高中物理(新教材)选修二课件4：1-2磁场对运动电荷的作用力 人教版

第一章安培力与洛伦兹力2磁场对运动电荷的作用力极光你知道极光是怎么形成的吗？新课导入实验：观察电子束在磁场中的偏转阴极射线管中的电子束加磁场后,电子束偏转磁场对运动电荷有力的作用洛伦兹力课堂探究

左手定则：磁感线穿掌心，四指指向电流的方向，大拇指所指的方向就是安培力的方向。判断安培力的方向判断洛伦兹力的方向正电荷定向移动的方向

左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷运动的方向（负电荷运动的反方向），这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。一、洛伦兹力的方向

F、B、v三者方向间的关系(1)电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系,B与v不一定垂直,两者关系是不确定的。(2)电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向。(3)F⊥B,F⊥v,即F垂直于B和v所决定的平面。例1

如图所示的磁感应强度B、电荷的运动速度v和电荷所受洛伦兹力F的相互关系图中,画得正确的是(其中B、F、v两两垂直)(

)解析

由于B、F、v两两垂直,根据左手定则得A、B、D选项中电荷所受的洛伦兹力都与图示F的方向相反,故A、B、D错误,C正确。答案

C

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

二、洛伦兹力的大小洛伦兹力与安培力的关系

分类洛伦兹力安培力区别洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力安培力是指通电直导线所受到的磁场力洛伦兹力不做功安培力可以做功联系①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;②大小关系:F安=NF洛(N是导体中定向运动的电荷数);③方向关系:洛伦兹力与安培力均可用左手定则进行判断洛伦兹力与安培力的关系

分类洛伦兹力安培力区别洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力安培力是指通电直导线所受到的磁场力洛伦兹力不做功安培力可以做功联系①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;②大小关系:F安=NF洛(N是导体中定向运动的电荷数);③方向关系:洛伦兹力与安培力均可用左手定则进行判断洛伦兹力大小的理解要点洛伦兹力:F=qvBsinθ,θ为电荷运动的方向与磁场方向的夹角。(1)当θ=90°时,即电荷运动方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力最大,F=qvB。(2)当θ=0°或θ=180°时,即电荷运动方向与磁场方向平行时,F=0。(3)当v=0,即电荷在磁场中静止时,F=0。例2

如图所示,各图中的匀强磁场的磁感应强度均为B,带电粒子的速率均为v,所带电荷量均为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。

电子枪电子束荧光屏偏转线圈

原理图三、电子束的磁偏转速度选择器原理图

原理图

等离子体

磁流体发电机原理图

等离子体

磁流体发电机洛伦兹力与电场力的比较

分类洛伦兹力电场力作用条件运动电荷的速度方向与B不平行时,运动电荷才受到洛伦兹力带电粒子只要处在电场中,就一定受到电场力大小方向F=qvBsin

θ,方向与B垂直,与v垂直,用左手定则判断F=qE,F的方向与E同向或反向特点洛伦兹力永不做功电场力可做正功、负功或不做功相同点反映了电场和磁场都具有能施加力的性质例3

如图所示,两个完全相同的带等量正电荷的小球a和b,从同一高度自由落下,分别穿过高度相同的水平方向的匀强电场和匀强磁场,落到地面上。(1)设两球运动所用的总时间分别为ta、tb,则(

)A.ta=tb

B.ta>tb

C.ta<tb

D.条件不足,无法比较解析

分析两球在竖直方向上的受力和运动情况。(1)a球进入匀强电场后,始终受到水平向右的静电力F电=qE作用,这个力不会改变a在竖直方向运动的速度,故它下落的总时间ta与没有电场时自由下落的时间t0相同。b球以某一速度进入匀强磁场瞬间它就受到水平向右的洛伦兹力作用,这个力只改变速度方向,会使速度方向向右发生偏转,又因为洛伦兹力始终与速度方向垂直,当速度方向变化时,洛伦兹力的方向也发生变化,不再沿水平方向。如图为小球b在磁场中某一位置时的受力情况,从图中可以看出洛伦兹力F洛的竖直分量F1会影响小球竖直方向的运动,使竖直下落的加速度减小(小于g),故其下落的时间tb大于没有磁场时小球自由下落的总时间t0。综上所述,ta<tb。C例3

如图所示,两个完全相同的带等量正电荷的小球a和b,从同一高度自由落下,分别穿过高度相同的水平方向的匀强电场和匀强磁场,落到地面上。(1)设两球运动所用的总时间分别为ta、tb,则(

)A.ta=tb

B.ta>tb

C.ta<tb

D.条件不足,无法比较(2)小球落地时的动能Eka与Ekb相等吗?解析

(2)设两球运动的竖直高度为h,a球运动的水平位移为x,则对a球:Eka=mgh+qEx,对b球:Ekb=mgh。则Eka>Ekb。备用工具&资料例3

如图所示,两个完全相同的带等量正电荷的小球a和b,从同一高度自由落下,分别穿过高度相同的水平方向的匀强电场和匀强磁场,落到地面上。(1)设两球运动所用的总时间分别为ta、tb,则(

)A.ta=tb

B.ta>tb

C.ta<tb

D.条件不足,无法比较解析

分析两球在竖直方向上的受力和运动情况。(1)a球进入匀强电场后,始终受到水平向右的静电力F电=qE作用,这个力不会改变a在竖直方向运动的速度,故它下落的总时间ta与没有电场时自由下落的时间t0相同。b球以某一速度进入匀强磁场瞬间它就受到水平向右的洛伦兹力作用,这个力只改变速度方向,会使速度方向向右发生偏转,又因为洛伦兹力始终与速度方向垂直,当速度方向变化时,洛伦兹力的方向也发生变化,不再沿水平方向。如图为小球b在磁场中某一位置时的受力情况,从图中可以看出洛伦兹力F洛的竖直分量F1会影响小球竖直方向的运动,使竖直下落的加速度减小(小于g),故其下落的时间tb大于没有磁场时小球自由下落的总时间t0。综上所述,ta<tb。C原理图

等离子体

磁流体发电机实验：观察电子束在磁场中的偏转阴极射线管中的电子束加磁场后,电子束偏转磁场对运动电荷有力的作用洛伦兹力课堂探究例1

如图所示的磁感应强度B、电荷的运动速度v和电荷所受洛伦兹力F的相互关系图中,画得正确的是(其中B、F、v两两垂直)(

)解析

由于B、F、v两两垂直,根据左手定则得A、B、D选项中电荷所受的洛伦兹力都与图示F的方向相反,故A、B、D错误,C正确。答案

C

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力与安培力的关系