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(共31张PPT)
第2节 磁场对运动电荷的作用力
第一章
人教版 高中选择性必修第二册
洛伦兹力的方向
01
洛伦兹力的大小
02
洛伦兹力的实际应用
03
巩固提升
04
新课导入
电视机是一种必备的家用电器，电视机显像原理是电子流撞击荧光屏，使之发亮而产生图像，请欣赏电视机显像管结构及显像管原理示意图。
电视机显像管中的电子只是细细的一束，为什么能使整个屏幕发光？
电视机显像管结构
显像管原理示意图
新课导入
磁场对通电导线有作用力，电流是如何形成的，你有什么启发？
磁场可能对运动电荷有力的作用。如何用实验验证？
洛伦兹力大小和方向有什么规律？
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
因
果
微观原因
宏观表现
磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力。
洛伦兹力的方向
PART 01
洛伦兹力方向有什么规律
01
请你结合以前所学知识，你认为洛伦兹力方向有什么规律？
猜想：磁场对电流的作用力实质是磁场对运动电荷的作用力，洛伦兹力的方向可以用左手定则判定。
如何用实验验证这一猜想？
洛伦兹力方向有什么规律
01
实验现象：
实验表明：
洛伦兹力的方向可以用左手定则判定。
左手定则
02
伸开左手，使拇指和其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，这时拇指所指的方向就是该电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
洛伦兹力的特点
03
F既与B垂直又与v垂直，即垂直于B和v所确定的平面，但B与v不一定垂直。
V
v1
v2
V
B
B
F
+
F
+
洛伦兹力对物体的运动能起到什么作用？
洛伦兹力对电荷不做功,只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小。
洛伦兹力的大小
PART 02
- - - - - -
- - - - - -
洛伦兹力的大小
01
你能根据洛伦兹力与安培力关系，尝试推导速度垂直入射磁场时受到的洛伦兹力的大小吗？
I=nqsv
N=nLs
每个自由电荷所受的洛伦兹力大小 ：
F=BIL
I
F安
F洛
安培力
洛伦兹力
F安=N·F洛
洛伦兹力的大小
01
若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢 ？
v
B11
B
┴
v
v
v11
┴
01
洛伦兹力的大小
F＝qvBsin θ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角：
①当θ＝90°时，v⊥B，sin θ＝1，F＝qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大。
②当v∥B 时，θ＝0°，sin θ＝0，F＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力。
③当电荷静止于磁场中时（v =0）: F洛＝0 (即静止电荷不受洛伦兹力)
v
v
02
洛伦兹力和电场力的比较
比较项目 洛伦兹力F 电场力F
性　　质
产生条件
大　　小
磁场对在其中运动电荷的作用力
v≠ 0且v不与B平行
电场中的电荷一定受到电场力作用
F ＝qvB(v⊥B)
F ＝qE
力方向与场方向的关系
做功情况
力F为零时 场的情况
作用效果
一定是F⊥B，F⊥v
正电荷与电场方向相同，负电荷与电场方向相反
任何情况下都不做功
可能做正功、负功或不做功
F为零，B不一定为零
F为零，E一定为零
只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小
既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向
电场对放入其中电荷的作用力
洛伦兹力的实际应用
PART 3
01
电子束的磁偏转
现在，你可以解释为什么电视机显像管中的电子束为什么能打到荧光屏的每一个点了吗？
洛伦兹力的方向与粒子的运动速度方向垂直，当粒子在磁场中运动时，粒子受到洛伦兹力的作用，从而发生偏转。显像管电视机中就应用了电子束磁偏转的原理。
显像管
02
速度选择器
平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。请思考它能选择出来多大的速度的粒子？
若qE=Bqv
粒子将以速度v做匀速直线
即
若
向右偏
若
向左偏
粒子将以速度v做匀速直线
若将粒子从右边射入，粒子还能在速度选择器中做匀速直线运动吗？
不仅选择速度的大小，还选择速度的方向。
等离子束
03
磁流体发电机
平行金属板 之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，电荷在洛伦兹力偏转运动到两金属板，让两金属板带上等量异种电荷，这样两极板间便产生了电势U,U会不断增大吗？
B
v
v
v
v
U
qE
Bqv
当Bqv＝qE
得：U＝Bdv
05
极光及极光的形成
极光（Aurora），是在地球南北两极附近地区的高空，夜间出现的灿烂美丽的光辉。在南极被称为南极光，在北极被称为北极光。下面请欣赏极光美景。
地球的极光是来自地球磁层或太阳的高能带电粒子流（太阳风）使高层大气分子或原子激发（或电离）而产生。
带电粒子为什么只在地球的两极或维度较高的地方引起极光？
课堂总结
洛伦兹力
定义
方向
大小
左手定则
公式
应用
F=qvB
巩固提升
PART 4
巩固提升
1.(洛伦兹力方向） 试判断图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向,其中垂直于纸面指向纸里的是(　　)
解析:根据左手定则可以判断,选项A中的负电荷所受的洛伦兹力方向向下;选项B中的负电荷所受的洛伦兹力方向向上;选项C中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸外;选项D中的正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向纸里,D正确。
答案：D
巩固提升
2.(洛伦兹力的大小） (2020江西联考)如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于纸面向外,质量为m、电荷量为q的小球在倾角为α的光滑斜面上由静止开始下滑。带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为零。
(1)小球的带电性质如何
(2)此时小球下滑的速度和位移分别为多大
巩固提升
巩固提升
3.(洛伦兹力的大小）质量为m、电荷量为q的微粒,以速度v与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场同时存在的空间,如图所示,微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动,求:

(1)电场强度的大小和微粒所带电荷的电性;
(2)磁感应强度的大小。
巩固提升
解析:(1)微粒做匀速直线运动,所受合力必为零,微粒受重力mg、电场力qE、洛伦兹力qvB,由此可知,微粒带正电,受力如图所示,qE=mg,
巩固提升
4.(电子束的磁偏转)如图所示,电子枪发射电子经加速后沿虚线方向进入匀强磁场区域(图中圆内),沿图中实线方向射出磁场,最后打在屏上P点,则磁场的方向可能为(　　)

A.垂直于纸面向外 B.垂直于纸面向内
C.平行于纸面向上 D.平行于纸面向右
答案:A
解析:电子受到的洛伦兹力方向向上,根据左手定则可得磁场的方向可能垂直于纸面向外,A正确。
巩固提升
5. （速度选择器）如图所示，从S处发出的热电子经加速电压U加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转，不考虑电子本身的重力。设两极板间电场强度为E，磁感应强度为B。欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是(　　)
A．适当减小电场强度E
B．适当减小磁感应强度B
C．适当增大加速电场的宽度
D．适当减小加速电压U
巩固提升
答案：A
解析：要使粒子直线运动，必须满足条件：Eq＝qvB，根据左手定则可知电子所受的洛伦兹力的方向竖直向下，故电子向上极板偏转的原因是电场力大于洛伦兹力，所以为了使粒子在复合场中做匀速直线运动，则要么增大洛伦兹力，要么减小电场力。减小加速电压U，即可以减小速度v，减小洛伦兹力，故D错误；适当减小电场强度，可以减小电场力，故A正确，适当减小磁感应强度，可减小洛伦兹力，故B错误，增大加速电场的宽度，不改变速度v，故C错。
巩固提升
6.（磁流体发电机）如图所示，磁流体发电机的极板相距d＝0.2m，极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，B＝1.0T。外电路中可变负载电阻R用导线与极板相连。电离气体以速率v＝1100m/s沿极板射入，极板间电离气体等效内阻r＝0.1Ω，试求此发电机的最大输出功率为多大？
解析：S断开时，由离子受力平衡可得qvB＝qE＝qU/d，所以板间电压为U＝Bvd
此发电机的电动势为
E源＝U＝Bvd＝1.0×1100×0.2V＝220V
当可变电阻调到R＝r＝0.1Ω时，电源的输出功率最大，最大输出功率为
第2节 磁场对运动电荷的作用力
人教版 高中选择性必修第二册

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