高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第一章 安培力与洛伦兹力2 磁场对运动电荷的作用力课堂教学ppt课件

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我们知道，磁场对通电导线有作用力，而带电粒子的定向移动形成了电流，那么磁场对运动的电荷是否会有力的作用？
通电导线在磁场中受到的安培力，实际上是洛伦兹力的宏观表现。安培力方向既垂直于磁场方向，也垂直于电流方向，满足左手定则。那么洛伦兹力的方向有什么特点呢？
洛伦兹力的方向也满足左手定则。
1.洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的力.2.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，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.
1.洛伦兹力的方向与磁场方向，电荷运动方向有什么关系？
洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向和磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向所决定的平面.
2.当运动的电荷为负电荷时，其所受的洛伦兹力方向如何判断？
用左手定则判断，只是在使用左手定则时，四指的指向不是负电荷运动的方向，而是负电荷运动的反方向，即等效电流的方向.
3.洛伦兹力与安培力有哪些联系和区别？
(1)联系：安培力是通电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)区别：洛伦兹力始终垂直于速度方向，只改变速度的方向，不改变速度的大小，对带电粒子不做功.但安培力却可以对导体做功.
1.(2021·福建高二学业考试)下列图中带电粒子所受的洛伦兹力的方向水平向左的是
A　　　　　 B C　　　　　　D
2.如图所示，通电直导线通有竖直向上的电流，其右侧一个初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向向上射出，不计电子重力，则A.电子将向左偏转，速率不变B.电子将向右偏转，速率不变C.电子运动方向不变，速率不变D.电子将向右偏转，速率改变
由安培定则可知导线右侧磁场方向垂直纸面向里，然后根据左手定则可知运动电子所受洛伦兹力向右，因此电子将向右偏转，洛伦兹力不做功，故其速率不变，故A、C、D错误，B正确.
导线中的电流方向与磁场方向垂直时，导线中电荷运动的方向也与磁场的方向垂直。既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，那么如何由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式？
推导：如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B.设磁场中有一段长度为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，每个自由电荷的电荷量均为q，且定向运动的速率都是v.则导线中的电流是I＝nqvS，导线在磁场中所受的安培力F安＝nqvSLB，
导线中自由电荷数N＝nSL，则每个自由电荷受到的洛伦兹力F洛＝qvB.
1.当v⊥B，F＝qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大.2.当v∥B，F＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力.3.当v与B成θ角时，F＝qvBsin θ.
3.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F，并指出洛伦兹力的方向.
答案　(1)因v与B垂直，所以F＝qvB，方向垂直v指向左上方.
(3)由于v与B平行，所以不受洛伦兹力.(4)v与B垂直，F＝qvB，方向垂直v指向左上方.
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，因受到洛伦兹力的作用，就会发生偏转。显像管电视机中就应用了电子束磁偏转的原理。
1.构造：电视显像管主要由电子枪、偏转线圈和荧光屏三部分组成.2.原理：电子显像管应用了电子束磁偏转的原理.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、强弱都在不断变化，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，电视机中的显像管每秒要进行50场扫描.
从图中可以看出，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点.为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场.
(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，磁场应该沿什么方向？
先垂直纸面向里并逐渐减小，后垂直纸面向外并逐渐增大
(3)如果要使电子束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？
4.显像管的原理示意图如图所示，当没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点.安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转.设垂直纸面向里的
磁场方向为正方向，如果要使电子束打在荧光屏上的位置由P点逐渐移动到Q点，下列磁场能够使电子束发生上述偏转的是
要使电子束打在荧光屏上的位置由P点逐渐移动到Q点，需要电子在洛伦兹力作用下逐渐向下运动，P、O之间洛伦兹力向上，大小逐渐变小，B逐渐变弱，磁场方向垂直纸面向外，O、Q之间洛伦兹力向下，大小逐渐变大，B逐渐变强，磁场方向垂直纸面向里，根据左手定则知，能够使电子束发生上述偏转的磁场是选项A.
带电体在匀强磁场中速度变化时洛伦兹力往往随之变化，并进一步导致弹力、摩擦力等变化.带电体在变力作用下将做变速运动，可利用牛顿运动定律和平衡条件进行分析.
5.(多选)用细线悬挂一个质量为m，带正电的小球，置于如图所示的匀强磁场中，当小球偏离竖直方向在垂直于磁场方向摆动时，如果细线始终绷紧，不计空气阻力，则前后两次通过最低点时相比较，相同的物理量是A.小球受到的洛伦兹力 B.小球的加速度C.悬线的拉力 D.小球的动能
由于洛伦兹力不做功，所以小球两次通过最低点时速度大小相等、方向相反，则洛伦兹力方向相反，小球的动能相等，A错误，D正确；小球做圆周运动的向心加速度相同，B正确；
由于两次通过最低点时洛伦兹力方向相反，所以悬线拉力大小不相等，C错误.
6.如图所示，a为带正电的小物块，b为一不带电的绝缘物块(设a、b间无电荷转移)，a、b叠放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直于纸面向里的匀强磁场.现用水平恒力F拉b物块，使a、b一起无相对滑动地向左做加速运动，则在加速运动阶段A.a对b的压力不变B.a对b的压力变大C.a、b物块间的摩擦力变大D.a、b物块间的摩擦力不变
a、b整体受重力、拉力F、竖直向下的洛伦兹力qvB、地面的支持力FN和摩擦力Ff，竖直方向有FN＝(ma＋mb)g＋qvB，水平方向有F－Ff＝(ma＋ mb)a，
Ff＝μFN.在加速运动阶段，v增大，FN增大，Ff增大，加速度a减小.对物块a受力分析，a受重力mag、竖直向下的洛伦兹力qvB、b对a向上的支持力FN′、b对a向左的静摩擦力Ff′，竖直方向有FN′＝mag＋qvB，水平方向有Ff′＝maa.随着v的增大，FN′增大，由牛顿第三定律可知选项A错误，B正确；加速度a在减小，所以a、b物块间的摩擦力变小，选项C、D错误.
磁场对运动电荷的作用力