磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修二

問題導(dǎo)入：

我們知道，磁場(chǎng)對(duì)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(chǎng)對(duì)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)軌跡的裝置第2節(jié)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力[科學(xué)探究]觀察電子束在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一洛倫茲力的方向洛倫茲力實(shí)驗(yàn)表明：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用1.洛倫茲力與安培力的關(guān)系導(dǎo)線在磁場(chǎng)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(chǎng)對(duì)電流的作用安培力洛倫茲力磁場(chǎng)對(duì)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(chǎng)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?cè)?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洛安培力洛倫茲力磁場(chǎng)對(duì)電流的作用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用因果微觀解釋宏觀表現(xiàn)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解釋2、安培力與洛倫茲力的關(guān)系：一、洛倫茲力的方向1、定義：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力左手定則：負(fù)電荷受力方向與正電荷受力方向相反2、方向：

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vFvF例1.試判斷下列圖中各帶電粒子所受洛倫茲力的方向、或帶電粒子的電性、或帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向。vF洛F洛B垂直于紙面向里運(yùn)動(dòng)BvBvF洛B+vBvB洛侖茲力垂直于紙面向外-F洛=0F洛=01.洛倫茲力的方向總是與電荷運(yùn)動(dòng)的方向和磁場(chǎng)的方向垂直,即洛倫茲力的方向總是垂直于運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向和磁場(chǎng)方向確定的平面.F、B、v三個(gè)量的方向關(guān)系是:F⊥B,F⊥v,但B與v不一定垂直.2.用左手定則判定負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受的洛倫茲力方向時(shí),應(yīng)注意將四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向.學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)二

洛倫茲力的大小學(xué)習(xí)任務(wù)二[科學(xué)推理]電流微觀表達(dá)式：安培力公式：安培力與洛倫茲力的關(guān)系：I=nqSv洛倫茲力公式：

思考:如果

v與

B既不平行也不垂直，應(yīng)該怎樣計(jì)算洛倫茲力呢？學(xué)習(xí)任務(wù)二

洛倫茲力的大小學(xué)習(xí)任務(wù)二[科學(xué)推理]把速度v分解為兩個(gè)分量：

v1=vsinθv2=vcosθ

將v1=vsinθ

代入得速度方向與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)：v平行于導(dǎo)線的分運(yùn)動(dòng)v2不受洛倫茲力作用，洛倫茲力的大小由v1決定。Bvv1v2學(xué)習(xí)任務(wù)二

洛倫茲力的大小學(xué)習(xí)任務(wù)二[科學(xué)推理]（θ為v和

B的夾角）例2如圖所示,各圖中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B,帶電粒子的速度均用v表示,帶電荷量大小均為q.試求出圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小,并指出洛倫茲力的方向.學(xué)習(xí)任務(wù)二

1.洛倫茲力與安培力的關(guān)系(1)洛倫茲力是單個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力,安培力是導(dǎo)體中所有定向移動(dòng)的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn).(2)洛倫茲力對(duì)電荷不做功,但安培力卻可以對(duì)導(dǎo)體做功.2.洛倫茲力的大小:F=qvBsinθ,θ為電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角.(1)當(dāng)v⊥B時(shí),F=qvB,即運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),洛倫茲力最大.(2)當(dāng)v∥B時(shí),F=0,即運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí),不受洛倫茲力.學(xué)習(xí)任務(wù)二[科學(xué)論證]洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)的速度有什么影響?洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷是否做功?學(xué)習(xí)任務(wù)三

洛倫茲力的特點(diǎn)學(xué)習(xí)任務(wù)三

[答案]由于洛倫茲力的方向始終垂直于運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向,所以洛倫茲力只改變速度的方向,不改變速度的大小.洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功.例3如圖所示,在豎直絕緣的平臺(tái)上,一個(gè)帶少量正電荷的小球以水平速度v0拋出,落在地面上的A點(diǎn).若加一垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則小球的落點(diǎn)(

)A.仍在A點(diǎn) B.在A點(diǎn)左側(cè)C.在A點(diǎn)右側(cè) D.無法確定學(xué)習(xí)任務(wù)三C

學(xué)習(xí)任務(wù)三洛倫茲力的方向隨電荷運(yùn)動(dòng)方向的變化而變化.但無論怎樣變化,洛倫茲力都與運(yùn)動(dòng)方向垂直,故洛倫茲力永不做功,它只改變電荷運(yùn)動(dòng)方向,不改變電荷速度大小.但洛倫茲力具有力的性質(zhì),所以在進(jìn)行受力分析時(shí),不要漏掉這一力.[科學(xué)論證]

如圖所示為電視機(jī)顯像管原理示意圖.沒有磁場(chǎng)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(chǎng).學(xué)習(xí)任務(wù)四

電子束的磁偏轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)任務(wù)四

(1)要使電子束偏離中心O,打在熒光屏上的a點(diǎn),偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿

方向.

(2)要使電子束打在

b

點(diǎn),偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿

方向.

(3)要使電子束打在熒光屏上的位置由b點(diǎn)逐漸向a點(diǎn)移動(dòng),偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該

.

垂直于紙面向外垂直于紙面向里先垂直于紙面向里逐漸減小到零,再垂直于紙面向外由零逐漸增大1、主要構(gòu)造:電子槍（陰極）、偏轉(zhuǎn)線圈、熒光屏組成顯像管學(xué)習(xí)任務(wù)四

電子束的磁偏轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)任務(wù)四[物理觀念]

（1）要使電子打在A點(diǎn),偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向?（2）要使電子打在B點(diǎn),偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該沿什么方向?垂直紙面向外垂直紙面向里（3）要使電子從A點(diǎn)向B點(diǎn)逐漸移動(dòng),偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)應(yīng)該怎樣變化？先垂直紙面向外并逐漸減小,后垂直紙面向里并逐漸增大.學(xué)習(xí)任務(wù)四

電子束的磁偏轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)任務(wù)四2、工作原理:學(xué)習(xí)任務(wù)四

電子束的磁偏轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)任務(wù)四

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(chǎng)。這樣光點(diǎn)就可以移動(dòng)，這技術(shù)叫掃描。

電子束從最上一行到最下一行掃描一遍，叫做一場(chǎng)，電視機(jī)每秒要進(jìn)行50場(chǎng)掃描，由于人的“視覺暫留”，我們感覺到整個(gè)屏幕都在發(fā)光。[物理觀念]

例4如圖所示為電視機(jī)顯像管偏轉(zhuǎn)線圈的示意圖,當(dāng)線圈中通以圖示方向的直流電流時(shí),形成的磁場(chǎng)如圖所示,一束沿著管徑軸線射向紙內(nèi)的電子將 (

)A.向上偏轉(zhuǎn)

B.向下偏轉(zhuǎn)C.向左偏轉(zhuǎn)

D.向右偏轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)任務(wù)四D[解析]在管徑軸線處,磁場(chǎng)的方向豎直向下,電子垂直于紙面向里運(yùn)動(dòng),根據(jù)左手定則可判斷,電子將向右偏轉(zhuǎn),選項(xiàng)D正確.學(xué)習(xí)任務(wù)四磁偏轉(zhuǎn):帶電粒子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用時(shí),由于洛倫茲力與運(yùn)動(dòng)電荷的速度垂直,會(huì)不斷改變電荷的運(yùn)動(dòng)方向,因此可以利用磁場(chǎng)控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向.把利用磁場(chǎng)改變帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向的現(xiàn)象稱為磁偏轉(zhuǎn).課堂小結(jié)課后習(xí)題1.電子的速率v＝3.0×106m/s，沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入B＝0.10T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，它受到的洛倫茲力多大？課后習(xí)題2.試判斷圖1.2-10所示的帶電粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受到的洛倫茲力的方向。課后習(xí)題3.在圖1.2-11所示的平行板器件中，電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直。具有不同水平速度的帶電粒子射入后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同。這種裝置能把具有某一特定速度的粒子選擇出來，所以叫作速度選擇器。試證明帶電粒子具有速度v＝E/B時(shí)，才能沿著圖示虛線路徑通過這個(gè)速度選擇器。課后習(xí)題4.一種用磁流體發(fā)電的裝置如圖1.2-12所示。平行金屬板A、B之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng)，將一