【高中物理】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、学习目标：1理解洛伦兹力的实质，推导公式。理理解洛伦兹力的实质，推导公式。理解利用左手定则判断洛伦兹力的方向。解利用左手定则判断洛伦兹力的方向。2掌握垂直掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计进入磁场方向的带电粒子，受到洛伦兹力大小的计算，理解洛伦兹力对电荷不做功。算，理解洛伦兹力对电荷不做功。3了解电视显像了解电视显像管的工作原理。管的工作原理。前面我们学习了磁场对电流的作用力，下面思考两个问题：前面我们学习了磁场对电流的作用力，下面思考两个问题：（1）如图，判定安培力的方向若已知图中：）如图，判定安培力的方向若已知图中：B=4.010B=4.010-2-2 T，导线长，导线长

2、L L=10 cm，I I=1 A。求：。求：导线所受的安培力大小？导线所受的安培力大小？（2）电流是如何形）电流是如何形成的？成的？磁场对电流有力的作用，那么磁场对磁场对电流有力的作用，那么磁场对运动电荷有作用力吗？运动电荷有作用力吗？复习引入观察电子束在磁场中的观察电子束在磁场中的偏转偏转实验现象实验现象：在在没有外磁场没有外磁场时，时，电子束沿直线运动电子束沿直线运动，将蹄形，将蹄形磁铁靠近阴极射线磁铁靠近阴极射线管管，发现，发现电子束运动轨迹发生了弯曲电子束运动轨迹发生了弯曲。结论：磁场对运动电荷有结论：磁场对运动电荷有作用力作用力洛伦兹力。洛伦兹力。一、洛伦兹力的方向1 1洛伦兹力洛

3、伦兹力(1)(1)定义：运动电荷在定义：运动电荷在 中受到的力中受到的力(2)(2)与安培力的关系：通电导线在磁场中受到的安培力是洛与安培力的关系：通电导线在磁场中受到的安培力是洛伦兹力的伦兹力的 2 2洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向 左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线从，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线从 垂直进入，并使四指指向垂直进入，并使四指指向 运动的方向，这时运动的方向，这时 所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向负电荷受力的方向与

4、正电荷受力的方向负电荷受力的方向与正电荷受力的方向 4 4 3 3F F、B B、v v三者方向间的关系三者方向间的关系 电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向，电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向，FBFB，FvFv，即，即F F垂直于垂直于B B和和v v所决定的平面。所决定的平面。BvF洛洛BvF洛洛例例1.1.在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上方放置在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上方放置一根通有如图所示电流的直导线，导线与阴极射线管平一根通有如图所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则电子将行，则电子将()A A向上偏转向上偏转 B B向下偏转向下偏转 C C向纸里偏转向

5、纸里偏转 D D向纸外偏转向纸外偏转B B例例2 2 多选多选 一带电粒子一带电粒子(重力不计，图中已标明粒子所重力不计，图中已标明粒子所带电荷的正负带电荷的正负)进入磁场中，下列关于磁场方向、速度进入磁场中，下列关于磁场方向、速度方向及带电粒子所受的洛伦兹力方向的标示正确的是方向及带电粒子所受的洛伦兹力方向的标示正确的是()ABAB二、洛伦兹力的大小1、推导洛伦兹力的大小：如图所示，直导线长、推导洛伦兹力的大小：如图所示，直导线长l l，电流为，电流为I I，单位体，单位体积内的自由电荷数为积内的自由电荷数为n n，截面积为，截面积为S S，每个电荷的电荷量均为，每个电荷的电荷量均为q q，

6、定向，定向运动速度为运动速度为v v，磁场的磁感应强度为，磁场的磁感应强度为B B。(1)这段通电导线所受的安培力是多大？这段通电导线所受的安培力是多大？(2)此段导线的自由电荷个数是多少？此段导线的自由电荷个数是多少？(3)每个自由电荷受到的洛伦兹力又是多大？每个自由电荷受到的洛伦兹力又是多大？2 2洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小(1)(1)当当v v与与B B成成角时，角时，F F .(2)(2)当当vBvB时，时，F F .(3)(3)当当vBvB时，时，F F .例例3 3 多选多选 在如图所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度大小均为在如图所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度大小均为B B，

7、带电粒，带电粒子的速率均为子的速率均为v v，带电荷量均为，带电荷量均为q q，则下列各图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，则下列各图中带电粒子所受洛伦兹力的大小表达正确的是表达正确的是()A A图图(1)(1)中洛伦兹力大小为中洛伦兹力大小为qvBsin30BqvBsin30B图图(2)(2)中洛伦兹力大小为中洛伦兹力大小为qvBsin30CqvBsin30C图图(3)(3)中洛伦兹力大小为中洛伦兹力大小为0 0 D D图图(4)(4)中洛伦兹力大小为中洛伦兹力大小为qvBqvB三：洛伦兹力与现代科技1.电视显像管的工作原理从图（俯视图）可以看出，没有磁场时电子束打在电视显像管的工作原理从图（俯

8、视图）可以看出，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的荧光屏正中的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。场。.如果要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的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，偏转磁点，偏转磁场应该沿什么方向？场应该沿什么方向？.如果要使电子束打在如果要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向点，磁场应该沿什么方向？.如果要使电子束打在荧光屏的位置由如果要使电子束打在荧光屏的位置由B逐渐向逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？点移动，偏转磁场应该怎样变化？2.2.速度选择器速度选择器 在图所示的平

9、行板器件中，电场强度在图所示的平行板器件中，电场强度E E和磁感应强度和磁感应强度B B相互垂相互垂直。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。直。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。试分析带电粒子具有怎样速度时，才能沿着图示虚线路径通过这试分析带电粒子具有怎样速度时，才能沿着图示虚线路径通过这个装置。个装置。3 3磁流体发电机磁流体发电机图中图中A A、B B板哪一个是电源的正极？板哪一个是电源的正极？若若A A、B B两板相距为两板相距为d d，磁感应强度为，磁感应强度为B B，等离子体以速度，等离子体以速度v v沿垂直于沿垂直于B B的方向射入磁场，这个发电机

10、的电动势是多大的方向射入磁场，这个发电机的电动势是多大？巩固练习1 1、一束混合粒子流从一发射源射出后，进入如图所示的磁场，分、一束混合粒子流从一发射源射出后，进入如图所示的磁场，分离为离为1 1、2 2、3 3三束粒子流，不考虑重力及粒子间的相互作用，则下三束粒子流，不考虑重力及粒子间的相互作用，则下列选项不正确的是（列选项不正确的是（）A A1 1带正电带正电 B B1 1带负电带负电 C C2 2不带电不带电 D D3 3带负电带负电B B2.2.多选多选 如图所示为一如图所示为一“速度选择器速度选择器”的示意图。的示意图。a a、b b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的为水

11、平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔电子沿水平方向经小孔O O进入进入a a、b b两板之间。为了选取两板之间。为了选取具有某种特定速率的电子，可在具有某种特定速率的电子，可在a a、b b间加上电压，并沿间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线水平直线OOOO运动，由运动，由O O射出，不计重力作用。可能射出，不计重力作用。可能达到上述目的的办法是达到上述目的的办法是()A A使使a a板电势高于板电势高于b b板，磁场方向垂直纸面向里板，磁场方向垂直纸面向里 B B使使a a板电势低于

12、板电势低于b b板，磁场方向垂直纸面向里板，磁场方向垂直纸面向里 C C使使a a板电势高于板电势高于b b板，磁场方向垂直纸面向外板，磁场方向垂直纸面向外 D D使使a a板电势低于板电势低于b b板，磁场方向垂直纸面向外板，磁场方向垂直纸面向外ADAD3 3 多选多选 目前世界上一种新型发电机叫磁流体发电机，它的发电原目前世界上一种新型发电机叫磁流体发电机，它的发电原理如图所示，将一束等离子体理如图所示，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的粒子，从整体来说呈中性电和负电的粒子，从整体来说呈中性)沿图中所示方向喷射入磁场，沿图中所示方向喷

13、射入磁场，磁场中有两块金属板磁场中有两块金属板P P、Q Q，这时金属板上就聚集了电荷。下列说法，这时金属板上就聚集了电荷。下列说法正确的是正确的是()A AP P板带正电板带正电B B有电流从有电流从b b经用电器经用电器流向流向a aC C金属板金属板P P、Q Q间的电场方向向间的电场方向向上上D D等离子体发生偏转的原因是粒等离子体发生偏转的原因是粒子所受洛伦兹力大于所受电场力子所受洛伦兹力大于所受电场力ADAD4 4、如图所示，在磁感应强度为、如图所示，在磁感应强度为B B的水平匀强磁场中，有一足够长的绝缘的水平匀强磁场中，有一足够长的绝缘细棒细棒OOOO在竖直面内垂直磁场方向放置，细棒与水平面间的夹角为在竖直面内垂直磁场方向放置，细棒与水平面间的夹角为，一质量为一质量为m m、带电荷量为、带电荷量为q q的圆环的圆环A A套在套在OOOO棒上，圆环与棒间的动摩擦棒上，圆环与棒间的动摩擦因数为因数为，且，且tan tan，重力加速度为，重力加速度为g.g.现让圆环现让圆环A A由静止开始下滑，由静止开始下滑，试问圆环在下滑过程中：试问圆环在下滑过程中：(1)(1)圆环圆环A A的最大加速度为多大？获得最大加速的最大加速度为多大？获得最大加速度时的速度为多大？度时的速度为多大？(2)(2)圆环圆环A A能够达到的最大速度为多大？能够达到的最大速度为多大？