱在不斷變化，電子束打在熒光屏上的光點在不斷移動 ——掃描。
電視顯像管
-
豎直向上
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？
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？
豎直向下
思考與討論
先豎直向上并逐漸減小；然后豎直向下并逐漸增大。
掃描
實際上，在偏轉區的水平方向和豎直方向都有偏轉磁場，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右圖所示那樣不斷移動，這在顯示技術中叫作掃描。
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光。
科學漫步
正電子的發現
在粒子物理研究中，帶電粒子在云室等探測裝置中的徑跡是非常重要的實驗證據。根據對不同粒子徑跡的分析和比較，科學家可以得到粒子的帶電情況、運動情況等許多信息，甚至可以發現新粒子。
1930年，英國物理學家狄拉克從理論上預言了電子的反粒子的存在，這個反粒子就是正電子。正電子與電子質量相同，但是帶等量的正電荷，
也可以說，它是帶正電荷的電子。
C.D.安德森 1930 年起就負責用云室觀測宇宙射線。云室置于磁場中。為了鑒別粒子的性質，在云室中安有幾塊金屬板，粒子穿過金屬板，就可以區別其能量。1932 年 8 月 2 日，C.D.安德森在照片中發現一條奇特的徑跡，與電子的徑跡相似，卻又具有相反的方向（如圖 36 – 1 所示），顯示這是某種帶正電的粒子。從曲率判斷，又不可能是質子。于是他果斷地得出結論，這是帶正電的電子。
安德森使用過的云室和磁鐵
1.關于安培力、電場力和洛倫茲力，下列說法正確的是(　　)
A．電荷在電場中一定受電場力作用，電荷在磁場中一定受洛倫茲力作用
B．安培力是洛倫茲力的宏觀表現，洛倫茲力是安培力的微觀表現
C．電場力一定沿電場方向，洛倫茲力一定沿磁場方向
D．安培力、洛倫茲力和電場力都可以做功
經典例題
B
答案：B
解析：電荷在電場中一定受電場力作用，電荷在磁場中只有速度不與磁場平行的運動的電荷才受洛倫茲力作用，故A錯誤；安培力是洛倫茲力的宏觀表現，洛倫茲力是安培力的微觀表現，故B正確；正電荷所受的電場力一定沿電場方向，洛倫茲力一定與磁場方向垂直，故C錯誤；安培力和電場力都可以做功，洛倫茲力方向與速度方向垂直，所以不做功，故D錯誤，故選B。
經典例題
2.顯像管的工作原理圖如圖所示，圖中陰影區域沒有磁場時，從電子槍發出的電子打在熒光屏正中心的O點。為使電子在豎直方向偏離中心，打在熒光屏上的A點，陰影區域所加磁場的方向是(　　)
A.豎直向上　　　　　　　　　
B．豎直向下
C．垂直于紙面向內
D．垂直于紙面向外
D
答案：D
解析：根據左手定則可以得知，電子開始上偏，受向上的洛倫磁力，故磁場的方向垂直紙面向外，故選D。
一、洛倫茲力的方向
左手定則
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。
二、洛倫茲力的大小
F洛＝qvB
F安與F洛本質都是磁場對運動電荷的作用力
洛倫茲力的方向與磁場方向有關
洛倫茲力和電場力的比較
三、電子束的磁偏轉
1.如圖所示，一個帶正電q的小帶電體處于垂直紙面向里的勻強磁場中，磁感應強度為B，若小帶電體的質量為m，為了使它對水平絕緣面正好無壓力，應該(　　)
A．使B的數值增大
B．使磁場以速率 向上移動
C．使磁場以速率 向右移動
D．使磁場以速率 向左移動
D
答案：D
解析：為使小帶電體對平面無壓力，則應使它受到的洛倫茲力剛好平衡重力，磁場不動而只增大B，靜止小帶電體在磁場里不受洛倫茲力，A錯誤；磁場向上移動相當于小帶電體向下運動，受洛倫茲力向右，不可能平衡重力；磁場以v向右移動，等同于小帶電體以速率v向左運動，此時洛倫茲力向下，也不可能平衡重力，故B、C錯誤；磁場以v向左移動，等同于小帶電體以速率v向右運動，此時洛倫茲力向上，當qvB＝mg時，帶電體對水平絕緣面無壓力，即 ，選項D正確。
2.帶電油滴以水平速度v0垂直進入磁場，恰做勻速直線運動，如圖所示，若油滴質量為m，磁感應強度為B，則下述說法正確的是(　　)
A．油滴必帶正電荷，電荷量為
B．油滴必帶正電荷，比荷＝
C．油滴必帶負電荷，電荷量為
D．油滴帶什么電荷都可以，只要滿足
A
答案：A
解析：油滴水平向右做勻速直線運動，其所受洛倫茲力必向上與重力平衡，故帶正電，由mg＝qv0B 得其電荷量q＝ ，故A正確，C錯誤；油滴的比荷＝ ，故B錯誤；油滴若帶負電，其所受洛倫茲力必向下，油滴受力就不能平衡，油滴就不能做勻速直線運動，故D錯誤。
3.四川省稻城縣海子山的“高海拔宇宙線觀測站”(LHAASO)，是世界上海拔最高、規模最大、靈敏度最強的宇宙射線探測裝置。假設來自宇宙的質子流沿著與地球表面垂直的方向射向這個觀測站，由于地磁場的作用(忽略其他阻力的影響)，質子流到達該觀測站時將(　　)
A．豎直向下沿直線射向觀測站
B．與豎直方向稍偏東一些射向觀測站
C．與豎直方向稍偏南一些射向觀測站
D．與豎直方向稍偏西一些射向觀測站
B
答案：B
解析：質子流的方向從上而下射向地球表面，地磁場方向在赤道的上空從南指向北，根據左手定則，洛倫茲力的方向向東，所以質子向東偏轉，故B正確，A、C、D錯誤。故選B。
4.如圖，一束負離子從S點沿水平方向射出，在沒有電、磁場時恰好擊中熒光屏上的坐標原點O；若同時加上電場和磁場后，負離子束最后打在熒光屏上坐標系的第Ⅲ象限中，則所加電場E和磁場B的方向可能是(不計離子重力及相互作用力)(　　)
A．E向上，B向上
B．E向下，B向下
C．E向上，B向下
D．E向下，B向上
A
答案：A
解析：由題意可知，電子在電場中受力應向下，故電場方向應向上；而粒子在磁場作用下向左偏轉，故說明洛倫茲力向左，由左手定則可知，B應向上，故A正確。
5.質量為m、帶電荷量為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)電場強度的大小以及該帶電微粒帶何種電荷。
(2)磁感應強度的大小。
正電荷，
答案：
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，受力分析如圖所示，
故由幾何關系可知qE＝mg，則電場強度 。
(2)由于合力為零，則qvB＝mg，所以B＝ 。
正電荷，

展開更多......

收起↑