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1.2-1磁场对运动电荷的作用力

【学习目标】
通过实验探究，感受磁场对运动电荷有力的作用．
知道什么是洛伦兹力，会判断此力的方向．
2.了解洛伦兹力公式的推导过程，会计算洛伦兹力的大小．
3.了解电视显像管的基本构造和工作原理．
1、安培力的定义：
温故而知新：
磁场对通电导线的作用力
方向：
左手定则
大小：
2、运用左手定则判断安培力的方向
I
I
F
F
F=BILsinθ
【推理与猜想】
磁场对电流有安培力的作用，而电流是由电荷定向运动形成的。

由此我们是否可以猜想：安培力可能是磁场作用在电荷上的力？
????
?
那么磁场对运动电荷的有作用力吗？
自读课本7页演示实验：《观察电子束在磁场中的偏转》，然后回答：
1、阴极射线管接通高压电源后，产生的光束实质上是什么？
2、在没有磁场时，观察到什么现象？
3、若在电子束的路径上加磁场，可以观察到什么现象？
4、改变磁场的方向，观察电子在磁场中的受力方向是否改变？
探究一：磁场对运动电荷力的作用——洛伦兹力
【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。
改变磁场方向，电子束偏转方向发生改变。
【实验结论 】
磁场对运动电荷有力的作用。力的方向与磁场方向有关。
洛伦兹力
演示：阴极射线在磁场中的偏转
一、洛伦兹力
1. 定义:运动电荷在磁场中受到的力叫洛仑兹力。
洛伦兹（1853—1928）
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”。
2、洛伦兹力与安培力的关系
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安培力是洛伦兹力的宏观表现
洛伦兹力是安培力的微观本质
一、洛伦兹力
2. 洛伦兹力与安培力的关系：
1. 定义:运动电荷在磁场中受到的叫洛仑兹力。
安培力是洛伦兹力的宏观表现；
洛伦兹力是安培力的微观本质。
安培力
洛仑兹力
磁场对电流的作用
磁场对运动电荷的作用
微观本质
宏观表现
磁场力
左手定则：磁感线穿掌心，四指指向电流的方向，大拇指所指的方向就是安培力的方向。
二、洛伦兹力的方向
S
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N
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判断安培力的方向
判断洛伦兹力的方向
正电荷定向移动的方向
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左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷运动的方向（负电荷运动的方向），这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
负电荷所受洛伦兹力的方向与正电荷受力方向相反
v
f
v
f
1、可见：以相同速度进入同一磁场的正负电荷受到的洛伦兹力方向相反。
2、安培力方向由左手定则判断。我们知道安培力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电流方向，同样也用左手定则判断洛伦兹力f的方向也既垂直于磁场B的方向又垂直于电荷运动速度v的方向。
思考：洛伦兹力对运动电荷做功吗？为什么？
3、洛伦兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小.对带电粒子不做功。
洛伦兹力的特点：
2、洛伦兹力垂直于磁感应强度B和速度v决定的平面。
【例1】（目标指向1）试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向 。
既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，那么我们是否可以由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式？
建模型：通电导线放到匀强磁场，磁感应强度为B，导线与磁场应强度垂直。设静止导线中定向运动的带电粒子的速度都是v，单位体积的粒子数为n。导体的横截面积为S，每个粒子的电荷量记为q，
⑴写出q与电流I的关系。
⑵写出这段长为L的导线所受的安培力F安。
⑶写出这段导线内的自由电荷数。
⑷求出每个粒子所受的力，它等于洛伦兹力F洛。这时许多中间量，如n、v、S、I等都应不再出现。
(适用条件：速度方向与磁场方向垂直)
探究二：洛伦兹力的大小
三、洛伦兹力的大小
1.电荷量为q的粒子以速度v运动时，如果速度方向与磁感应强度方向垂直，
那么粒子所受的洛伦兹力为： F洛=qvB
适用条件： ①当 v⊥B 时： F洛=qvB
②当 v∥B 时： F洛=0 。
2.思考与讨论：如果v和B不垂直，比如像这个图这样，又该怎么算呢？回顾导线与磁场不垂直时，如何计算安培力。
V
B1
B2
θ为B与v的夹角
????=????????????
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30°
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60°
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【例2】（目标指向2）如图所示,各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B,带电粒子的速率均为v,所带电荷量均为q。试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小,并指出洛伦兹力的方向。
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????垂直于纸面向里
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四、电子束的磁偏转的应用
应用：电视显像管的工作原理
原理：电子枪（阴极）发射电子，电子经过偏转线圈受到洛伦兹力发生偏转，打到荧光屏上，使荧光屏发光。


2、要使电子打在A点,偏转磁场应该沿什么方向?
垂直纸面向外
3、要是电子打在B点,偏转磁场应该沿什么方向?
垂直纸面向里
4、要是电子打从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该怎样变化？
先垂直纸面向外并逐渐减小,后垂直纸面向里并逐渐增大.
1、要使电子打在O点,偏转磁场应该沿什么方向?
不加偏转磁场
思考与讨论：
很细的一束电子打在荧光 屏上只能使一个点发光，要使整个荧光屏发光，思考以下问题：
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，这技术叫扫描。
我国的电视机每秒要进行50场扫描，所以我们才看到整个屏幕都是亮的。
当堂检测
1.如图所示，某空间匀强电场竖直向下，匀强磁场垂直纸面向里，一金属棒AB从高h处自由下落，则( )
?
A．A端先着地
B．B端先着地
C．两端同时着地
D．以上说法均不正确
?
????
?
????
?
B
解析：AB棒中自由电子随棒一起下落，有向下速度，并受到向左的洛伦兹力故自由电子往左端集中，因此A端带负电，B端带正电。A端受到向上静电力，B端受到向下静电力，B端先着地。
当堂检测
2.如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将( )
A．向纸内偏转
B．向纸外偏转
C．向下偏转
D．向上偏转
????
?
D
解析：由安培定则可判断阴极射线管所在处的磁场方向垂直纸面向外，根据左手定则判断阴极射线在磁场中受洛伦兹力方向向上，故D正确，A、B、C错误。
当堂检测
3、太阳内部活动剧烈时会向宇宙抛射大量高能带电粒子，若这些粒子都到达地面，将会对地球上的生命带来灾难，地球也因此无法孕育生命。但由于地磁场的存在改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，使得很多高能带电粒子不能到达地面。下面说法中正确的是（　　）
A．地磁场直接把高能带电粒子给反射回去
B．只有在太阳内部活动剧烈时，地磁场才对
射向地球表面的宇宙射线有阻挡作用
C．地磁场会使沿地球赤道平面垂直射向地球
的宇宙射线中的带电粒子向两极偏转
D．地磁场只对带电的宇宙射线有屏蔽作用，
对不带电的射线（如γ射线）没有阻挡作用
当堂检测
3、D【详解】A．根据左手定则，高能带电粒子在地磁场中受到洛伦兹力的作用，发生偏转，使其不能到达地面，不是反射回去，故A错误；
B．地磁场对任何射向地球表面的带电宇宙射线，都有洛伦兹力作用，使带电射线发生偏转，起到阻挡作用，故B错误；
C．根据左手定则，地磁场对沿地球赤道平面垂直射向地球的宇宙射线中的带电粒子使其做曲线运动，不会向两极偏转，故C错误；
D．地磁场对不带电的射线无阻挡作用，因为它们不受洛仑兹力，故D正确。
故选D。
一、洛伦兹力
2. 洛伦兹力与安培力的关系：
1. 定义:运动电荷在磁场中受到的叫洛仑兹力。
安培力是洛伦兹力的宏观表现；
洛伦兹力是安培力的微观本质。
二、洛伦兹力的方向
左手定则
三、洛伦兹力的大小
θ为B与v的夹角
四、电子束的磁偏转的应用
原理：电子枪（阴极）发射电子，电子经过偏转线圈受到洛伦兹力发生偏转，打到荧光屏上，使荧光屏发光。
总结 磁场对运动电荷的作用力

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