高中物理 第三章 磁场 磁场对运动电荷的作用力课件 新人教版

1、 高中物理高中物理3.5 3.5 磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力极光极光 一、教学目标一、教学目标v一、知识与技能一、知识与技能 1.知道什么是洛伦兹力，利用左手定则判断洛伦兹力的方向知道什么是洛伦兹力，利用左手定则判断洛伦兹力的方向 2.知道洛伦兹力大小的推理过程知道洛伦兹力大小的推理过程 3.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算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算 4.了解了解v和和B垂直时洛伦兹力大小及方向的判断，理解洛伦兹力对电荷不垂直时洛伦兹力大小及方向的判断，理解洛伦兹力对电荷不做功做功 5.了解电视机显像管的工作原理了解电视机显像

2、管的工作原理v二、过程与方法二、过程与方法 通过观察形成洛伦兹力的概念，同时明确洛伦兹力与安培力的关系通过观察形成洛伦兹力的概念，同时明确洛伦兹力与安培力的关系（微观与宏观），洛伦兹力的方向也可以用右手定则判断。通过思考（微观与宏观），洛伦兹力的方向也可以用右手定则判断。通过思考与讨论，推导出洛伦兹力的大小公式与讨论，推导出洛伦兹力的大小公式F=qvB。最后了解洛伦兹力的一。最后了解洛伦兹力的一个应用个应用电视显像管中的磁偏转。电视显像管中的磁偏转。v三、情感态度与价值观三、情感态度与价值观 引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学生的科学思维和研究引导学生进一步学会观察、分析、推理，培养学

3、生的科学思维和研究方法。让学生认真体会科学研究最基本的思维方法：方法。让学生认真体会科学研究最基本的思维方法：“推理推理假假设设实验验证实验验证”。二、复习引入新课二、复习引入新课v1、安培力：、安培力：v2、公式：、公式：v3、方向：左手定则、方向：左手定则sinBILF 0180000F时或当为最大值时当BILF ,900,不垂直时与当IBsin/BILILBF磁场对电流（通电导线）的作用磁场对电流（通电导线）的作用力力电流是如何形成的？电流是如何形成的？思考思考电流是电荷的定向运动形成的，而磁场对电流是电荷的定向运动形成的，而磁场对电流（通电导线）有力的作用，由此想电流（通电导线）有力的

4、作用，由此想到到磁场可能对运动电荷有力的作用磁场可能对运动电荷有力的作用。阴极阴极阳极阳极狭缝狭缝荧光屏荧光屏电子束电子束实验：用实验：用阴极射线管阴极射线管（CRT）研究磁场对运动电荷的作用。研究磁场对运动电荷的作用。NSSN实验结果：实验结果：(1).在没有外磁场时在没有外磁场时,电子沿直线前进，电子沿直线前进，表明运动的电荷表明运动的电荷没有受到力没有受到力的作用的作用.(2).当有外磁场时当有外磁场时,电子束运动的轨迹发生电子束运动的轨迹发生弯曲弯曲,表明表明运动电荷受到磁场的作用力运动电荷受到磁场的作用力.(3).当磁场方向发生变化时，电子束的偏当磁场方向发生变化时，电子束的偏转方向

5、转方向发生改变发生改变。实验结论：磁场对运动电荷有实验结论：磁场对运动电荷有力的作用力的作用洛伦兹力洛伦兹力（一）洛伦兹力（一）洛伦兹力1.定义：磁场对运动电荷的作用力。定义：磁场对运动电荷的作用力。2.验证：验证：三、新课讲授三、新课讲授通电导线在磁场中所受的通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的宏安培力是洛伦兹力的宏观表现观表现。3.与安培力的关系与安培力的关系：4.洛伦兹：洛伦兹： 荷兰物理学家，首先提出运动电荷产生磁场荷兰物理学家，首先提出运动电荷产生磁场和磁场对运动电荷有作用力的观点。和磁场对运动电荷有作用力的观点。请同学们利用网络搜索一下洛请同学们利用网络搜索一下洛伦兹的生平简介

6、伦兹的生平简介洛伦兹生平简介：洛伦兹生平简介：v1853年年7月月18日生于荷兰的阿纳姆，少年时就对物理学日生于荷兰的阿纳姆，少年时就对物理学感兴趣，同时还广泛地阅读历史和小说，并且熟练地掌感兴趣，同时还广泛地阅读历史和小说，并且熟练地掌握多门外语。握多门外语。v1870年洛伦兹考入莱顿大学，学习数学、物理和天文年洛伦兹考入莱顿大学，学习数学、物理和天文,主主要方向是数学和物理学。要方向是数学和物理学。v1873年，洛伦兹以优异的成绩通过了博士考试。年，洛伦兹以优异的成绩通过了博士考试。v1875年获博士学位。年获博士学位。 v1877年，莱顿大学聘请他为理论物理学教授，这个职位年，莱顿大学聘

7、请他为理论物理学教授，这个职位最早是为最早是为J。D。范瓦耳斯设的，其学术地位很高，而这。范瓦耳斯设的，其学术地位很高，而这时洛伦兹年仅时洛伦兹年仅23岁。在莱顿大学任教岁。在莱顿大学任教35年，他对物理学年，他对物理学的贡献都是在这期间作出的。的贡献都是在这期间作出的。v1895年他提出了著名的洛伦兹力公式。年他提出了著名的洛伦兹力公式。v1896年，洛伦兹用电子论成功地解释了由莱顿大学的塞年，洛伦兹用电子论成功地解释了由莱顿大学的塞曼新近发现的原子光谱磁致分裂现象。洛伦兹断定该现曼新近发现的原子光谱磁致分裂现象。洛伦兹断定该现象是由原子中负电子的振动引起的。他从理论上导出的象是由原子中负电

8、子的振动引起的。他从理论上导出的负电子的荷质比，与汤姆逊翌年从阴极射线实验得到的负电子的荷质比，与汤姆逊翌年从阴极射线实验得到的结果相一致。由于塞曼效应的发现和解释，洛伦兹和塞结果相一致。由于塞曼效应的发现和解释，洛伦兹和塞曼分享了曼分享了1902年度的诺贝尔奖。年度的诺贝尔奖。1.洛伦兹力的方向由左手定则来判定：洛伦兹力的方向由左手定则来判定：（二）洛伦兹力的方向（二）洛伦兹力的方向左手定则：左手定则：伸开左手，伸开左手，使拇指与其余四个手指垂使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在一个直，并且都与手掌在一个平面内，让磁感线从掌心平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向进入，并使四指指向正电

9、正电荷荷运动的方向，这时拇指运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。力的方向。2.注意：注意： （1 1）洛伦兹力的方向垂直于）洛伦兹力的方向垂直于v v和和B B二者所决定的平二者所决定的平面。面。F F垂直于垂直于v v和和B B，但是，但是v v和和B B不一定垂直。不一定垂直。（2 2）四指的指向：）四指的指向：正电荷正电荷运动的方向，运动的方向，负电荷负电荷运运动的动的反方向反方向。3. .特点：洛伦兹力总是跟运动的电荷的速特点：洛伦兹力总是跟运动的电荷的速度方向垂直，所以洛伦兹力只能改变运动度方向垂直，所

10、以洛伦兹力只能改变运动电荷的速度方向，而不改变速度的大小。电荷的速度方向，而不改变速度的大小。 例例1 1、下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，试判、下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，试判断这时粒子所受洛伦兹力的方向断这时粒子所受洛伦兹力的方向 + +V Vf fV VV V垂直纸面向外垂直纸面向外 垂直纸面向里垂直纸面向里V VV Vf ff fV Vf f+V Vf=0f=0V V例例2 2、如图：磁场方向，正电荷的、如图：磁场方向，正电荷的运动方向，电荷所受洛伦兹力的方运动方向，电荷所受洛伦兹力的方向两两垂直，则正确的是（向两两垂直，则正确的是（ ）+f fV VB B+V VB Bf f+B

11、 Bf fV V+B Bf fV VD DABCD1.公式推导：公式推导：（三）洛伦兹力的大小（三）洛伦兹力的大小F = qvB通电导体的长度：通电导体的长度：L 每个电荷的带电量：每个电荷的带电量：q横截面积：横截面积：S 单位体积的电荷数：单位体积的电荷数：n 定向移动的速率：定向移动的速率：v2.定义：定义： 当电荷在垂直于磁场的方向上运动时，磁当电荷在垂直于磁场的方向上运动时，磁场对运动电荷的洛伦兹力场对运动电荷的洛伦兹力F等于电荷量等于电荷量q、速、速率率v、磁感应强度、磁感应强度B三者的乘积。三者的乘积。 F = qvB3.提醒提醒： F = qvB只适用于只适用于vB的情况的情况

12、 若若v与与B间的夹角为间的夹角为，则，则F =qvBsin 解：解：f = Bqv = 0.21.6 10-19 3 106 N =9.6 10-14N例例3、电子的速率、电子的速率V=3106m/s垂直射入垂直射入B=0.2T的匀的匀强磁场中，它所受的洛伦兹力为多大（强磁场中，它所受的洛伦兹力为多大（e=1.610-19 C）延伸思考：一长直螺线管通有交流电，一电子以速度延伸思考：一长直螺线管通有交流电，一电子以速度v沿着螺线管的轴线射入管内，则电子在管内的运动情况沿着螺线管的轴线射入管内，则电子在管内的运动情况是（是（ ）A、匀加速运动、匀加速运动 B、匀减速运动、匀减速运动 C、匀速直

13、线运动、匀速直线运动 D、在螺线管内来回往复运动、在螺线管内来回往复运动C（四）洛伦兹力的作用（四）洛伦兹力的作用地球是一个大磁场，宇宙射线中含有大量高能地球是一个大磁场，宇宙射线中含有大量高能粒子，地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运粒子，地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向吗？如果这些粒子都射到地球上，会对动方向吗？如果这些粒子都射到地球上，会对地球上的生物造成什么影响？地球上的生物造成什么影响？地磁场改变宇宙射线中带电粒子的运动方向地磁场改变宇宙射线中带电粒子的运动方向地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强,南北两极最弱南北

14、两极最弱 （五）电视显像管的原理（五）电视显像管的原理请同学们利用网络搜索一下电请同学们利用网络搜索一下电视机显像管的工作原理视机显像管的工作原理（五）电视显像管的原理（五）电视显像管的原理显像管的基本构造显像管的基本构造显像管由电子枪、偏转电极、荧光屏、玻璃外壳组成；显像管由电子枪、偏转电极、荧光屏、玻璃外壳组成； 电子枪由灯丝、阴极、栅极、加速极、聚焦极、高压阳极组成；电子枪由灯丝、阴极、栅极、加速极、聚焦极、高压阳极组成； 灯丝的作用：加热阴极；灯丝的作用：加热阴极； 阴极的作用：发射电子；阴极的作用：发射电子；偏转电极的作用：电子束发生偏转，打在荧光屏的不同位置。偏转电极的作用：电子束

15、发生偏转，打在荧光屏的不同位置。荧光屏：被电子撞击时发光荧光屏：被电子撞击时发光电子束受到洛伦兹力而偏转电子束受到洛伦兹力而偏转 如图所示如图所示 （1 1）要是电子打在）要是电子打在A A点，偏点，偏转磁场应该沿什么方向？转磁场应该沿什么方向？（2 2）要是电子打在）要是电子打在B B点，偏点，偏转磁场应该沿什么方向？转磁场应该沿什么方向？（3 3）要是电子束打在荧光屏）要是电子束打在荧光屏上的位置由中心上的位置由中心O O逐渐向逐渐向A A点点移动，偏转磁场应该怎样变移动，偏转磁场应该怎样变化？化？显像管的工作原理显像管的工作原理1.1.电子以初速度电子以初速度V V垂直进入磁感应强度为垂

16、直进入磁感应强度为B B的匀强磁场中的匀强磁场中, ,则则( )( ) A. A.磁场对电子的作用力始终不变磁场对电子的作用力始终不变. . B. B.磁场对电子的作用力始终不做功磁场对电子的作用力始终不做功 C. C.电子的动量始终不变电子的动量始终不变. . D. D.电子的动能始终不变电子的动能始终不变2.下列说法正确的是：（下列说法正确的是：（ ） A、运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛仑兹力的作用、运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛仑兹力的作用 B、运动电荷在某处不受洛仑兹力，则该处的磁感应强度一定为零、运动电荷在某处不受洛仑兹力，则该处的磁感应强度一定为零 C、

17、电荷受到洛仑兹力，该电荷一定是运动的、电荷受到洛仑兹力，该电荷一定是运动的 D、电荷受到洛仑兹力，该电荷相对磁场一定是运动的、电荷受到洛仑兹力，该电荷相对磁场一定是运动的3.关于带电粒子所受洛伦兹力关于带电粒子所受洛伦兹力F和磁感应强度和磁感应强度B及粒子速度及粒子速度v三者之间的关三者之间的关系，下列说法中正确的是（系，下列说法中正确的是（ ） A.F、B、v三者必定均保持垂直三者必定均保持垂直 B.F必定垂直于必定垂直于B、v，但，但B不一定垂直于不一定垂直于v C.B必定垂直于必定垂直于F、v，但，但F不一定垂直于不一定垂直于v D.v必定垂直于必定垂直于F、B，但，但F不一定垂直于不一

18、定垂直于BB、D四、课堂练习四、课堂练习DB4、来自宇宙的电子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空来自宇宙的电子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些电子在进入地球周围的空间时，将的某一点，则这些电子在进入地球周围的空间时，将 （ ）A、竖直向下沿直线射向地球、竖直向下沿直线射向地球 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、相对于预定地点稍向北偏转、相对于预定地点稍向北偏转C五、课堂小结五、课堂小结1 1、定义：、定义： 磁场对运动电荷的作用力，叫做洛伦兹力。磁场对运动电荷的作用力，叫做洛伦兹力。2 2、方向：、方向： 由左手定则判断由左手定则判断3 3、洛伦兹力的大小、洛伦兹力的大小：（1 1）洛仑兹力）洛仑兹力F一定和一定和B、V决定的平面垂直。决定的平面垂直。（2 2）洛仑兹力只改变速度的方向而不改变其大小）洛仑兹力只改变速度的方向而不改变其大小。（3 3）洛伦兹力永远不做功。）洛伦兹力永远不做功。（1 1）当）当v v平行于平行于B B时：时：（2