【课件】磁场对运动电荷的作用力课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册+.pptx

温故知新磁场对通电导线（电流）有作用力导体中的电流是由电荷的定向移动产生问题：磁场是否对运动电荷有力的作用？F安【演示实验】观察阴极射线在磁场中的偏转【演示实验】观察阴极射线在磁场中的偏转实验观察到的现实验观察到的现象：象：1、没磁场，沿直线运动、没磁场，沿直线运动2、电子流在磁场中发生了偏转，运动轨迹发生弯曲电子流在磁场中发生了偏转，运动轨迹发生弯曲3、当磁场的方向发生变化时，电子流的弯曲方向也发生了改变当磁场的方向发生变化时，电子流的弯曲方向也发生了改变结论结论：1、磁场对、磁场对运动电荷运动电荷有力的作用有力的作用2、磁场对、磁场对运动电荷运动电荷力的方向与力的方向与磁场的方向磁场的方向及及电荷的运动方向电荷的运动方向有关有关阴极阴极射线管的原理：射线管的原理：从阴极发射出来的电子，在阴阳两极间从阴极发射出来的电子，在阴阳两极间的高压的高压作用下，使其加速，形成电作用下，使其加速，形成电子束，子束，轰击轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示可以显示电子束的运动轨迹电子束的运动轨迹1、定义：运动电荷运动电荷在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力2、洛伦兹力与安培力的关系（2）安培力）安培力是洛伦兹力的是洛伦兹力的宏观表现，是洛伦兹力的结果。宏观表现，是洛伦兹力的结果。（1）洛伦兹力）洛伦兹力是安培力的是安培力的微观本质，是安培力的原因。微观本质，是安培力的原因。一、洛伦兹力的方向一、洛伦兹力的方向一一.洛伦兹力洛伦兹力 洛伦兹是荷兰物理学家、数学家。洛伦兹是荷兰物理学家、数学家。洛伦兹是荷兰物理学家、数学家。洛伦兹是荷兰物理学家、数学家。1853185318531853年年年年7 7 7 7月月月月18181818日生于阿纳姆。日生于阿纳姆。日生于阿纳姆。日生于阿纳姆。1870187018701870年入莱顿大年入莱顿大年入莱顿大年入莱顿大学学习数学、物理学，学学习数学、物理学，学学习数学、物理学，学学习数学、物理学，1875187518751875年获博士学位。年获博士学位。年获博士学位。年获博士学位。25252525岁起任莱顿大学理论物理学教授，达岁起任莱顿大学理论物理学教授，达岁起任莱顿大学理论物理学教授，达岁起任莱顿大学理论物理学教授，达35353535年。洛伦兹是年。洛伦兹是年。洛伦兹是年。洛伦兹是经典电子论经典电子论经典电子论经典电子论的创立者。他以电子概念为基础来解释物质的电性质，并从的创立者。他以电子概念为基础来解释物质的电性质，并从的创立者。他以电子概念为基础来解释物质的电性质，并从的创立者。他以电子概念为基础来解释物质的电性质，并从电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用，即洛伦兹力。电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用，即洛伦兹力。电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用，即洛伦兹力。电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用，即洛伦兹力。洛伦兹洛伦兹洛伦兹洛伦兹(Lorentz forceLorentz force)简介：简介：简介：简介：二二二二.洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向-左手左手定则定则1、左手定则：伸伸开开左左手手，使使拇拇指指和和其其余余四四指指垂垂直直，并并且且都都与与手手掌掌在在同同一一平平面面内内，让让磁磁感感线线从从掌掌心心进进入入，并并使使四四指指指指向向正正电电荷荷运运动动方方向向或或负负电电荷荷运动反方向运动反方向，这时这时拇指所指方向拇指所指方向就是该电荷在磁场中就是该电荷在磁场中所受洛伦兹力方向。所受洛伦兹力方向。-Fv+Fv2、左手定则理解：（1 1）左手拇指和四指垂直且共面）左手拇指和四指垂直且共面）左手拇指和四指垂直且共面）左手拇指和四指垂直且共面（2）磁感线）磁感线:手心手心入入手背手背出出（3）四指：指向）四指：指向电流方向电流方向指向指向正电荷运动方向正电荷运动方向指向指向负电荷运动反方向负电荷运动反方向（4）大拇指：洛伦兹力方向）大拇指：洛伦兹力方向3 3、洛伦兹力的、洛伦兹力的特点：特点：（1 1）沿相同方向）沿相同方向进入同一磁场的进入同一磁场的正、负正、负电荷受到的洛伦兹力方向电荷受到的洛伦兹力方向相反相反;（2）无论无论v和和B是否垂直，都有是否垂直，都有F洛洛Bv平面平面（3 3）由于洛伦兹力始终和速度）由于洛伦兹力始终和速度v v方向垂直，洛伦兹力方向垂直，洛伦兹力对电荷对电荷不做功不做功,只只改变改变粒子粒子速度的方向速度的方向，不改变不改变粒子速度的粒子速度的大小大小。例例1 1、试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向.F+V F+V-V-VFF垂直纸面向里垂直纸面向外+V垂直纸面向里F=0（1）洛伦兹力）洛伦兹力F方向由方向由B、v方向和电荷方向和电荷q的正负三个因素决定，满足；的正负三个因素决定，满足；“一反则反，二反则同，三反则反一反则反，二反则同，三反则反”（2）vB时，时，F、B、V方向、方向、q的正负的正负已知任意三个可以判断第四个。已知任意三个可以判断第四个。+VF例例2.2.将含有大量正、负带电粒子及不带电粒子的气体以一定速度垂直将含有大量正、负带电粒子及不带电粒子的气体以一定速度垂直于磁场喷入匀强磁场中，它们在磁场中的运动径迹分成了如图所示的于磁场喷入匀强磁场中，它们在磁场中的运动径迹分成了如图所示的三束，其中三束，其中是直线。则是直线。则()A A是带正电的粒子是带正电的粒子B B是带正电的粒子是带正电的粒子C C是带正电的粒子是带正电的粒子D D是不带电的粒子是不带电的粒子A 若有一段长度为若有一段长度为L的通电导线，横截面积为的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中。的匀强磁场中。这段导体所受的安培力：这段导体所受的安培力：I 的微观表达式：的微观表达式：这段导体中含有的自由电荷数：这段导体中含有的自由电荷数：每个自由电荷所受的洛伦兹力大小每个自由电荷所受的洛伦兹力大小：F=BILI=nqsvN=nLs二、洛伦兹力的大小二、洛伦兹力的大小1、洛伦兹力的计算公式（2）若带电粒子速度）若带电粒子速度v与磁场与磁场B夹角为夹角为时：时：vB11Bvvv11（1 1）当电荷）当电荷运动的方向与磁场运动的方向与磁场方向垂直时方向垂直时（vBB）：）：F洛洛qvB.B可理解为有效磁场v可理解为有效速度（3）洛伦兹力洛伦兹力FqvBsin 的物理量理解：的物理量理解：q为带电粒子所带电荷量；为带电粒子所带电荷量；v为带电粒子在磁场中运动速度大小；为带电粒子在磁场中运动速度大小；B为磁感应强度；为磁感应强度；为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角.（4）洛伦兹力洛伦兹力FqvBsin 的大小理解：的大小理解：当当vB，FqvB，洛伦兹力最大；，洛伦兹力最大；当当vB 时，时，F0，不受洛伦兹力，最小；，不受洛伦兹力，最小；当当电荷静电荷静时时（v=0）:F洛洛0，即磁场对静止电荷不产生力的作用。，即磁场对静止电荷不产生力的作用。洛伦兹力洛伦兹力安培力安培力电场力电场力性质条件大小方向做功F=0作用效果2.洛伦兹力和安培力、电场力的比较：磁场对运动电荷的力磁场对运动电荷的力电场对电荷的力电场对电荷的力磁场对磁场对电流电流的力的力v 0且且v不与不与B平行平行电场电场对对电荷一定电荷一定有有力作用力作用I 0且且I不与不与B平行平行F qvBsinF qEF BILsinFBv平面平面F正正与与E同，同，F负负与与E反反FBI平面平面不做功不做功能能做功做功能能做功做功F为零，为零，B不一定为零不一定为零F为零，为零，E一定为零一定为零F为零，为零，B不一定为零不一定为零只只改变改变电荷电荷速度方向速度方向可可改变电荷改变电荷速度速度可可改变改变导体导体速度速度1、(多选多选)关于电场和磁场对电荷的作用力，下列说法正确的是关于电场和磁场对电荷的作用力，下列说法正确的是()A洛伦兹力对运动电荷一定不做功洛伦兹力对运动电荷一定不做功B带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力作用带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力作用C正电荷在电场中所受电场力的方向就是电场强度的方向正电荷在电场中所受电场力的方向就是电场强度的方向D正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向就是磁感应强度的方向正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向就是磁感应强度的方向AC2、电荷、电荷量为量为q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的是的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的是()A相同电荷在磁场中运动的速度大小相同，所受洛伦兹力就相同相同电荷在磁场中运动的速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B如果把如果把q改为改为-q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力不变，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力不变C洛伦兹力一定与电荷速度垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直洛伦兹力一定与电荷速度垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直D粒子的速度一定变化粒子的速度一定变化B三、三、电子束的磁偏转一、磁偏转：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。中运动时，粒子受到洛伦兹力的作用，从而发生偏转。二、应用：电视显像管显像管1、主要、主要构造构造:（1）电子枪（阴极），发射电子。）电子枪（阴极），发射电子。（2）偏转线圈、产生垂直纸面）偏转线圈、产生垂直纸面向里或向外向里或向外的偏转磁场。的偏转磁场。（3）荧光屏：）荧光屏：被电子束撞击时被电子束撞击时发光发光。【思考与讨论】【思考与讨论】（1）要使电子打在要使电子打在O点点,偏转磁场大小如何偏转磁场大小如何?（2）要使电子打在）要使电子打在A点点,偏转磁场应该沿什么方向偏转磁场应该沿什么方向?（3）要使电子打在）要使电子打在B点点,偏转磁场应该沿什么方向偏转磁场应该沿什么方向?（4）要使电子从）要使电子从A点向点向B点逐渐移动点逐渐移动,偏转磁场应该怎样变化？偏转磁场应该怎样变化？垂直纸面向外垂直纸面向外先垂直纸面向外并逐渐减小先垂直纸面向外并逐渐减小,后垂直纸面向里并逐渐增大后垂直纸面向里并逐渐增大.垂直纸面向里垂直纸面向里B=0在在偏偏转转区区的的磁磁场场有有水水平平和和竖竖直直方方向向的的偏偏转转磁磁场场，其其方方向向、强强弱弱都都在在不不断断变变化化，因因此此电电子子束束打打在在荧荧光光屏屏上上的的光光点点就就像像如如图图所所示示那那样样不不断断移移动动，这这在在电电视视技技术术中中叫叫做做扫扫描描。电电子子束束在在荧荧光光屏屏上上扫扫描描一一行行之之后后，迅迅速速返返回回（虚虚线线），再再做做下下一一行行扫扫描描，直直到到荧荧光光屏屏的的下下端端,叫叫做做一一场场，电电视视机机中中每每秒秒要要进进行行5050场场扫描，扫描，由于人的由于人的“视觉暂留视觉暂留”，我们感到整个荧光屏都在发光，我们感到整个荧光屏都在发光3、电视显像管的工作原理电视显像管的工作原理 从太阳或其他星体上，时刻都有大量从太阳或其他星体上，时刻都有大量从太阳或其他星体上，时刻都有大量从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为的高能粒子流放出，称为的高能粒子流放出，称为的高能粒子流放出，称为宇宙射线宇宙射线宇宙射线宇宙射线。这。这。这。这些高能粒子流若都到达地球，将对地球些高能粒子流若都到达地球，将对地球些高能粒子流若都到达地球，将对地球些高能粒子流若都到达地球，将对地球上的生物带来危害。但由于地球周围存上的生物带来危害。但由于地球周围存上的生物带来危害。但由于地球周围存上的生物带来危害。但由于地球周围存在磁场，在洛伦兹力的作用下，改变了在磁场，在洛伦兹力的作用下，改变了在磁场，在洛伦兹力的作用下，改变了在磁场，在洛伦兹力的作用下，改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，从而宇宙射线中带电粒子的运动方向，从而宇宙射线中带电粒子的运动方向，从而宇宙射线中带电粒子的运动方向，从而对宇宙射线起了一定的阻挡作用。对宇宙射线起了一定的阻挡作用。对宇宙射线起了一定的阻挡作用。对宇宙射线起了一定的阻挡作用。宇宙射线和极光太阳风（带电亚原子颗粒流）大约每秒太阳风（带电亚原子颗粒流）大约每秒400公里的速度撞击地球磁场，公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏向地磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，磁场使该颗粒流偏向地磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩，形成极光或蓝等色的极光特征色彩，形成极光1、阴极射线管中电子束由阴极沿阴极射线管中电子束由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上出现如轴正方向射出，在荧光屏上出现如图所示的一条亮线。要使该亮线向图所示的一条亮线。要使该亮线向z轴正方向偏转，可加上沿轴正方向偏转，可加上沿()Az轴正方向的磁场轴正方向的磁场By轴负方向的磁场轴负方向的磁场Cx轴正方向的磁场轴正方向的磁场 Dy轴正方向的磁场轴正方向的磁场B2、来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一、来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将()A竖直向下沿直线射向地面竖直向下沿直线射向地面B相对于预定地面向东偏转相对于预定地面向东偏转C相对于预定点稍向西偏转相对于预定点稍向西偏转D相对于预定点稍向北偏转相对于预定点稍向北偏转BV Vv v南南北北东东西西B B（3 3）摆球在最低点时速度反向，洛伦兹力反向，拉力大小不同）摆球在最低点时速度反向，洛伦兹力反向，拉力大小不同 【例题例题】如图所示，如图所示，摆摆长为长为L的单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线始终绷的单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线始终绷紧，若摆球带正电，电量为紧，若摆球带正电，电量为q质量为质量为m，磁感应强度为，磁感应强度为B，5,求求（1）当小球从最高处放开第一次摆到最低处经历的时间）当小球从最高处放开第一次摆到最低处经历的时间（2）小球）小球第一次摆到最低处第一次摆到最低处摆线上拉力多大？摆线上拉力多大？（3）小球第二次）小球第二次摆到最低处摆线上拉力多大？摆到最低处摆线上拉力多大？（2 2）摆）摆球在运动中洛伦兹力不做功，机械能守恒：球在运动中洛伦兹力不做功，机械能守恒：（1 1）摆）摆球在摆动时洛伦兹力不改变回复力，周期不变：球在摆动时洛伦兹力不改变回复力，周期不变：谢谢谢谢 再见！再见！