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§2 磁场对运动电荷的作用力
高二物理（人教版2019）
选择性必修 第二册
第一章 安培力与洛伦兹力
观察与思考：
新课引入
你知道绚丽的极光是怎么形成的吗？
观察电子束在磁场中的偏转
新课讲授
新课讲授
实验现象：
磁场对运动电荷有力的作用
洛伦兹力
复习与思考：
1.我们是如何规定电流的方向的？
新课讲授
2.通电导线所受安培力的方向如何判断？
左手定则
正电荷定向移动的方向
3.你认为安培力和洛伦兹力有和关系？
4.你认为洛伦兹力的方向如何判断？
安培力是洛伦兹力的宏观表现
一、洛伦兹力的方向
1.伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向。
2.若四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。
新课讲授
S
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N
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新课讲授
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????
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安培力是洛伦兹力的宏观体现
洛伦兹力是安培力的微观描述
思考与讨论：
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呢？
二、洛伦兹力的大小
设有一段长为L，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率为v。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求
（1）电流强度I。
（2）通电导线所受的安培力。
（3）这段导线内的自由电荷数。
（4）每个电荷所受的洛伦兹力。
新课讲授
适用条件：速度方向与磁场方向垂直
（1）I=nqsv
（2）F安＝ILB＝（nqsv）LB
（3）总电荷数：nsL
（4）f洛＝qvB
1.推导：
新课讲授
????
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????
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????
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????与????垂直
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适用条件：速度v与磁场B的方向夹角为θ
（1）I=nqsv
（2）F安＝ILBsinθ＝(nqsv)LBsinθ
（3）总电荷数：nsL
（4）f洛＝qvBsinθ
2.推导：
新课讲授
????
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????
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????
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????
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????与????不垂直
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3．洛伦兹力和电场力的比较：
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}比较项目
洛伦兹力F
电场力F
性质
磁场对运动电荷的作用力
电场对电荷的作用力
产生条件
v≠ 0且v不与B平行
电场中的电荷一定受到电场力作用
大小
F ＝qvB(v⊥B)
F ＝qE
力方向与场方向的关系
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
做功情况
任何情况下都不做功
可能做正功、负功或不做功
力F为零时场的情况
F为零，B不一定为零
F为零，E一定为零
作用效果
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
新课讲授
三、电子束的磁偏转
新课讲授
电子枪
电子束
荧光屏
偏转线圈
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????
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????
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原理图
电子束磁偏转的原理
思考与讨论：
新课讲授
电子枪
电子束
荧光屏
偏转线圈
????
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????
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????
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1.要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏的A点，偏转磁场应该沿什么方向？
2.要使电子束打在荧光屏的B点，偏转磁场应该沿什么方向？
3.要使电子束打在荧光屏的位置由B点逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？
显像管电视机工作原理
新课讲授
四、速度选择器
新课讲授
原理图
+????
?
????
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????
?
原理：如右图所示，粒子所受重力可忽略不计，运动方向相同而速率不同的粒子束射入相互正交的匀强电场和匀强磁场所组成的场区中，若粒子运动轨迹不发生偏折，必须满足平衡条件：????????????＝????????，故????＝??????????，这样就把满足????＝??????????的粒子选择出来了。
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五、磁流体发电机
新课讲授
原理图
N
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S
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等离子体
????
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????
?
原理：将一束等离子体（含有大量带正负电荷的微粒，整体呈电中性）喷射入磁场，高速射入的离子在洛伦兹力的作用下向????、????两板聚集，使两板间产生电势差，直至????、????之间的电势差大到后面的微粒不再聚集到板上，因此????????间会形成稳定的电压。
?
qvB＝qE
U＝Bdv
1．如图所示，在阴极射线管中电子流方向由左向右，在其下方放置一根通有由左向右电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则阴极射线将会（　　）
A．向上偏转
B．向下偏转
C．向纸内偏转
D．向纸外偏转
A
课堂练习
【答案】A
【详解】由安培定则可知，通电指导线在阴极射线处产生的磁场方向垂直纸面向外，电子带负电，向右运动，由左手定则判定电子流所受洛伦兹力方向向上，因此阴极射线将会向上偏转，A正确，BCD错误。
故选A。
课堂练习
2．如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，方向如图；带电粒子的速率均为v，方向如图；带电荷量均为q，电性如图。关于各电荷所受洛伦兹力，说法正确的是（　　）
A．（1）中电荷受到的洛伦兹力垂直于纸面向内
B．（2）中电荷受到的洛伦兹力大小等于0
C．（3）中电荷受到的洛伦兹力大小等于qvB
D．（4）中电荷受到的洛伦兹力平行于纸面斜向左上
D
课堂练习
【答案】D
【详解】A．电荷受到的洛伦兹力平行于纸面斜向左上，A错误；
B．电荷受到的洛伦兹力垂直纸面向内，不为0，B错误；
C．电荷不受洛伦兹力的作用，C错误；
D．电荷受到的洛伦兹力平行于纸面斜向左上，D正确。
故选D。
课堂练习
3．显像管原理的示意图如图所示，当没有磁场时，电子束将打在荧光屏正中的O点，安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转。设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，若要使电子打在荧光屏上的位置由a点逐渐移动到b点，下列变化的磁场能够使电子发生上述偏转的是（　　）
A
课堂练习
【答案】A
【详解】电子偏转到a点时，根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外，对应的B-t图线在t轴下方；电子偏转到b点时，根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里，对应的B-t图线在t轴上方，故选A。
课堂练习
4．如图所示，平行金属板上下两极板之间有场强为E的匀强电场，在此空间有方向垂直于纸面向里的匀强磁场。左右两块绝缘板上的小孔a、b连线与金属极板平行。不计带电粒子的重力。任意的带电粒子从一个孔入射，下列说法中正确的是（　　）
A．只能是正电荷以合适速度从a孔射入，都能从b孔射出
B．只能是负电荷以合适速度从b孔射入，都能从a孔射出
C．不管正负电荷，只要速度合适，从a孔射入，都能从b孔射出
D．不管正负电荷，只要速度合适，从b孔射入，都能从a孔射出
C
课堂练习
课堂练习
B
课堂练习
课堂练习

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