高中物理(新教材)選修二課件5：1-2磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 人教版

第一章安培力與洛倫茲力2磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力問題導(dǎo)入

我們知道，磁場對通電導(dǎo)線有作用力；我們還知道，帶電粒子的定向移動(dòng)形成了電流。那么，磁場對運(yùn)動(dòng)電荷有作用力嗎？如果有，力的方向和大小又是怎樣的呢？陰極射線管——觀察電子束運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置一、洛倫茲力的方向觀察電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn)演示無磁場時(shí)電子束是一條直線課堂探究磁鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了彎曲。演示觀察電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn)

實(shí)驗(yàn)表明，電子束受到磁場的力的作用，徑跡發(fā)生了彎曲。運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力稱為洛倫茲力。1.洛倫茲力與安培力的關(guān)系導(dǎo)線在磁場中受到的安培力，實(shí)際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)安培力大小等于各個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的矢量和

磁場對電流的作用安培力洛倫茲力磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用宏觀微觀F安=N·F洛BvF洛洛倫茲力垂直于B垂直于v，即垂直于Bv所在的平面

洛倫茲力的方向與電子的運(yùn)動(dòng)方向并不在同一條直線上，導(dǎo)致了電子運(yùn)動(dòng)方向變化。

實(shí)驗(yàn)表明運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場中所受洛倫茲力的方向，與運(yùn)動(dòng)方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直。BvF洛

我們曾經(jīng)用左手定則判定安培力的方向。能不能用類似的方法判定運(yùn)動(dòng)電荷的受力方向?IF左手定則微觀正電荷v同樣符合左手定則F洛安培力洛倫茲力思考與討論2.洛倫茲力的方向F洛v左手定則：手掌垂直磁感線四指正電荷運(yùn)動(dòng)方向拇指正電荷受力方向負(fù)電荷受力方向與正電荷受力方向相反vF洛S

N

I電子束就向上彎曲，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。S

N

I電子束就向上彎曲，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。例1試判斷下圖中的帶電粒子剛進(jìn)入磁場時(shí)所受洛倫茲力的方向FFF垂直于紙面向外F

垂直于紙面向里vBvBvBvB思考與討論如何由安培力的表達(dá)式推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式？1、設(shè)靜止導(dǎo)線中定向運(yùn)動(dòng)的帶電粒子的速度都是v，單位體積的粒子數(shù)為n。算出一段導(dǎo)線中的粒子數(shù)，這就是在時(shí)間t內(nèi)通過橫截面S的粒子數(shù)。如果每個(gè)粒子的電荷量記為q，由此可以算出q與電流I的關(guān)系。I=nqsv2、寫出這段長為vt的導(dǎo)線所受的安培力F安。F安=BIl=B·nqsv·vt3、求出每個(gè)粒子所受的力，它等于洛倫茲力F洛。這時(shí)許多中間量，如n、v、s、t等都應(yīng)不再出現(xiàn)。

二、洛倫茲力的大小

電荷量為q的粒子以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，那么粒子所受的洛倫茲力為：F洛

=qvB單位:磁感應(yīng)強(qiáng)度→T力→N電荷量→C速度→m/s②當(dāng)v∥B

時(shí)：

F洛

=0①當(dāng)

v垂直B時(shí)：

F洛

=qvB若帶電粒子不垂直也不平行射入磁場，粒子受到的洛倫茲力又如何呢?v2v1vθ③當(dāng)速度方向與磁場方向的夾角為θ時(shí)：F洛

=qvBsin

θ

參照討論安培力一般式時(shí)的方法：θ=0時(shí)平行：F洛＝0θ=90°時(shí)垂直：F洛＝qvB三、電子束的磁偏轉(zhuǎn)

洛倫茲力的方向與粒子的運(yùn)動(dòng)速度方向垂直，當(dāng)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，因受到洛倫茲力的作用，就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。顯像管電視機(jī)中就應(yīng)用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理。三、電子束的磁偏轉(zhuǎn)

洛倫茲力的方向與粒子的運(yùn)動(dòng)速度方向垂直，當(dāng)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，因受到洛倫茲力的作用，就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。顯像管電視機(jī)中就應(yīng)用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理。從圖中可以看出，沒有磁場時(shí)電子束打在熒光屏正中的O點(diǎn)。為使電子束偏轉(zhuǎn)，由安裝在管頸的偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場。1、如果要使電子束在水平方向偏離中心，打在熒光屏上的A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向?垂直紙面向外2、如果要使電子束打在B點(diǎn)，磁場應(yīng)該沿什么方向？垂直紙面向里3、如果要使電子束在熒光屏上的位置由B逐漸向A點(diǎn)移動(dòng)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？思考與討論磁場先垂直紙面向里逐漸減小，再垂直紙面向外逐漸增大實(shí)際上，在偏轉(zhuǎn)區(qū)水平方向和豎直方向都有偏轉(zhuǎn)磁場。這樣光點(diǎn)就可以移動(dòng)，這技術(shù)叫掃描。我國的電視機(jī)每秒要進(jìn)行50場掃描，所以我們才看到整個(gè)屏幕都是亮的。

解：由電場特性知帶正電粒子受到向下的電場力，大小是F電=qE。由左手定則知收到的向上的洛倫茲力，大小F洛=qvBF洛F電當(dāng)兩者大小相等時(shí)，粒子才沿圖示的直線運(yùn)動(dòng)，即：qE=qvB

1.洛倫茲力：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的作用力2.安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)；洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)3.洛倫茲力的方向既垂直于磁場，又垂直于速度，即垂直于v和B所組成的平面。但是B與v不一定垂直。4.左手定則：手掌垂直磁感線四指正電荷運(yùn)動(dòng)方向拇指正電荷受力方向5.F洛

=qvBsin

θ

θ=0時(shí)平行：F洛＝0θ=90°時(shí)垂直：F洛

=qvB課堂小結(jié)備用工具&資料

解：由電場特性知帶正電粒子受到向下的電場力，大小是F電=qE。由左手定則知收到的向上的洛倫茲力，大小F洛=qvBF洛F電當(dāng)兩者大小相等時(shí)，粒子才沿圖示的直線運(yùn)動(dòng)，即：qE=qvB

從圖中可以看出，沒有磁場時(shí)電子束打在熒光屏正中的O點(diǎn)。為使電子束偏轉(zhuǎn)，由安裝在管頸的偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場。1、如果要使電子束在水平方向偏離中心，打在熒光屏上的A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向?垂直紙面向外2、如果要使電子束打在B點(diǎn)，磁場應(yīng)該沿什么方向？垂直紙面向里3、如果要使電子束在熒光屏上的位置由B逐漸向A點(diǎn)移動(dòng)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？思考與討論磁場先垂直紙面向里逐漸減小，再垂直紙面向外逐漸增大一、洛倫茲力的方向觀察電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn)演示無磁場時(shí)電子束是一條直線課堂探究BvF洛洛倫茲力垂直于B垂直于v，即垂直于Bv所在的平面

洛倫茲力的方向與電子的運(yùn)動(dòng)方向并不在同一條直線上，導(dǎo)致了電子運(yùn)動(dòng)方向變化。

實(shí)驗(yàn)表明運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場中所受洛倫茲力的方向，與運(yùn)動(dòng)方向和磁感應(yīng)