1.2 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 課件 高二物理人教版（2019）選擇性必修二

第2節(jié)

磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力第一章

人教版

高中選擇性必修第二冊(cè)洛倫茲力的方向01洛倫茲力的大小02洛倫茲力的實(shí)際應(yīng)用03鞏固提升04新課導(dǎo)入電視機(jī)是一種必備的家用電器，電視機(jī)顯像原理是電子流撞擊熒光屏，使之發(fā)亮而產(chǎn)生圖像，請(qǐng)欣賞電視機(jī)顯像管結(jié)構(gòu)及顯像管原理示意圖。電視機(jī)顯像管中的電子只是細(xì)細(xì)的一束，為什么能使整個(gè)屏幕發(fā)光？電視機(jī)顯像管結(jié)構(gòu)顯像管原理示意圖新課導(dǎo)入磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線有作用力，電流是如何形成的，你有什么啟發(fā)？磁場(chǎng)可能對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。如何用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證？洛倫茲力大小和方向有什么規(guī)律？安培力洛侖茲力磁場(chǎng)對(duì)電流的作用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用因果微觀原因宏觀表現(xiàn)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力洛倫茲力。洛倫茲力的方向PART01洛倫茲力方向有什么規(guī)律01請(qǐng)你結(jié)合以前所學(xué)知識(shí)，你認(rèn)為洛倫茲力方向有什么規(guī)律？猜想：磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力實(shí)質(zhì)是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力，洛倫茲力的方向可以用左手定則判定。如何用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這一猜想？洛倫茲力方向有什么規(guī)律01實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)表明：洛倫茲力的方向可以用左手定則判定。左手定則02左手定則02伸開(kāi)左手，使拇指和其余四指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向，這時(shí)拇指所指的方向就是該電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向。洛倫茲力的特點(diǎn)03F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。Vv1v2VBBF+F+洛倫茲力對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)能起到什么作用？洛倫茲力對(duì)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PART02------------洛倫茲力的大小01你能根據(jù)洛倫茲力與安培力關(guān)系，嘗試推導(dǎo)速度垂直入射磁場(chǎng)時(shí)受到的洛倫茲力的大小嗎？I=nqsvN=nLs每個(gè)自由電荷所受的洛倫茲力大?。篎=BILIF安F洛安培力洛倫茲力F安=N·F洛洛倫茲力的大小01若此電子不垂直射入磁場(chǎng)，電子受到的洛倫茲力又如何呢？vB11B┴vvv11┴01洛倫茲力的大小F＝qvBsinθ，θ為電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角：①當(dāng)θ＝90°時(shí)，v⊥B，sinθ＝1，F(xiàn)＝qvB，即運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)垂直時(shí)，洛倫茲力最大。②當(dāng)v∥B時(shí)，θ＝0°，sinθ＝0，F(xiàn)＝0，即運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)平行時(shí)，不受洛倫茲力。③當(dāng)電荷靜止于磁場(chǎng)中時(shí)（v=0）:

F洛＝0(即靜止電荷不受洛倫茲力)vv02洛倫茲力和電場(chǎng)力的比較比較項(xiàng)目洛倫茲力F電場(chǎng)力F性

質(zhì)產(chǎn)生條件大

小磁場(chǎng)對(duì)在其中運(yùn)動(dòng)電荷的作用力v≠0且v不與B平行電場(chǎng)中的電荷一定受到電場(chǎng)力作用F＝qvB(v⊥B)F＝qE力方向與場(chǎng)方向的關(guān)系做功情況力F為零時(shí)場(chǎng)的情況作用效果一定是F⊥B，F(xiàn)⊥v正電荷與電場(chǎng)方向相同，負(fù)電荷與電場(chǎng)方向相反任何情況下都不做功可能做正功、負(fù)功或不做功F為零，B不一定為零F為零，E一定為零只改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度方向，不改變速度大小既可以改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度大小，也可以改變電荷運(yùn)動(dòng)的方向電場(chǎng)對(duì)放入其中電荷的作用力洛倫茲力的實(shí)際應(yīng)用PART301電子束的磁偏轉(zhuǎn)現(xiàn)在，你可以解釋為什么電視機(jī)顯像管中的電子束為什么能打到熒光屏的每一個(gè)點(diǎn)了嗎？洛倫茲力的方向與粒子的運(yùn)動(dòng)速度方向垂直，當(dāng)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，粒子受到洛倫茲力的作用，從而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。顯像管電視機(jī)中就應(yīng)用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理。顯像管01電子束的磁偏轉(zhuǎn)除了電視機(jī)顯像管，洛倫茲力還應(yīng)用在哪些現(xiàn)代科技中嗎？02速度選擇器平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相垂直，這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來(lái)，所以叫做速度選擇器。請(qǐng)思考它能選擇出來(lái)多大的速度的粒子？若qE=Bqv粒子將以速度v做勻速直線即若向上偏若向下偏粒子將以速度v做勻速直線若將粒子從右邊射入，粒子還能在速度選擇器中做勻速直線運(yùn)動(dòng)嗎？不僅選擇速度的大小，還選擇速度的方向。等離子束03磁流體發(fā)電機(jī)平行金屬板之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng)，將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量正、負(fù)帶電粒子）噴入磁場(chǎng)，電荷在洛倫茲力偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到兩金屬板，讓兩金屬板帶上等量異種電荷，這樣兩極板間便產(chǎn)生了電勢(shì)U,U會(huì)不斷增大嗎？BvvvvUqEBqv當(dāng)Bqv＝qE得：U＝Bdv04正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)05極光及極光的形成極光（Aurora），是在地球南北兩極附近地區(qū)的高空，夜間出現(xiàn)的燦爛美麗的光輝。在南極被稱為南極光，在北極被稱為北極光。下面請(qǐng)欣賞極光美景。地球的極光是來(lái)自地球磁層或太陽(yáng)的高能帶電粒子流（太陽(yáng)風(fēng)）使高層大氣分子或原子激發(fā)（或電離）而產(chǎn)生。帶電粒子為什么只在地球的兩極或維度較高的地方引起極光？05極光及極光的形成課堂總結(jié)洛倫茲力定義方向大小左手定則公式應(yīng)用F=qvB鞏固提升PART4鞏固提升1.(洛倫茲力方向）試判斷圖中的帶電粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受的洛倫茲力的方向,其中垂直于紙面指向紙里的是(

)解析:根據(jù)左手定則可以判斷,選項(xiàng)A中的負(fù)電荷所受的洛倫茲力方向向下;選項(xiàng)B中的負(fù)電荷所受的洛倫茲力方向向上;選項(xiàng)C中的正電荷所受的洛倫茲力方向垂直于紙面指向紙外;選項(xiàng)D中的正電荷所受的洛倫茲力方向垂直于紙面指向紙里,D正確。答案：D鞏固提升2.(洛倫茲力的大?。?/p>

(2020江西聯(lián)考)如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于紙面向外,質(zhì)量為m、電荷量為q的小球在傾角為α的光滑斜面上由靜止開(kāi)始下滑。帶電小球下滑后某個(gè)時(shí)刻對(duì)斜面的壓力恰好為零。(1)小球的帶電性質(zhì)如何?(2)此時(shí)小球下滑的速度和位移分別為多大?鞏固提升鞏固提升3.(洛倫茲力的大?。┵|(zhì)量為m、電荷量為q的微粒,以速度v與水平方向成45°角進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)同時(shí)存在的空間,如圖所示,微粒在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)的共同作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng),求:

(1)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和微粒所帶電荷的電性;(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。鞏固提升解析:(1)微粒做勻速直線運(yùn)動(dòng),所受合力必為零,微粒受重力mg、電場(chǎng)力qE、洛倫茲力qvB,由此可知,微粒帶正電,受力如圖所示,qE=mg,鞏固提升4.(電子束的磁偏轉(zhuǎn))如圖所示,電子槍發(fā)射電子經(jīng)加速后沿虛線方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域(圖中圓內(nèi)),沿圖中實(shí)線方向射出磁場(chǎng),最后打在屏上P點(diǎn),則磁場(chǎng)的方向可能為(

)

A.垂直于紙面向外 B.垂直于紙面向內(nèi)C.平行于紙面向上 D.平行于紙面向右答案:A解析:電子受到的洛倫茲力方向向上,根據(jù)左手定則可得磁場(chǎng)的方向可能垂直于紙面向外,A正確。鞏固提升5.（速度選擇器）如圖所示，從S處發(fā)出的熱電子經(jīng)加速電壓U加速后垂直進(jìn)入相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，發(fā)現(xiàn)電子流向上極板偏轉(zhuǎn)，不考慮電子本身的重力。設(shè)兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。欲使電子沿直線從電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域通過(guò)，只采取下列措施，其中可行的是(

)

A．適當(dāng)減小電場(chǎng)強(qiáng)度E

B．適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B

C．適當(dāng)增大加速電場(chǎng)的寬度

D．適當(dāng)減小加速電壓U鞏固提升答案：A解析：要使粒子直線運(yùn)動(dòng)，必須滿足條件：Eq＝qvB，根據(jù)左手定則可知電子所受的洛倫茲力的方向豎直向下，故電子向上極板偏轉(zhuǎn)的原因是電場(chǎng)力大于洛倫茲力，所以為了使粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則要么增大洛倫茲力，要么減小電場(chǎng)力。減小加速電壓U，即可以減小速度v，減小洛倫茲力，故D錯(cuò)誤；適當(dāng)減小電場(chǎng)強(qiáng)度，可以減小電場(chǎng)力，故A正確，適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度，可減小洛倫茲力，故B錯(cuò)誤，增大加速電場(chǎng)的寬度，不改變速度v，故C錯(cuò)。鞏固提升6.（磁流體發(fā)電機(jī)）如圖所示，磁流體發(fā)電機(jī)的極板相距d＝0.2m，極板間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，B＝1.0T。外電路中可變負(fù)載電阻R用導(dǎo)線與極板相連。電離氣體以速率v＝1100m/s沿極板射入，極板間電離氣體等效內(nèi)阻r＝0.1Ω，試求此發(fā)電機(jī)