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(共24张PPT)
1.2磁场对运动电荷的作用力
人教版（2019）高中物理（选择性必修第二册）
第一章 安培力与洛伦兹力
老师： 授课时间：
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？
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课堂导入
地球周围空间有地磁场，两极强，中间弱
从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为宇宙射线
地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，对宇宙射线起了一定的阻挡作用
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课堂导入
思考：导体中运动的电荷会受到磁场力的作用吗？
如图放入磁场中的通电导线受到安培力的作用，那么电流是如何形成的呢？
+
+
+
+
+
+
v
I
FA
电荷的定向移动形成了电流
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知识讲解
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？
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知识讲解
实验现象：
实验表明：
洛伦兹力的方向可以用左手定则判定。
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知识讲解
左手定则：磁感线入掌心，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
1. 判断安培力的方向
2. 判断洛伦兹力的方向
正电荷定向移动的方向
左手定则：
S
F
N
v
B
磁感线
四 指
大拇指
入手心
正电荷运动方向（负电荷运动的反方向）
洛伦兹力方向
F洛⊥B
F洛⊥v
F洛⊥vB平面
洛伦兹力只改变运动电荷速度的方向，不改变运动电荷速度的大小。
洛伦兹力永不做功！
重要结论：
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知识讲解
试判断下列图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向、或带电粒子的电性、或带电粒子的运动方向。
v
F洛
F洛
B
垂直于纸面向里运动
B
v
B
v
F洛
B
+
v
B
v
B
洛仑兹力垂直于纸面向外
-
F洛=0
F洛=0
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课堂检测
- - - - - -
- - - - - -
洛伦兹力的大小
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
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知识讲解
洛伦兹力的大小
电荷量为q的粒子以速度v进入磁感应强度为B的磁场中，如图所示。则粒子所受的洛伦兹力：
v
B11
B
v
v11
(B、v)成θ角
┴
┴
θ为B与v正方向的夹角
F洛 = qvBsin θ
θ=0时
平行：F洛＝0
θ=90时
垂直：F洛 = qvB
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知识讲解
F = qvB
F = qvBcos60°
F = 0
F = qvB
v
B
30°
B
v
60°
v
B
B
v
例1. 求下图中各电荷所受洛伦兹力的大小和方向：
F
F垂直于纸面向里
F
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课堂检测
电子枪
电子束
荧光屏
偏转线圈
A
O
B
原理图
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知识讲解
电子枪
电子束
荧光屏
偏转线圈
A
O
B
原理图
电子束的偏转
没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。
问1：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？
问3：要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐
向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？
问2：要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向？
垂直纸面向外
垂直纸面向里
先垂直纸面向里逐渐减小，后垂直纸面向外
逐渐增大
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就像图中那样不断移动，这在显示技术中叫作扫描
.
.
.
.
.
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.
.
.
.
.
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知识讲解
除了电视机显像管，洛伦兹力还应用在哪些现代科技中吗？
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知识讲解
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
向上偏
若
向下偏
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。
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知识讲解
等离子束
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
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知识讲解
正负电子对撞机
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知识讲解
极光及极光的形成
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知识讲解
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
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课堂检测
2.(洛伦兹力的大小） 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
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课堂检测
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。
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课堂检测
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。
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课堂检测
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
答案：A
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课堂检测
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
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课堂检测

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