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(共17张PPT)
浙 江 省 衢 州 第 三 中 学
NO.3 Middle School Of Quzhou Zhejiang Province

第二节 磁场对运动电荷的作用力
温故，知新！
安培力的大小：
磁场对通电导线的作用力——安培力
当B∥I时：F＝0
当B⊥I时：F＝BIL
当B和I夹角为θ时：F=Il·Bsin θ
I
B
θ
B2
B1
安培力的方向：
左
手
定
则
大拇指——所受安培力的方向
磁感线——垂直穿入手心
四指——指向电流的方向
伸开左手
安培力的方向：既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，即安培力的方向垂直于磁感线和通电导线所在的平面
提出问题
旧知：
磁场对通电导线有作用力
带电粒子的定向移动形成电流
问题：
磁场对运动电荷有作用力吗？
如果有，力的方向和大小是怎样的？
实验观察
阴极射线管
观察阴极射线管中的电子流
施加磁场
改变磁场方向
实验结论：
1.施加磁场后，电子束运动径迹发生弯曲，电子束受到磁场力的作用。
——洛伦兹力
2.洛伦兹力的方向与磁场方向有关。
思考与讨论
问题：电子束受到的洛伦兹力与通电导线受到的安培力有什么关系？
通电导线在磁场中受到的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；
问题：如何根据安培力方向的判断方法分析洛伦兹力的方向？
若粒子垂直于磁场方向入射，洛伦兹力方向与运动方向与磁场方向均垂直
左
手
定
则
大拇指——运动正电荷所受洛伦兹力的方向
磁感线——垂直穿入手心
四指——指向正电荷运动方向
伸开左手，使拇指与其余四指垂直，与手掌在同一平面内
思考：如何分析运动的负电荷所受洛伦兹力的方向？
演绎推理
问题：如何根据安培力的表达式F=BIL推导洛仑磁力的表达式？
模型构建：
·取一段长为L，电流为I的长直导线，垂直放置于磁场应强度为B的匀强磁场中
·假设导体的横截面积为S，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，自由电荷在导线内定向移动的速度为v
逻辑分析：
·安培力与磁感应强度B、导线长度L以及电流强度I相关，运动点和受到的洛伦兹力可能与哪些因素相关？
·如何利用安培力求解洛伦兹力？
·安培力的相关因素与洛伦兹力的相关因素间如何建立联系？
v
θ
深化理解
·若电荷量为q的粒子以速度v垂直射入磁感应强度为B的磁场中：
洛伦兹力方向：左手定则，F垂直于v、B构成的平面
+
B
v⊥
v∥
·若电荷运动方向与磁场的方向夹角为θ：
洛伦兹力方向：左手定则，F仍垂直于v、B构成的平面
学以致用
例：试判断下图所示的带电粒子刚进入磁场时所受到的洛伦兹力的方向。
学以致用
电视机显像管的工作原理：
电子枪
电子束
荧光屏
偏转线圈
原理图
学以致用
电视机显像管的工作原理：
（1）如果要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的 A 点，偏转磁场应该沿什么方向？
（2）如果要使电子束打在B 点，偏转磁场应该沿什么方向？
（3）如果要使电子束打在荧光屏上的位置由 B 逐渐向 A 点移动，偏转磁场应该怎样变化？
（4）有什么办法能使电子束打在荧光屏上的任意位置？
扫描：在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点不断移动的显示技术。
电子束从最上一行到最下一行扫描一遍，叫做一场，电视机每秒要进行50场扫描，由于人的“视觉暂留”，我们感觉到整个屏幕都在发光。
学以致用
速度选择器的工作原理：
例：如图所示，在两平行金属板之间有垂直纸面向外磁感应强度为B的匀强磁场。带电量为-q的粒子沿两极板中心轴线以速度v垂直射入磁场中，忽略粒子自身的重力，试分析：
B
-q
v
（1）粒子进入磁场后的偏转方向？
（2）若要使粒子能够沿中心轴线运动穿过右侧的小孔，可以在两板间再加上一个匀强电场，求电场强度的大小与方向？
（3）在（2）的电场与磁场中，令带电量为+q的粒子以相同大小的速度射入两板间，粒子是否仍能够从右侧小孔射出？
（4）通过总结分析在（2）所述的电场（E）与磁场（B）中，粒子能沿中心轴线运动并通过右侧小孔需要满足的条件？
学以致用
磁流体发电机的工作原理：
例：如图所示，是一种磁流体发电机的装置，平型金属板A、B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，A、B两板间便产生电压。如果把A、B和用电器连接，A、 B就是一个直流电源的两个电极。
（1）A、B板哪一个是电源的正极？
（2）若A、B两板相距为d，板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于B的方向射入磁场，这个发电机的电动势是多大
学以致用
发现未知粒子：正电子的发现
·如何显示粒子的运动径迹：荧光屏、云室、气泡室等探测装置；
·1930年，英国物理学家狄拉克从理论上预言了电子的反粒子的存在，这个反粒子就是正电子。正电子与电子质量相同，但是带等量的正电荷，也可以说，它是带正电荷的电子；
·错失的诺贝尔奖：约里奥——居里夫妇也在云室照片中发现了与电子偏转方向相反的粒子径迹，但遗憾的是，他们没有认真研究这一现象，只是认为这是向放射源移动的电子的径迹，而不是从放射源发出的正电子的径迹。没有思考向放射源移动的电子来自何处，也没有设法判断这个粒子的运动方向。（百度评价：他们多次为别人获得诺贝尔奖做铺路石）
·1932年，美国物理学家安德森在宇宙线实验中发现了正电子。他利用放在强磁场中的云室来记录宇宙线粒子，并在云室中加入一块厚6mm的铅板，借以减慢粒子的速度。当宇宙线粒子通过云室内的强磁场时，拍下粒子径迹的照片。
铅板
运动径迹
P
Q
思考：如图所示装置处于垂直纸面向内的磁场中，根据粒子的运动径迹可知粒子的运动方向为 （填“P至Q”或“Q至P”)，粒子带 （正或负）电。
学以致用
例：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
学以致用：挑战练习
例：从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线中含有大量的高能带电粒子。这些高能带电粒子到达地球会对地球上的生命带来危害，但由于地球周围存在地磁场，地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，如图所示，对地球上的生命起到保护作用。假设所有的宇宙射线从各个方向垂直射向地球表面，那么以下说法正确的是（　　）
A．地磁场对宇宙射线的阻挡作用各处都相同
B．由于南北极磁场最强，因此阻挡作用最强
C．沿地球赤道平面垂直射来的高能正电荷向东偏转
D．沿地球赤道平面垂直射来的高能负电荷向南偏转
凝练与升华
思考：我们已经知道，垂直于匀强磁场磁感线的通电导线所受的安培力F=IIB，由此，我们用B=F/IL来定义磁感应强度。同样，运动方向垂直于匀强磁场磁感线的带电粒子所受的洛伦兹力F=qvB，由此也可以用洛伦兹力来定义磁感应强度，这样得到磁感应强度的定义式是怎样的把这个定义式与电场强度的定义式E=F/q进行对比，这两个定义式的差别在哪里通过对这两个定义式的对比，你能获得哪些认识
凝练与升华
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
电场对放入其中电荷的作用力
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

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