第一章安培力与洛伦兹力2磁场对运动电荷的作用力课件（新人教版选择性必修第二册）

第一章　安培力与洛伦兹力\n2．磁场对运动电荷的作用力\n课前预习反馈课内互动探究课堂达标检测目标体系构建核心素养提升\n目标体系构建\n【学习目标】1．通过实验，观察阴极射线在磁场中的偏转，认识洛伦兹力。2．会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。3．了解电子束的磁偏转原理以及在科学技术中的应用。\n【思维脉络】\n课前预习反馈\n1．洛伦兹力__________在磁场中受到的力。2．洛伦兹力和安培力的关系通电导线在磁场中受到的安培力，实际上是__________的宏观表现。运动电荷知识点1洛伦兹力的方向和大小洛伦兹力\n3．洛伦兹力的方向(1)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________从掌心进入，并使四指指向________运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受__________的方向。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向______。(2)洛伦兹力方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于______所决定的平面。磁感线正电荷洛伦兹力相反B和v\n4．洛伦兹力的大小当速度方向和磁感应强度方向分别满足以下几种情况时，洛伦兹力的大小分别是(1)当v与B成θ角时：F＝___________。(2)当v⊥B时：F＝_____。(3)当v∥B时，F＝____。qvBsinθqvB0\n1．电视机显像管的构造如图所示，由电子枪、__________和荧光屏组成。2．原理电子显像管应用了电子束________的原理。3．扫描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__________，使得电子束打在荧光屏上的光点不断移动。电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场，电视机每秒要进行_____场扫描。偏转线圈知识点2电子束的磁偏转磁偏转不断变化50\n思考辨析『判一判』(1)电荷在磁场中一定会受到洛伦兹力的作用。()(2)仅在洛伦兹力作用下，电荷的动能一定不会变化。()(3)应用左手定则判断洛伦兹力的方向时，四指一定指向电荷运动方向。()(4)电视显像管是靠磁场使电子束发生偏转的。()(5)电荷垂直磁场运动时所受洛伦兹力最小，平行磁场运动时所受洛伦兹力最大。()×√×√×\n『选一选』(多选)下列说法正确的是()解析：所有电荷在电场中都要受到电场力的作用，正电荷受力的方向沿电场强度的方向，故A错，B对；运动电荷在磁场中沿平行于磁场的方向运动，不受磁场力的作用，C错；静止电荷在磁场中不受磁场力的作用，D对。BD\n『想一想』目前，电视机已走进了家家户户，给人们的生活带来了巨大的变化，足不出户便可欣赏到千里之外奥运赛事的精彩直播！现在的电视轻便，占地空间小，但在液晶电视出现前，更多的家庭是用电子显像电视(如图)，这种电视机占地空间大，抗干扰能力差。这样的电视机正在播放节目时，不能将磁铁靠近荧光屏。你知道这是为什么吗？解析：由于电视机的显像管是利用磁场对电子束偏转原理工作的，如果将磁铁靠近荧光屏，会影响电子束的偏转方向，进而使得图像变形或变色。\n课内互动探究\n探究太阳发射出的带电粒子以300～1000km/s的速度扫过太阳系，形成“太阳风”(如图所示)，这种巨大的辐射经过地球时，为什么不能直射向地球？提示：因为地球周围存在着磁场，宇宙空间的带电粒子在经过地球磁场时，由于受到洛伦兹力的作用而发生偏转，故不能直射向地球。洛伦兹力的方向情景导入\n1．决定洛伦兹力方向的三个因素电荷的电性(正、负)，速度方向、磁感应强度的方向。当电性一定时，其他两个因素决定洛伦兹力的方向，如果只让一个因素相反，则洛伦兹力方向必定相反；如果同时让两个因素相反，则洛伦兹力方向将不变。要点提炼\n2．F、B、v三者方向间的关系电荷运动方向和磁场方向间没有因果关系，两者关系是不确定的。电荷运动方向和磁场方向确定洛伦兹力方向，F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v所决定的平面。洛伦兹力与粒子运动方向、磁感应强度方向的关系\n3．洛伦兹力的特点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。\n(1)判断负电荷在磁场中运动受洛伦兹力的方向，四指要指向负电荷运动的相反方向，也就是电流的方向。(2)电荷运动的方向和磁场方向不一定垂直，但洛伦兹力的方向一定垂直于磁场方向和速度方向。特别提醒\n如图所示，在真空中，水平导线中有恒定电流I通过，导线的正下方有一质子初速度方向与电流方向相同，则质子可能的运动情况是()A．沿路径a运动B．沿路径b运动C．沿路径c运动D．沿路径d运动典例1典例剖析B\n解析：由安培定则，电流在下方产生的磁场方向指向纸外，由左手定则，质子刚进入磁场时所受洛伦兹力方向向上。则质子的轨迹必定向上弯曲，因此C、D必错；由于洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直，故其运动轨迹必定是曲线，则B正确，A错误。故选B。\n1．(2020·陕西省西安中学高二上学期期末)下面四幅图表示了磁感应强度B、电荷速度v和洛伦兹力F三者方向之间的关系，其中正确的是()解析：根据左手定则，A中F方向应向下，B中F方向应向上，故A错、B对；C中F应垂直纸面向外，故C错。D中v∥B，F＝0，故D错。对点训练B\n探究如图所示，磁场的磁感应强度为B。设磁场中有一段通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q且定向运动的速率都是v。洛伦兹力的大小\n(1)图中一段长度为vt的导线中的粒子数是多少？导线中的电流为多大？(2)图中一段长度为vt的导线在磁场中所受安培力多大？(3)每个自由电荷所受洛伦兹力多大？\n1．对公式F洛＝qvB的理解(1)适用条件：运动电荷的速度方向与磁场方向垂直，当v＝0时，F洛＝0，即相对磁场静止的电荷不受洛伦兹力作用。(2)B、v夹角对洛伦兹力的影响：①当θ＝90°时，v⊥B，sinθ＝1，F洛＝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°，sinθ＝0，F洛＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力；③若不垂直，F洛＝qvBsinθ。要点提炼\n2．洛伦兹力和安培力的区别与联系\n3.洛伦兹力与电场力的比较内容洛伦兹力静电力性质磁场对在其中运动的电荷的作用力电场对放入其中的电荷的作用力产生条件v≠0且v不与B平行电场中的电荷一定受到电场力的作用大小F＝qvB(v⊥B)F＝qE力的方向与场的方向的关系一定是F⊥B，F⊥v正电荷所受力的方向与电场方向相同，负电荷所受力的方向与电场方向相反\n内容洛伦兹力静电力做功情况任何情况下都不做功可能做正功、负功，也可能不做功力F为零时，场的情况F为零，B不一定为零F为零，E一定为零作用效果只改变电荷运动速度的方向，不改变速度的大小既可以改变电荷运动速度的大小，也可以改变电荷运动速度的方向\n尽管安培力是自由电荷定向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现，但也不能简单地认为安培力就等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和，一般只有当导体静止时才能这样认为。特别提醒\n在下图所示的各图中，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和方向。思路引导：应用左手定则判断洛伦兹力的方向，根据公式F＝qvB求洛伦兹力的大小。在计算洛伦兹力的大小时，要注意v应取与B垂直的分量。典例2典例剖析\n\n2.(2021·湖北省黄冈市高三模拟)如图所示，甲带正电，乙是不带电的绝缘块，甲、乙叠放在一起置于光滑的水平地面上，空间存在着水平方向的匀强磁场，在水平恒力F的作用下，甲、乙无相对滑动地一起向左加速运动，在加速运动阶段()A．甲、乙两物块间的摩擦力不断增大B．甲、乙两物块间的摩擦力不断减小C．甲、乙向左运动的加速度不变D．乙物体对地面的压力不变对点训练C\n解析：甲、乙两物块间没有相对滑动，是静摩擦力，由于乙与地面之间没有摩擦力，根据牛顿第二定律，F＝ma，整体的加速度不变，对甲受力分析，静摩擦力作为合力产生加速度，由于整体的加速度不变，所以甲、乙两物块间的摩擦力不变，所以A错误，B错误，C正确；甲带正电，在向左运动的过程中，受到的洛伦兹力的方向向下，因为运动的速度增大，洛伦兹力增大，所以甲对乙的压力变大，则乙物体对地面的压力也会变大，故D错误。\n核心素养提升\n洛伦兹力与现代科技\n\n2．磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能。(2)根据左手定则，如右图中的B板是发电机正极。(3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等粒子体速度为v，磁场磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U＝Bdv。\n如图所示，磁流体发电机的极板相距d＝0.2m，极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，B＝1.0T。外电路中可变负载电阻R用导线与极板相连。电离气体以速率v＝1100m/s沿极板射入，极板间电离气体等效内阻r＝0.1Ω，试求此发电机的最大输出功率为多大？案例\n答案：121kW\n课堂达标检测\n1．(2020·辽宁省盘锦市高二上学期期末)示波管中，电子束的偏转既可用电偏转也可用磁偏转技术实现。电子束经过电压为U的电场加速后，进入匀强电场或匀强磁场区，如图所示(虚线框内为电场或磁场区)。当不加电场或磁场时，电子束将打到屏幕的中心M点。为了让电子束射到M点正上方的P点，所加的偏转电场或磁场方向可能是()A．竖直向上的电场B．竖直向下的电场C．竖直向上的磁场D．竖直向下的磁场B\n解析：电子经电子枪加速获得一定的速度进入虚线区域，要使电子向P点偏转，若加电场，则要求电子受力向上，但电子所受电场力方向与电场强度方向相反，所以所加电场应竖直向下，所以选项A错误，选项B正确；若加磁场，要使电子向上偏转，根据左手定则，当电子向上偏转时，则磁感线穿过手心，那么磁场应垂直纸面向外，所以选项C、D错误。\n2．(多选)(2020·吉林省四平市实验中学高二上学期期末)在如图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内(不计重力)，电子可能沿水平方向向右做直线运动的是()BC\n解析：如电子水平向右运动，在A图中电场力水平向左，洛伦兹力竖直向下，故不可能；在B图中，电场力水平向左，洛伦兹力为零，故电子可能水平向右做匀减速直线运动；在C图中电场力竖直向上，洛伦兹力竖直向下，电子向右可能做匀速直线运动，故C正确；在D图中电场力竖直向上，洛伦兹力竖直向上，故电子不可能做水平向右的直线运动，因此只有选项B正确。\n3．(多选)(2021·四川省乐山高二调研)用细线和带电小球做成的摆，把它放置在某匀强磁场中，如图所示，在带电小球摆动的过程中，连续两次经过最低点时，相同的物理量是(不计空气阻力)()A．小球受到的洛伦兹力B．摆线的张力C．小球的向心加速度D．小球的动能CD\n\n4.(2020·山东省威海三中高二月考)如图所示，质量为m的带正电的小球能沿竖直的绝缘墙竖直下滑，磁感应强度为B的匀强磁场方向如图所示，并与小球运动方向垂直。若小球带电荷量为q，小球与墙间的动摩擦因数为μ，求：小球下滑的最大速度和最大加速度。\n