【公开课】磁场对运动电荷的作用力+课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册.pptx

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1、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？第第 2 2 页页 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

2、用第第 3 3 页页 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？+vIFA电荷的定向移动形成了电流第第 4 4 页页 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？第第 5 5 页页 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。第第 6 6 页页 知识讲解左手定则：左手定则：磁感线入掌心，四指指向磁感线入掌心，四指指向电流的方向电流的方向，大拇指所指的方向就是安培力的方向大拇指

3、所指的方向就是安培力的方向1.判断安培力的方向判断安培力的方向2.判断洛伦兹力的方向判断洛伦兹力的方向正电荷正电荷定向移动的方向定向移动的方向左手定则：左手定则：SFNvB磁感线四 指大拇指入手心正电荷运动方向（负负电荷运动的电荷运动的反反方向方向）洛伦兹力方向F F洛洛BBF F洛洛vF F洛洛vB B平面平面洛伦兹力只改变运动电荷速度的方向，洛伦兹力只改变运动电荷速度的方向，洛伦兹力只改变运动电荷速度的方向，洛伦兹力只改变运动电荷速度的方向，不改变不改变不改变不改变运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷速度的大小速度的大小速度的大小速度的大小。洛伦兹力洛伦兹力永不做功永不做功！重要结论：重要结论

4、：第第 7 7 页页 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 vF F洛洛F F洛洛B B垂直于纸面向里运动B Bv vB Bv vF洛B B+v vB Bv vB B洛仑兹力垂直于纸面向外-F洛=0F洛=0第第 8 8 页页 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=nqsvN=nLs每个自由电荷所受的洛伦兹力大小：F=BILIF安F洛安培力洛伦兹力F F安安=NF=NF洛洛第第 9 9 页页 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

5、所示。则粒子所受的洛伦兹力：vB11Bvv11(B、v)成角为B与v正方向的夹角F洛=qvBsin =0时平行：F洛0=90时垂直：F洛=qvB第第 1010 页页 知识讲解F=qvBF=qvBcos60F=0F=qvBvB30Bv60vBBv例1.求下图中各电荷所受洛伦兹力的大小和方向：FF垂直于纸面向里垂直于纸面向里F第第 1111 页页 课堂检测电子枪电子枪电子束电子束荧光屏荧光屏偏转线圈偏转线圈AOB原理图原理图第第 1212 页页 知识讲解电子枪电子枪电子束电子束荧光屏荧光屏偏转线圈偏转线圈AOB原理图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没有磁场时电子束打在荧光屏正中

6、的O点。为使电子束偏转，由安装在管颈的点。为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。偏转线圈产生偏转磁场。问问1：要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧 光屏上的光屏上的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？问问3：要使电子束打在荧光屏上的位置由要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐点逐渐 向向A点移动点移动，偏转磁场应该怎样变化？，偏转磁场应该怎样变化？问问2：要使电子束打在要使电子束打在B点点，磁场应该沿什么方向，磁场应该沿什么方向？垂直纸面向外垂直纸面向外垂直纸面向里垂直纸面向里先垂直纸面向先垂直纸面向里里逐渐逐渐减小减小，后

7、垂直纸面向，后垂直纸面向外外逐渐逐渐增大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、在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在强弱都在不断变化不断变化，因此，因此电子束电子束打在荧光屏上的打在荧光屏上的光点光点就像就像图中那样图中那样不断移动不断移动，这在显示技术中叫作，这在显示技术中叫作扫描扫描.第第 1313 页页 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？第第 1414 页页 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

8、 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。第第 1515 页页 知识讲解等离子束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？BvvvvUqEBqv当BqvqE得：UBdv第第 1616 页页 知识讲解正负电子对撞机第第 1717 页页 知识讲解极光及极光的形成第第 1818 页页 知识讲解1

9、.(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第第 1919 页页 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

10、位移分别为多大?第第 2020 页页 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。第第 2121 页页 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

11、手定则可得磁场的方向可能垂直于纸面向外,A正确。第第 2222 页页 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EB适当减小磁感应强度BC适当增大加速电场的宽度D适当减小加速电压U答案：A第第 2323 页页 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d0.2m，极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，B1.0T。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v1100m/s沿极板射入，极板间电离气体等效内阻r0.1，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qvBqEqU/d，所以板间电压为UBvd此发电机的电动势为 E源UBvd1.011000.2V220V当可变电阻调到Rr0.1时，电源的输出功率最大，最大输出功率为第第 2424 页页 课堂检测