人教版 (2019)选择性必修 第二册磁场对运动电荷的作用力图文课件ppt

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册磁场对运动电荷的作用力图文课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了洛伦兹力的方向，安培力与洛伦兹力，FL0，洛伦兹力的大小，电子束的磁偏转，随堂训练等内容，欢迎下载使用。
电视机的内部显像管中，电子枪射出的是一束细细的电子束，为什么整个屏幕都能发光？若在电视机附近放置一个很强的磁铁，电视画面将会出现颜色失真的现象，这又是为什么？
2、判断下列图中安培力的方向：
1、磁场对通电导线的作用力
θ为B和I之间的夹角
磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流是电荷的定向运动形成的，由此你会想到了什么？
磁场可能对运动电荷有力的作用。
导体中的电流是由电荷的定向移动产生的:I=nqsv
【演示实验】观察阴极射线在磁场中的偏转如图所示的玻璃管已经抽成真空。当左右两个电极按图示的极性连接到高压电源时，阴极会发射电子。电子在电场的加速下飞向阳极。挡板上有一个扁平的狭缝，电子飞过挡板后形成一个扁平的电子束。长条形的荧光板在阳极端稍稍倾向轴线，电子束掠射到荧光板上，显示出电子束的径迹。
若在阴阳两极间加上一高电压，阴极中的炽热的金属丝发射出的电子束，将在荧光屏上激发出荧光。
运动电荷在磁场中所受的力——洛伦兹力
实验观察到的现象：1、没磁场，沿直线运动2、电子流在磁场中发生了偏转，运动轨迹发生弯曲3、当磁场的方向发生变化时，电子流的弯曲方向也发生了改变结论：1、磁场对运动电荷有力的作用2、磁场对运动电荷力的方向与磁场的方向及电荷的运动方向有关
阴极射线管的原理：从阴极发射出来的电子，在阴阳两极间的高压作用下，使其加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹。
洛伦兹是荷兰物理学家、数学家。1853年7月18日生于阿纳姆。1870年入莱顿大学学习数学、物理学，1875年获博士学位。25岁起任莱顿大学理论物理学教授，达35年。洛伦兹是经典电子论的创立者。他以电子概念为基础来解释物质的电性质，并从电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用，即洛伦兹力。
洛伦兹把物体的发光解释为原子内部电子的振动产生，并预言光源放在磁场中时，原子内电子的振动将发生改变，从而导致光谱线的增宽或分裂 。1896年10月，洛伦兹的学生塞曼发现，在强磁场中钠光谱的D线有明显的增宽，即产生塞曼效应，证实了洛伦兹的预言。在1902年塞曼和洛伦兹共同获得诺贝尔物理学奖。洛伦兹于1928年2月4日在哈勒姆逝世。在举行葬礼那天，荷兰全国的电讯、电话中止3分钟，以示哀悼。
洛伦兹(Lrentz frce)简介：
【推理与猜想】 磁场对电流有安培力的作用，而电流是由电荷定向运动形成的。所以磁场对电流的安培力可能是磁场对运动电荷的作用力的宏观表现。即：1.安培力是洛伦兹力的宏观表现．2.洛伦兹力是安培力的微观本质。
1、定义：运动电荷在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力
2、安培力与洛伦兹力的关系
安培力是洛伦兹力的宏观表现
洛伦兹力是安培力的微观本质
1、左手定则：伸开左手，使拇指和其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，这时拇指所指的方向就是该电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
磁感线——垂直穿入手心
大拇指——所受洛伦兹力的方向
①指向正电荷的运动方向
②指向负电荷运动的反向
结论：洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直F⊥B，又跟电方荷的运动方向垂直F⊥v，故洛伦兹力的方向总是垂直于磁感线和运动电荷所在的平面，即：F洛⊥Bv平面
洛伦兹力F与v、B三者之间的方向关系
F既与B垂直又与v垂直，即垂直于B和v所确定的平面，但B与v不一定垂直.
（1）以相同速度进入同一磁场的正、负电荷受到的洛伦兹力方向相反;
（2）洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面
（3）洛伦兹力对电荷不做功,只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小。
× × ×× × × × × ×
例1、试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向.
例2.将含有大量正、负带电粒子及不带电粒子的气体以一定速度垂直于磁场喷入匀强磁场中，它们在磁场中的运动径迹分成了如图所示的三束，其中②是直线。则(　　)A　①是带正电的粒子B　②是带正电的粒子C　③是带正电的粒子D　③是不带电的粒子
【解析】根据左手定则可知，①是带正电的粒子，A正确；②是不带电的粒子，B错误；根据左手定则可知，③是带负电的粒子，C、D错误。故选A。
例３．如图所示，一束电子流沿管的轴线进入螺线管，忽略重力，电子在管内的运动应该是(　　)
A　当从a端通入电流时，电子做匀加速直线运动B　当从b端通入电流时，电子做匀加速直线运动C　不管从哪端通入电流，电子都做匀速直线运动D　不管从哪端通入电流，电子都做匀速圆周运动
【解析】不管通有什么方向的电流，螺线管内部磁场方向始终与轴线平行，带电粒子沿着磁感线运动时不受洛伦兹力，所以应一直保持原运动状态不变。故C正确，A、B、D错误。
若有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中。
这段导体所受的安培力： I 的微观表达式：这段导体中含有的自由电荷数：
每个自由电荷所受的洛伦兹力大小 ：
1、洛伦兹力的计算公式当电荷运动的方向与磁场方向垂直时（v⊥B）：F洛＝qvB.
上式中各量的单位：F洛为N，q为C，v为m/s，B为T
F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力
问题：若带电粒子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢？
（1）洛伦兹力与安培力的关系①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，而洛伦兹力是安培力的微观本质.②洛伦兹力对电荷不做功，但安培力却可以对导体做功.
③大小关系：F安＝NF洛（N是导体中运动的电荷数）
④方向关系：F安与F洛方向相同
⑤F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力
（2）洛伦兹力的大小：F＝qvBsin θ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角.①当θ＝90°时，v⊥B，sin θ＝1，F＝qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大.②当v∥B 时，θ＝0°，sin θ＝0，F＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力.
③当电荷静止于磁场中时（v =0）: F洛＝0 (即静止电荷不受洛伦兹力)
3.洛伦兹力和电场力的比较：
磁场对在其中运动电荷的作用力
电场对放入其中电荷的作用力
v≠ 0且v不与B平行
电场中的电荷一定受到电场力作用
F ＝qvB(v⊥B)
正电荷与电场方向相同，负电荷与电场方向相反
可能做正功、负功或不做功
只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小
既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向
例１.(多选)关于电场和磁场对电荷的作用力，下列说法正确的是(　　)A　洛伦兹力对运动电荷一定不做功B　带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力作用C　正电荷在电场中所受电场力的方向就是电场强度的方向D　正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向就是磁感应强度的方向
【解析】洛伦兹力与速度方向垂直，则对运动电荷一定不做功，选项A正确；带电粒子在磁场中运动时，若速度方向与磁场方向平行，则不受洛伦兹力作用，选项B错误；正电荷在电场中所受电场力的方向就是电场强度的方向，选项C正确；正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向与磁感应强度的方向垂直，选项D错误；故选A、C。
例3、电荷量为＋q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的是( )A．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B．如果把＋q改为-q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小方向不变C．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直D．粒子的速度一定变化
例4.如图所示，各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为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。
一. 内容：洛伦兹力的方向与粒子的运动速度方向垂直，当粒子在磁场中运动时，粒子受到洛伦兹力的作用，从而发生偏转。
1、主要构造:电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏组成
【思考与讨论】（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?
（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.
2．原理：(1)电子枪发射电子． (2)电子束在磁场中偏转． (3)荧光屏被电子束撞击时发光．3．在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动．
在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点就像如图所示那样不断移动，这在电视技术中叫做扫描。 电子束在荧光屏上扫描一行之后，迅速返回（虚线），再做下一行扫描，直到荧光屏的下端,叫做一场，电视机中每秒要进行50场扫描，由于人的“视觉暂留”，我们感到整个荧光屏都在发光．
4、电视显像管的工作原理
如果电视机荧光屏上没有图像，只有一条水平亮线，故障可能出现在哪里？
荧光屏上只有一条水平的亮线，说明电子束在竖直方向的运动停止了。故障可能是，在显像管的偏转区产生方向的磁场的线圈上没有电流通过。说明：应该注意的是，水平方向的磁场使电子束产生竖直方向的分速度，而竖直方向的磁场使电子束产生水平方向的分速度。
从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为宇宙射线。这些高能粒子流若都到达地球，将对地球上的生物带来危害。但由于地球周围存在磁场，在洛伦兹力的作用下，改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，从而对宇宙射线起了一定的阻挡作用。
人类首次拍到南北极光“同放光彩”奇景
在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，有一种能量被称为“太阳风”。这是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏向地磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩，形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象，称之为北极光。
1、试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向.
F垂直于 纸面向外
２.阴极射线管中电子束由阴极沿x轴正方向射出，在荧光屏上出现如图所示的一条亮线。要使该亮线向z轴正方向偏转，可加上沿(　　)
A　z轴正方向的磁场　　　B　y轴负方向的磁场C　x轴正方向的磁场 D　y轴正方向的磁场
【解析】若加一沿z轴正方向的磁场，根据左手定则，洛伦兹力方向沿y轴正方向，亮线向y轴正方向偏转，故A错误；若加一沿y轴负方向的磁场，根据左手定则，洛伦兹力方向沿z轴正方向，亮线向上偏转，故B正确；若加一沿x轴正方向的磁场，电子束不偏转，故C错误；若加一沿y轴正方向的磁场，根据左手定则，洛伦兹力方向沿z轴负方向，亮线向下偏转，故D错误。
3、来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将( )A．竖直向下沿直线射向地面B．相对于预定地面向东偏转C．相对于预定点稍向西偏转D．相对于预定点稍向北偏转
4.已知一质子以5×107m/s的速度沿上图所示方向进入磁感应强度B=2T的匀强磁场中，质子受的洛伦兹力为多大？
解：f=qvBcs30=1.3ⅹ10-11N
5.一初速度为零的质子（质量m=1.67×10-27kg，电荷量q=1.6×10-19C）经过电压3340V的电场加速后，垂直进入磁感应强度为5.0×10-4T的匀强磁场中，质子所受到的洛伦兹力是多大？
6．科学家预言，自然界存在只有一个磁极的磁单极子，磁单极子N的磁场分布如图甲所示，它与如图乙所示正点电荷Q的电场分布相似。假设磁单极子N和正点电荷Q均固定，有相同的带电小球分别在N和Q附近 (图示位置)沿水平面做匀速圆周运动，则下列判断正确的是(　　)
A从上往下看，图甲中带电小球一定沿逆时针方向运动B从上往下看，图甲中带电小球一定沿顺时针方向运动C从上往下看，图乙中带电小球一定沿顺时针方向运动D从上往下看，图乙中带电小球一定沿逆时针方向运动
【解析】根据圆周运动的受力条件可以从图乙中判断带电小球带的一定是负电，且在电场中小球的运动方向与电场力的方向无关；由甲图中洛仑兹力方向，根据左手定则可知，从上往下看，带电小球一定沿逆时针方向运动。故选A。
摆球在最低点时的速度方向不同，洛伦兹力方向不同，绳受到的拉力大小不同
注：图中摆球向右摆时，
附：当摆球从角度α释放向左摆时线上拉力T=？(略)
7.摆长为L的单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线始终绷紧，若摆球带正电，电量为q质量为m，磁感应强度为B，当小球从图中最高处放开摆到最低处，摆线上拉力T多大？
摆球在运动中洛伦兹力不做功，由动能定理得：