磁场对运动电荷的作用力 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修二

问题导入：

我们知道，磁场对通电导线有作用力；我们还知道，带电粒子的定向移动形成了电流。那么，磁场对运动电荷有作用力吗？如果有，力的方向和大小又是怎样的呢？阴极射线管——观察电子束运动轨迹的装置第2节磁场对运动电荷的作用力[科学探究]观察电子束在磁场中的偏转学习任务一学习任务一洛伦兹力的方向洛伦兹力实验表明：磁场对运动电荷有力的作用1.洛伦兹力与安培力的关系导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力的宏观表现安培力大小等于各个运动电荷所受洛伦兹力的矢量和

磁场对电流的作用安培力洛伦兹力磁场对运动电荷的作用宏观微观F安=N·F洛BvF洛洛伦兹力垂直于B垂直于v，即垂直于Bv所在的平面

洛伦兹力的方向与电子的运动方向并不在同一条直线上，导致了电子运动方向变化。

实验表明运动的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向，与运动方向和磁感应强度的方向都垂直。BvF洛

我们曾经用左手定则判定安培力的方向。能不能用类似的方法判定运动电荷的受力方向?IF左手定则微观正电荷v同样符合左手定则F洛安培力洛伦兹力思考与讨论2.洛伦兹力的方向F洛v左手定则：手掌垂直磁感线四指正电荷运动方向拇指正电荷受力方向负电荷受力方向与正电荷受力方向相反vF洛安培力洛伦兹力磁场对电流的作用磁场对运动电荷的作用因果微观解释宏观表现安培力是洛伦兹力的宏观表现洛伦兹力是安培力的微观解释2、安培力与洛伦兹力的关系：一、洛伦兹力的方向1、定义：磁场对运动电荷的作用力左手定则：负电荷受力方向与正电荷受力方向相反2、方向：

手掌垂直磁感线四指正电荷运动方向拇指正电荷受力方向vFvF例1.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。vF洛F洛B垂直于纸面向里运动BvBvF洛B+vBvB洛仑兹力垂直于纸面向外-F洛=0F洛=01.洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向和磁场的方向垂直,即洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷的速度方向和磁场方向确定的平面.F、B、v三个量的方向关系是:F⊥B,F⊥v,但B与v不一定垂直.2.用左手定则判定负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力方向时,应注意将四指指向负电荷运动的反方向.学习任务一学习任务二

洛伦兹力的大小学习任务二[科学推理]电流微观表达式：安培力公式：安培力与洛伦兹力的关系：I=nqSv洛伦兹力公式：

思考:如果

v与

B既不平行也不垂直，应该怎样计算洛伦兹力呢？学习任务二

洛伦兹力的大小学习任务二[科学推理]把速度v分解为两个分量：

v1=vsinθv2=vcosθ

将v1=vsinθ

代入得速度方向与磁场方向不垂直时：v平行于导线的分运动v2不受洛伦兹力作用，洛伦兹力的大小由v1决定。Bvv1v2学习任务二

洛伦兹力的大小学习任务二[科学推理]（θ为v和

B的夹角）例2如图所示,各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B,带电粒子的速度均用v表示,带电荷量大小均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小,并指出洛伦兹力的方向.学习任务二

1.洛伦兹力与安培力的关系(1)洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力,安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现.(2)洛伦兹力对电荷不做功,但安培力却可以对导体做功.2.洛伦兹力的大小:F=qvBsinθ,θ为电荷的运动方向与磁感应强度方向的夹角.(1)当v⊥B时,F=qvB,即运动方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力最大.(2)当v∥B时,F=0,即运动方向与磁场方向平行时,不受洛伦兹力.学习任务二[科学论证]洛伦兹力对运动电荷运动的速度有什么影响?洛伦兹力对运动电荷是否做功?学习任务三

洛伦兹力的特点学习任务三

[答案]由于洛伦兹力的方向始终垂直于运动电荷的速度方向,所以洛伦兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小.洛伦兹力对运动电荷不做功.例3如图所示,在竖直绝缘的平台上,一个带少量正电荷的小球以水平速度v0抛出,落在地面上的A点.若加一垂直于纸面向里的匀强磁场,则小球的落点(

)A.仍在A点 B.在A点左侧C.在A点右侧 D.无法确定学习任务三C

学习任务三洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化.但无论怎样变化,洛伦兹力都与运动方向垂直,故洛伦兹力永不做功,它只改变电荷运动方向,不改变电荷速度大小.但洛伦兹力具有力的性质,所以在进行受力分析时,不要漏掉这一力.[科学论证]

如图所示为电视机显像管原理示意图.没有磁场时,电子束打在荧光屏正中的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场.学习任务四

电子束的磁偏转学习任务四

(1)要使电子束偏离中心O,打在荧光屏上的a点,偏转磁场应该沿

方向.

(2)要使电子束打在

b

点,偏转磁场应该沿

方向.

(3)要使电子束打在荧光屏上的位置由b点逐渐向a点移动,偏转磁场应该

.

垂直于纸面向外垂直于纸面向里先垂直于纸面向里逐渐减小到零,再垂直于纸面向外由零逐渐增大1、主要构造:电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏组成显像管学习任务四

电子束的磁偏转学习任务四[物理观念]

（1）要使电子打在A点,偏转磁场应该沿什么方向?（2）要使电子打在B点,偏转磁场应该沿什么方向?垂直纸面向外垂直纸面向里（3）要使电子从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该怎样变化？先垂直纸面向外并逐渐减小,后垂直纸面向里并逐渐增大.学习任务四

电子束的磁偏转学习任务四2、工作原理:学习任务四

电子束的磁偏转学习任务四

实际上，在偏转区水平方向和竖直方向都有偏转磁场。这样光点就可以移动，这技术叫扫描。

电子束从最上一行到最下一行扫描一遍，叫做一场，电视机每秒要进行50场扫描，由于人的“视觉暂留”，我们感觉到整个屏幕都在发光。[物理观念]

例4如图所示为电视机显像管偏转线圈的示意图,当线圈中通以图示方向的直流电流时,形成的磁场如图所示,一束沿着管径轴线射向纸内的电子将 (

)A.向上偏转

B.向下偏转C.向左偏转

D.向右偏转学习任务四D[解析]在管径轴线处,磁场的方向竖直向下,电子垂直于纸面向里运动,根据左手定则可判断,电子将向右偏转,选项D正确.学习任务四磁偏转:带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用时,由于洛伦兹力与运动电荷的速度垂直,会不断改变电荷的运动方向,因此可以利用磁场控制带电粒子的运动方向.把利用磁场改变带电粒子运动方向的现象称为磁偏转.课堂小结课后习题1.电子的速率v＝3.0×106m/s，沿着与磁场垂直的方向射入B＝0.10T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力多大？课后习题2.试判断图1.2-10所示的带电粒子刚进入磁场时所受到的洛伦兹力的方向。课后习题3.在图1.2-11所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B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。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫作速度选择器。试证明带电粒子具有速度v＝E/B时，才能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器。课后习题4.一种用磁流体发电的装置如图1.2-12所示。平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一