磁場對運動電荷的作用力+高二下學期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊

磁場對運動電荷的作用力

選修二

第一章

第二節(jié)1、判斷安培力的方向：II2、安培力大小的一般計算方法：F=BILsinθFF復(fù)習思考：1、磁場對電流有力的作用，2、電流是由電荷的定向移動形成的，由此我們是否可以設(shè)想這個力其實是作用在電荷上的？運動電荷在磁場中會受到作用力嗎？I推理與猜想演示：陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)1、沒有磁場時，接通高壓電源可以觀察到什么現(xiàn)象。2、光束實質(zhì)上是什么？3、若在電子束的路徑上加磁場，可以觀察到什么現(xiàn)象？4、改變磁場的方向，通過觀查從而判斷運動的電子在各個方向磁場中的受力方向。挑戰(zhàn)練習【實驗現(xiàn)象

】在沒有外磁場時，電子束沿直線運動，將磁鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了彎曲?！緦嶒灲Y(jié)論

】磁場對運動電荷有力的作用。磁場對運動電荷的作用力叫做洛倫茲力洛倫茲(1853~1928)一、洛倫茲力2.洛倫茲力與安培力的關(guān)系：

1.定義:實驗表明運動電荷在磁場中受到力的作用，

這個力叫做洛侖茲力。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)。安培力洛侖茲力磁場對電流的作用磁場對運動電荷的作用宏觀表現(xiàn)宏觀表現(xiàn)洛倫茲力的本質(zhì)

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)洛倫茲（1853—1928）洛倫茲是荷蘭物理學家、數(shù)學家，1853年7月18日生于阿納姆。洛倫茲創(chuàng)立了經(jīng)典電子論，提出了洛倫茲變換公式，1902年與其學生塞曼共同獲得諾貝爾物理學獎。為紀念洛倫茲的卓著功勛，荷蘭政府決定從1945年起，把他的生日定為“洛倫茲節(jié)”。二、洛倫茲力的方向

左手定則：磁感線穿掌心，四指指向電流的方向，大拇指所指的方向就是安培力的方向。判斷安培力的方向判斷洛倫茲力的方向正電荷定向移動的方向

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)；讓磁感線從掌心垂直進入，并使四指指向正電荷運動的方向（負電荷運動的反方向），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:四指的方向與正電荷運動方向相同與負電荷運動方向相反磁感線方向穿掌心拇指方向洛倫茲力方向Bv

F洛vBFvfvfvvBvff垂直紙面向外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1、可見：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、安培力方向由左手定則判斷。我們知道安培力的方向既垂直于磁場方向，又垂直于電流方向，同樣也用左手定則判斷洛倫茲力f的方向也既垂直于磁場B的方向又垂直于電荷運動速度v的方向練一練：練習：試判斷這時粒子所受洛倫茲力的方向×

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×VV+VVV+VF+VF垂直紙面向外F垂直紙面向里+VFFFF=0F=0+++探究洛倫茲力的大?。涸O(shè)有一段長為L，橫截面積為S的直導線，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)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(yīng)強度為B的勻強磁場中，求（1）電流強度I。（2）通電導線所受的安培力。（3）這段導線內(nèi)的自由電荷數(shù)。（4）每個電荷所受的洛倫茲力。(適用條件：速度方向與磁場方向垂直)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情況如何？v01、V//B，洛倫茲力最小F=0想一想：如果帶電粒子射入勻強磁場時（不計粒子重力）,初速度vo跟磁感強度B的方向平行,粒子將做什么運動？以初速度v0做勻速直線運動三、洛倫茲力的大小類比：我們知道：當電流方向跟磁場方向平行時安培力等于0。2、V垂直B，洛倫茲力F最大vqB實驗表明：磁場越強（磁感強度越大）、電荷量越大、運動速度越快，電荷受到的洛倫茲力越大；可見:當電荷運動方向跟磁場方向垂直時洛倫茲力的大小跟三個因素相關(guān)：磁感應(yīng)強度B電荷量q電荷運動快慢vF=qVBV［想一想］若此電子不垂直射入磁場，電子受到的洛倫茲力又如何呢

？B1B2

四、洛倫茲力的特點：2、洛倫茲力只改變速度的方向,不改變速度的大小.3、洛倫茲力對電荷永不做功.1、洛倫茲力的方向總是既垂直于速度,又垂直于磁場,即垂直于V和B所組成的平面.練習

例題：求下圖中各電荷所受洛倫茲力的大小和方向

洛倫茲力與電場力的對比五、電子束的磁偏轉(zhuǎn)當粒子在磁場中運動時，因受到洛倫茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。應(yīng)用：電視顯像管的工作原理原理：電子槍（陰極）發(fā)射電子，電子經(jīng)過偏轉(zhuǎn)線圈受到洛倫茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，打到熒光屏上，使熒光屏發(fā)光。1、要使電子打在A點,偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向?垂直紙面向外2、要是電子打在B點,偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向?垂直紙面向里3、要是電子打從A點向B點逐漸移動,偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)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.1、要使電子打在O點,偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向?不加偏轉(zhuǎn)磁場

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

我國的電視機每秒要進行50場掃描，所以我們才看到整個屏幕都是亮的。擴

展1：速度選擇器原理圖

帶電粒子的質(zhì)量、電荷量的大小、正負不作為通過條件。AABC擴

展2：磁流體發(fā)電機原理圖

等離子體

穩(wěn)定時的電壓大小為U=Bdv(d:板間距；v:離子的速率)課堂互動探究四：洛倫茲力的應(yīng)用了解：霍爾效應(yīng)在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導體，當磁場方向與電流方向垂直時，導體在垂直于磁場、電流的方向出現(xiàn)電勢差的現(xiàn)象。原理：導體中定向移動的電荷，在磁場中受到洛倫茲力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使得導體的上下表面聚集了異種電荷，產(chǎn)生電勢差，進而導體中的電荷受到電場力和洛倫茲力的共同作用，當電場力增大到與洛倫茲力相等時，電荷不再上下聚集，上下表面的電勢差穩(wěn)定，該電勢差稱為霍爾電勢差或霍爾電壓。了

解：電磁流量計流量Q=Sv（S：導管的橫截面積；v：流動速度）如圖：用一非磁性材料制成圓