选择性必修 第二册2 磁场对运动电荷的作用力精品课件ppt

这是一份选择性必修 第二册2 磁场对运动电荷的作用力精品课件ppt，共47页。PPT课件主要包含了新课导入，新课讲解，课堂总结，巩固提升，CONTENTS，PART01，电荷的定向移动形成的，方向左手定则，引入新课，洛伦兹力的本质等内容，欢迎下载使用。

1、磁场对通电导线的作用力的大小和方向？
2、电流是如何形成的？
3、由上述的两个问题你能够想到什么？
磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的作用力的宏观表现，也就是说磁场可能对运动电荷有力的作用。
大小：F＝BILsinθ
从宇宙深处射来的带电粒子为什么只在地球的两极引起极光？
电视机显像管中的电子只是细细的一束，为什么能使整个屏幕发光？
安培力是洛伦兹力的宏观体现
洛伦兹力是安培力的微观描述
洛伦兹（1853—1928）
洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆。洛伦兹创立了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，1902年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从1945年起，把他的生日定为“洛伦兹节”。
【实验现象 】 在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。 【实验结论 】 ①磁场对运动电荷有力的作用。
②磁场对运动电荷的作用力
一、探究洛伦兹力的方向
①安培力是磁场对电流的作用力
②电流是电荷的定向移动形成的
③洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力
磁场对电流的作用力实质是磁场对运动电荷的作用力
①洛伦兹力的方向可以用 左手定则判定
演示：阴极射线在磁场中的偏转
1、没有磁场时，接通高压电源可以观察到什么现象。2、光束实质上是什么？3、若在电子束的路径上加磁场，可以观察到什么现象？4、改变磁场的方向，通过观查从而判断运动的电子在各个方向磁场中的受力方向。
洛伦兹力的方向-------左手定则
伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内。
把手放入磁场中，让磁感线穿过手心，四指指向正电荷运动的方向。
拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。
四指指向负电荷运动的反方向
那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向
洛伦兹力F与v、B三者间的方向关系
【典例】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。
1．在图中，标出了磁场B的方向、带电粒子的电性、运动方向及电荷所受洛仑兹力F的方向，其中正确的是(　　)
【解析】A图中磁场向里，电子向右运动，所以电流方向向左，根据左手定则可得，洛伦兹力的方向向下，所以A错误；B图中磁场向外，正电荷向右运动，根据左手定则可得，洛伦兹力的方向向下，所以B正确；C图中磁场向左，正电荷向右运动，运动方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力的作用，所以C错误；D图中磁场向上，正电荷向左运动，根据左手定则可得，洛伦兹力的方向向内，所以D错误；故选B。
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．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。
二、电视显像管的工作原理
（1）如果要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的 A 点，偏转磁场应该沿什么方向？
（2）如果要使电子束打在B 点，偏转磁场应该沿什么方向？
（3）如果要使电子束打在荧光屏上的位置由 B 逐渐向 A 点移动，偏转磁场应该怎样变化？
先垂直纸面向外并逐渐减小，然后垂直纸面向里并逐渐增大。
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。
安培力是导体中所有运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现
安培力大小等于各个自由电荷所受洛伦兹力的合力
（1）通电导线中的电流（2）通电导线所受的安培力（3）这段导线内的自由电荷数 （4）每个电荷所受的洛伦兹力
　　设有一段长为L，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率为 v。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求：
［问题］若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢 ？
洛伦兹力：F=qvB (v垂直B）
【易错辨析】(1)同一电荷，以相同大小的速度进入磁场，速度方向不同时，洛伦兹力的大小也可能不同。( )(2)如果电荷的速度方向与磁场方向平行，则该电荷所受洛伦兹力最大。( )(3)电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用。( )(4)仅在洛伦兹力作用下，电荷的动能一定不会变化。( )(5)显像管中偏转线圈中的电流恒定时，电子打在荧光屏上的位置是不变的。( )(6)当判断运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力时，要让四指指向电荷的运动方向。( )
４．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。
【典例】(多选)如图所示，两竖直平行边界内，匀强电场方向竖直(平行纸面)向下，匀强磁场方向垂直纸面向里。一带负电小球从P点以某一速度垂直边界进入，恰好沿水平方向做直线运动。若增大小球从P点进入的速度但保持方向不变，则在小球进入的一小段时间内(　　　　)A　小球的动能减小　　　　　　B　小球的电势能减小C　小球的重力势能减小 　　　　D　小球的机械能减小
　【解析】带负电的小球在电磁场中做直线运动，小球共受到三个力作用：向下的重力G、向上的电场力F、向下的洛伦兹力f，这三个力都在竖直方向上，小球在水平直线上运动，所以小球受到的合力一定是零，小球做匀速直线运动。当小球的入射速度增大时，洛伦兹力增大，则电场力和重力不变，小球将向下偏转，电场力与重力的合力向上，且它们的合力对小球做负功，小球动能减小。电场力对小球做负功，小球的机械能减小，电势能增大。重力对小球做正功，重力势能减小，故A、C、D正确，B错误。
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
2.如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将( )
A．向纸内偏转B．向纸外偏转C．向下偏转D．向上偏转
4．太阳内部活动剧烈时会向宇宙抛射大量高能带电粒子，若这些粒子都到达地面，将会对地球上的生命带来灾难，地球也因此无法孕育生命。但由于地磁场的存在改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，使得很多高能带电粒子不能到达地面。下面说法中正确的是（　　）A．地磁场直接把高能带电粒子给反射回去B．只有在太阳内部活动剧烈时，地磁场才对射向地球表面的宇宙射线有阻挡作用C．地磁场会使沿地球赤道平面垂直射向地球的宇宙射线中的带电粒子向两极偏转D．地磁场只对带电的宇宙射线有屏蔽作用，对不带电的射线（如γ射线）没有阻挡作用
4．D【详解】A．根据左手定则，高能带电粒子在地磁场中受到洛伦兹力的作用，发生偏转，使其不能到达地面，不是反射回去，故A错误；B．地磁场对任何射向地球表面的带电宇宙射线，都有洛伦兹力作用，使带电射线发生偏转，起到阻挡作用，故B错误；C．根据左手定则，地磁场对沿地球赤道平面垂直射向地球的宇宙射线中的带电粒子使其做曲线运动，不会向两极偏转，故C错误；D．地磁场对不带电的射线无阻挡作用，因为它们不受洛仑兹力，故D正确。故选D。
5．从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线中含有大量的高能带电粒子。这些高能带电粒子到达地球会对地球上的生命带来危害，但由于地球周围存在地磁场，地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，如图所示，对地球上的生命起到保护作用。假设所有的宇宙射线从各个方向垂直射向地球表面，那么以下说法正确的是（　　）A．地磁场对宇宙射线的阻挡作用各处都相同B．由于南北极磁场最强，因此阻挡作用最强C．沿地球赤道平面垂直射来的高能正电荷向东偏转D．沿地球赤道平面垂直射来的高能负电荷向南偏转
5．C【详解】AB．高能带电粒子到达地球受到地磁场的洛伦兹力作用，发生偏转。粒子在不同的磁场中，所受到的洛伦兹力大小不一，而磁场在南、北两极的磁场几乎与地面垂直，在赤道附近磁场的方向几乎与地面平行，结合洛伦兹力的特点可知，地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作用在南、北两极最弱，赤道附近最强，故AB错误；C．根据左手定则，地磁场会使沿地球赤道平面内射来的宇宙射线中的带正电粒子在洛伦兹力作用下向东偏转，偏向面与赤道平面平行，故C正确；D．根据左手定则，地磁场会使沿地球赤道平面内射来的宇宙射线中的带负电粒子在洛伦兹力作用下向西偏转，偏向面与赤道平面平行。故D错误。故选C。
6．在玻璃皿中，沿内壁边缘放一个环形电极，中心放一个圆柱形电极，把它们分别接在电源的正、负两极，然后在玻璃皿中注入导电液体，再将整个玻璃皿如左图所示放入磁场中，磁铁的上部为S极，下部为N极．液体将会旋转起来，从上往下看，如右图所示，关于液体的旋转下列说法中正确的是（ ）A．如果导电液是正离子导电，从上往下看液体顺时针旋转B．如果导电液是负离子导电，从上往下看液体顺时针旋转C．如果是液体中有等量的正负离子，从上往下看液体不旋转D．如果是液体中有等量的正负离子，从上往下看液体逆时针旋转
8．地磁场能有效抵御宇宙射线的侵入。赤道剖面外的地磁场可简化为包围地球的一定厚度的匀强磁场，方向垂直该剖面，如图所示。图中给出了速度在图示平面内、分别从O点沿与地面平行和与地面垂直两个不同方向入射的微观带电粒子（不计重力）在地磁场中的三条运动轨迹a、b、c，且它们都恰不能到达地面，则下列相关说法中正确的是（　　）A．沿a轨迹运动的粒子带正电B．若沿a、c两轨迹运动的是相同的粒子，则沿轨迹a运动的粒子的速率更大C．某种粒子运动轨迹为a，若它速率不变，只改变射入地磁场的方向，则只要其速度在图示平面内，无论沿什么方向入射，都会到达地面D．某种粒子运动轨迹为b，若它以相同的速率在图示平面内沿其他方向入射，则有可能到达地面
9.如图甲所示，在水平地面上固定一对与水平面倾角为 的光滑平行导电轨道，轨道间的距离为l，两轨道底端的连线与轨道垂直，顶端接有电源。将一根质量为m的直导体棒 放在两轨道上，且与两轨道垂直。已知通过导体棒的恒定电流大小为I，方向由a到b，图乙为图甲沿 方向观察的平面图。若重力加速度为g，在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场，使导体棒在轨道上保持静止。（1）请在图乙所示的平面图中画出导体棒受力的示意图；（2）求出磁场对导体棒的安培力的大小；（3）如果改变导轨所在空间的磁场方向，试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度B的最小值及其方向。
　　我国第21次南极科考队在南极观察到了美丽的极光，极光是由来自太阳的高能量带电粒子流高速冲进高空稀薄大气层时，被地球磁场俘获，从而改变原有运动方向，向两极做螺旋运动时出现的现象，如图所示。这些高能粒子在运动过程中与大气分子或原子剧烈碰撞或摩擦从而激发大气分子或原子，使其发出有一定特征的各种颜色的光。地磁场的存在，使多数宇宙粒子不能到达地面而向人烟稀少的两极偏移，为地球生命的诞生和维持提供了天然的屏障。
探究：　　科学家发现并证实，向两极做螺旋运动的这些高能粒子的旋转半径是不断减小的，这主要与哪些因素有关？