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2.4《磁场对运动电荷的作用》精品课件 新人教版选修1-1


新课标人教版课件系列

《高中物理》
选修1-1

2.4《磁场对运动电荷 的作用》

教学目标
知训与能力 1、洛仑兹力 (1)洛仑兹力:磁场对运动电荷力的作用 (2)洛仑兹力和安培力是微观和宏观的关系 2、洛仑兹力的方向的判断 3、电子束的磁偏转 1、磁场的强弱和电子的速度都能影响圆的半径 4、显像管的工作原理 实验仪器: 安装一个阴极、一个阳极的真空玻璃管、高压电源、 磁铁

知识回顾
判断下列图中安培力的方向

若已知上图中:B=4.0×10-2 T,导线长L=10 cm, I=1 A。求:通电导线所受的安培力大小?

思考
电流是如何形成的?

电流是电荷的定向运动形成的,而磁场对电流(通电导线) 有力的作用,由此你会想到了什么?

磁场可能对运动电荷有力的作用。

实验验证
实验:用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。 ? 在真空玻璃管内安装一个阴 极、一个阳极.阴极接高电压 的负极、阳极接正极.阴极能 够发射电子,电子束在两极之 间的电场力的作用下从阴极 飞向阳极.这个管子叫做电子 射线管.为了显示电子束运动 的情况,管内装有长条形的荧 光屏,屏上的物质受到电子的 撞击时能够发光。

当电子射线管的周围不存在磁场时, 电子的运动轨迹是直线

结论
磁场对运动电荷有力的作用

当电子射线管的周围存在磁场时,电子的运动轨迹是曲线

一、洛伦兹力
1、磁场对运动电荷有力的作用, 这个力叫做洛仑兹力. 2.洛伦兹力与安培力的关系:

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。

洛伦兹(1853—1928)

洛伦兹,荷兰物理学 家,首先提出磁场对 运动电荷有作用力的 观点。 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”。

思考

洛仑兹力F洛的方向如何确定?

?猜想:能不能用左手定则来判定 ?推理:我们曾经用左手定则判定安培力的方向.大量定向 移动电荷所受洛伦兹力宏观表现为安培力,因此, 可以用左手定则判定洛伦兹力的方向. ?验证:尝试不同方向的磁场对电子束的不同影响,判断

运动的电子束在各种方向的磁场中的受力方向.

3、洛伦兹力的方向----左手定则 1、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,让磁感线垂直穿过手心, 若四指指向正电荷运动的方向,那 么拇指所指的方向就使正电荷所受 洛伦兹力的方向。

F

v

v F

2、 如果运动的是负电荷,则四指 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。

洛伦兹力的方向
下图中电子束的偏转方向画的方向正确吗?

4、洛伦兹力的大小洛仑兹力F
F F
V0 B

洛的大小与什么有关?

请大家猜一猜?
V

速度V 磁场的磁感应强度 B

B
可以证明:

带电粒子的电荷量q

当速度V的方向与磁感应强度B的方向垂直时: 洛仑兹力f的大小等于电荷量q、速度V、磁感应强度B三者的乘积

F ? qvB

qB

V

qV

B

当速度V的方向与磁感应强度B的方向平行时:

F=0

课堂练习: 1.判断下列粒子刚进入磁场时所受的 洛伦兹力的方向.

v 乙

-q

v



+q F

F v -q 丙 丁

v

+q

F垂直纸面向里

F垂直纸面向外

【例2】关于带电粒子所受洛伦兹力F和磁感应强度B
及粒子速度v三者之间的关系,下列说法中正确的是 A.F、B、v三者必定均保持垂直 B.F必定垂直于B、v,但B不一定垂直于v C.B必定垂直于F、v,但F不一定垂直于v D.v必定垂直于F、B,但F不一定垂直于B

小结

洛伦兹力与电场力的区别: 1.产生:电场对运动电荷、静止电荷都有电场力的 作用,磁场只对运动电荷才有磁场力的作用

2.大小:在匀强电场中,电荷所受的电场力与V无关,是 一个恒力 在匀强磁场中, 洛伦兹力与V有关 3.方向:电场力的方向与电场方向平行,正电荷的电 场力方向就是电场方向 无论是正电荷还是负电荷,它所受洛伦兹力永远与 磁场方向垂直。 4.做功:电场力对电荷可能做功,也可能不做功 洛伦兹力始终与电荷速度方向垂直,永远不会做功

小结
1、洛伦兹力:运动电荷在磁场中受到的作用力 安培力是洛伦兹力的宏观表现
2、洛伦兹力方向的判断: 左手定则
F⊥V, F⊥B ,F⊥ V、B所在的平面

负电荷的方向与正电荷的相反

思考
洛仑兹力有什么特点呢?
洛仑兹力F的方向总跟运动 电荷的速度v的方向垂直。
-q
V0

B

f f

V

洛仑兹力只能改变电荷运动的速度方向, 不能改变速度的大小。 洛仑兹力对在磁场中运动的电荷不做功。

思考
如果带电粒子射入匀强磁场时,初速度跟磁 场方向垂直(如图所示),粒子在洛仑兹力的作 用下将做什么运动?

-

V0

电子束的磁偏转

下图实验装置可以演示洛伦兹力的大小和方向。它由 一个球形电子射线管和一组线圈组成。通过改变电子 枪两极间的电压可以改变电子的速度;通过改变线圈 中电流的强弱可以改变磁感应强度的大小。

图2.4-2洛伦兹力演示仪

电子束的磁偏转

在演示仪中可以观察到,没有磁场时,电子束是直进 的,外加磁场后,电子束的径迹变成圆形。磁场的强 弱和电子的速度都能影响圆的半径。

显像管的工作原理 思考与讨论 1、电子束是怎样实现偏转的? 2、在图2.4-3中,如图所示

(1)要是电子打在A点,偏转磁场
应该沿什么方向? (2)要是电子打在B点,偏转磁

场应该沿什么方向?
(3)要是电子束打在荧光屏上的 位置由中心O逐渐向A点移动,偏转

磁场应该怎样变化?
3、电子打在荧光屏上只能有一个亮点,为什么整个荧光屏都 能发光能?

科学漫步

科学足迹

【例1】如图所示的是磁感应强度B、正电荷速度v和 磁场对电荷的作用力F三者方向的相互关系图(其中 B垂直于F与v决定的平面,B、F、v两两垂直)。其 中正确的是

例2、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

【例3】一个长螺线管中通有电流,把一个带电粒子沿中轴线方 向射入(若不计重力影响),粒子将在管中 A.做圆周运动 B.沿轴线来回运动 C.做匀加速直线运动 D.做匀速直线运动

作业:
1、问题与练习P41 2、浙江省作业本

课外作业

1.答:由现象知这束射线含有不 同的粒子。其中向左的射线为带 正电的粒子组成;中间的射线为 不带电粒子组成;向右的射线为 带负电的粒子组成。

课外作业

2.答:甲 竖直向上;乙 竖直向下;丙 垂直纸面向外; 丁 垂直纸面向里。

课外作业

3.答:带电粒子在磁场中径迹弯曲、成螺旋形是由于 受到洛伦兹力的作用而使运动方向发生改变造成的。 两个运动的具有相反电荷的粒子在同一磁场中所受的 洛伦兹力方向相反,因此它们的径迹是一对相反绕向 的螺旋线。


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