1、高中物理选修3-2 专题学习 一、洛伦兹力磁场对运动电荷的作用极 光 1.磁场对通电导线（电流）的作用力安培力。2.电流 电荷的定向移动。（一）认识洛伦兹力的本质运动电荷在磁场中受到的作用力,叫做洛伦兹力。荷兰物理学家，他是电子论的创始人、相对论中洛伦兹变换的建立者，1902年获得诺贝尔物理学奖。他被爱因斯坦称为“时代最伟大，最高尚的人”。（18531928）（一）认识洛伦兹力的本质电子束阴极射线管阴极-阳极（二）洛伦兹力方向的判断左手定则f洛I IB+v-v-v+v 试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向。(请暂停播放,依次判断下列四种情况，半分钟之后来看答案吧)FFF
2、垂直于纸面垂直于纸面向里 F 垂直于纸面 向外BBBB 若有一段长度为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，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中。求每个自由电荷所受的洛伦兹力的大小?-I（三）洛伦兹力的大小（请根据以下模型及 的问题，逐步思考，自学洛伦兹力公式的推导）这段导体所受的安培力的表达式是什么？电流强度I 的微观表达式是什么？这段导体中含有多少自由电荷数？F安=BILI=nqSvnLS-ILSBvqn每个自由电荷所受的洛伦兹力为多大？-ILSBvqn适用条件适用条件：带电粒子带电粒子垂直垂直进入磁场
3、的情况。进入磁场的情况。如果粒子如果粒子不带电不带电或者或者平行于磁场平行于磁场进入，则进入，则不不受受洛伦兹力。洛伦兹力。qvBnLSBnqvSLnLSBILnLSF安f洛（一）认识洛伦兹力的本质（二）洛伦兹力方向的判断左手定则（三）洛伦兹力的大小来自来自宇宙的宇宙的质子（带单位正电荷）流质子（带单位正电荷）流，以，以与与地球地球 表面表面垂直的方向射向赤道上空的某一点垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这，则这 些质子些质子在进入地球周围的空间时，将在进入地球周围的空间时，将 ()A.竖直向下沿直线射向地面竖直向下沿直线射向地面 B.相对于预定地面向东偏转相对于预定地面向东偏转 C.相对于预
4、定点稍向西偏转相对于预定点稍向西偏转 D.相对于预定点稍向北偏转相对于预定点稍向北偏转B 想一想：LOGOGoodbye！祝学习愉快祝学习愉快Fv+Fv+Fv+带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？想一想:洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以洛伦兹力对电荷不做功。表达式：f洛=qvB1.一长螺线管通有变化的电流，把一个带电粒子(重力不计)沿管中心轴线射入管中，粒子将在管中 ()A.做圆周运动 B.沿轴线来回运动C.做匀速直线运动 D.做匀加速直线运动C极 光1.一带负电的小滑块从光滑的斜面顶端滑至底端时的速率为V；若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，则它滑至底端时的速率将
5、（）A.变大 B.变小 C.不变 D.条件不足，无法判断（四）巩固练习 C2运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，运动方向会发生偏转，这一点对地球上的生命来说有十分重要的意义从太阳和其他星体发射出的高能粒子流，称为宇宙射线，在射向地球时，由于地磁场的存在，改变了带电粒子的运动方向，对地球起到了保护作用如图所示为地磁场对宇宙射线作用的示意图现有来自宇宙的一束质子流，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将 ()A竖直向下沿直线射向地面 B向东偏转C向西偏转 D向北偏转 地磁场宇宙射线B6一带电粒子以垂直于磁场方向的初速度飞入匀强磁场后做圆周运动，磁场方向和运动轨
6、迹如图所示，下列情况可能的是（）A粒子带正电，沿逆时针方向运动B粒子带正电，沿顺时针方向运动C粒子带负电，沿逆时针方向运动D粒子带负电，沿顺时针方向运动BA D9如图所示，匀强磁场的方向竖直向下。磁场中有光滑的水平桌面，在桌面上平放着内壁光滑、底部有带电小球的试管。在水平拉力F作用下，试管向右匀速运动，带电小球能从试管口处飞出。关于带电小球及其在离开试管前的运动，下列说法中正确的是 ()A小球带负电B小球运动的轨迹是一条抛物线C洛仑兹力对小球做正功D维持试管匀速运动的拉力F应逐渐增大B D17、有关洛仑兹力和安培力的描述，正确的是（）A通电直导线处于匀强磁场中一定受到安培力的作用B安培力是大量
7、运动电荷所受洛仑兹力的宏观表现C带电粒子在匀强磁场中运动受到洛仑兹力做正功D通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行B2.将一半径为R的半圆形光滑绝缘滑轨，固定在垂直向里的匀强磁场B中。一带电量+q，质量m的小球在A点无初速释放，沿滑轨运动，求小球第一次经过最低点时对滑轨的压力。221mvmgR RmvqvBmgN2 gRqBmgqvBmgN233 1.洛伦兹力的定义即磁场对运动电荷的作用。2.用左手定则判断洛伦兹力的方向。3.在安培力的基础上推导洛伦兹力的计算公式。4.洛伦兹力对运动电荷不做功。（五）小结 第六节第六节 洛伦兹力初探洛伦兹力初探 磁场对通电导体有力的作用，而磁场对通电
8、导体有力的作用，而通电导体中的电流是由电荷定向移动通电导体中的电流是由电荷定向移动形成的。荷兰物理学家洛伦兹猜想：形成的。荷兰物理学家洛伦兹猜想：磁场对通电导体的作用力，实际上是磁场对通电导体的作用力，实际上是作用在运动电荷上的；而通电导体所作用在运动电荷上的；而通电导体所受的安培力，则是运动电荷所受磁场受的安培力，则是运动电荷所受磁场力的宏观表现。力的宏观表现。后人把后人把磁场对运动电荷的作磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力。用力称为洛伦兹力。磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 观察电子束运动径迹的装置观察电子束运动径迹的装置阴极射线管，其结构如下阴极射线管，其结构如下图所示。阴极射线
9、管内部抽成真空，在阴极和阳极之间强电场图所示。阴极射线管内部抽成真空，在阴极和阳极之间强电场的作用下，阴极发射的电子束穿过狭缝沿直线从阴极向阳极运的作用下，阴极发射的电子束穿过狭缝沿直线从阴极向阳极运运动，电子束轰击在荧光屏这个障碍物上，激发出荧光，显运动，电子束轰击在荧光屏这个障碍物上，激发出荧光，显示出电子束的运动径迹。这使我们能够示出电子束的运动径迹。这使我们能够“看看”到电子束的运动到电子束的运动状况，从而分析它的受力情况。状况，从而分析它的受力情况。观察与思考观察与思考演示实验一演示实验一：见图：见图1-6-31-6-3。未加磁场时，电子束做未加磁场时，电子束做 直线运动。直线运动。
10、加上磁场后，如果磁场加上磁场后，如果磁场 方向与电子束运动的方向垂方向与电子束运动的方向垂 直，电子束受到了磁场力，直，电子束受到了磁场力，运动径迹发生弯曲。运动径迹发生弯曲。在上图中，电子束的速度方向向右，磁场方向垂直屏幕在上图中，电子束的速度方向向右，磁场方向垂直屏幕向里，所受洛伦兹力向下。向里，所受洛伦兹力向下。洛伦兹力的方向与磁场方向垂直，与运动电荷的速度方洛伦兹力的方向与磁场方向垂直，与运动电荷的速度方向垂直向垂直。指向可用左手定则判定：。指向可用左手定则判定：磁感线垂直穿过掌心，磁感线垂直穿过掌心，四指指向正电荷运动的方向（或负电荷运动的反方四指指向正电荷运动的方向（或负电荷运动的
11、反方向），拇指所指的方向就是洛伦兹力方向。向），拇指所指的方向就是洛伦兹力方向。演示实验二演示实验二：见图：见图1-6-41-6-4（）演示实验三演示实验三：见图：见图1-6-41-6-4（b b）加上磁场后，如果磁加上磁场后，如果磁 场方向与电子束运动的方场方向与电子束运动的方 向垂直，电子束受到了磁向垂直，电子束受到了磁 场力，运动径迹发生弯曲。场力，运动径迹发生弯曲。洛伦兹力的方向与磁场方向垂直，与运动电荷的速度方向垂洛伦兹力的方向与磁场方向垂直，与运动电荷的速度方向垂直直。指向可用左手定则判定：。指向可用左手定则判定：磁感线垂直穿过掌心，四指磁感线垂直穿过掌心，四指指向正电荷运动的方向
12、（或负电荷运动的反方向），拇指向正电荷运动的方向（或负电荷运动的反方向），拇指所指的方向就是洛伦兹力方向。指所指的方向就是洛伦兹力方向。在左图中，电子束的在左图中，电子束的速度方向向右，磁场方向速度方向向右，磁场方向垂直屏幕向外，电子束所垂直屏幕向外，电子束所受洛伦兹力向上。受洛伦兹力向上。洛伦兹力的应用洛伦兹力的应用磁偏转与显像管磁偏转与显像管 借助垂直于电子束运动方向的磁场使电子束改变方向或者借助垂直于电子束运动方向的磁场使电子束改变方向或者发生偏转的方法称为磁偏转。能够显示各种画面的显示器，它发生偏转的方法称为磁偏转。能够显示各种画面的显示器，它们的主要元件就是带有磁偏转装置的显象管。们
13、的主要元件就是带有磁偏转装置的显象管。不加磁场时不加磁场时加上向外的磁场时加上向外的磁场时磁场越强，偏转越大磁场越强，偏转越大加上向里的磁场时加上向里的磁场时磁场越强，偏转越大磁场越强，偏转越大 电子束的运动方向不变，磁场方向改变，电子束电子束的运动方向不变，磁场方向改变，电子束的偏转方向改变。磁场越强，电子束的偏转越大的偏转方向改变。磁场越强，电子束的偏转越大。一般显示器主要由电一般显示器主要由电子枪、线圈、荧光屏、玻子枪、线圈、荧光屏、玻璃屏幕四部分组成。电子璃屏幕四部分组成。电子枪产生高能电子束，通电枪产生高能电子束，通电线圈提供磁场。电子束穿线圈提供磁场。电子束穿过磁场时，受洛伦兹力作
14、过磁场时，受洛伦兹力作用，径迹发生偏转。电子用，径迹发生偏转。电子束打在荧光物质上，能产束打在荧光物质上，能产 显示器接受到影像信号时，电子束从荧光屏左上角开始从显示器接受到影像信号时，电子束从荧光屏左上角开始从从左向右扫描出一条水平线，之后再扫描下面一条水平线。从左向右扫描出一条水平线，之后再扫描下面一条水平线。如此反复，高频率地从上而下扫描，如此反复，高频率地从上而下扫描，并利用人眼的视觉暂并利用人眼的视觉暂留效应，使荧光屏上的亮点构成我们看到的影像。留效应，使荧光屏上的亮点构成我们看到的影像。生亮点。磁场随外加信号改变时，电子束在荧光屏上产生的亮生亮点。磁场随外加信号改变时，电子束在荧光
15、屏上产生的亮点位置也发生相应的变化。点位置也发生相应的变化。彩色显示器的工彩色显示器的工作原理与黑白显示器作原理与黑白显示器大致相同，只是电子大致相同，只是电子枪从一支变成三支，枪从一支变成三支，而荧光物质由单色改而荧光物质由单色改为红、绿、蓝三种颜为红、绿、蓝三种颜色。来自每支电子枪色。来自每支电子枪的电子束打在相应的的电子束打在相应的荧光物质上，产生单荧光物质上，产生单一的颜色，通过调整一的颜色，通过调整三束电子束的强度，三束电子束的强度，可以合成各种颜色。可以合成各种颜色。近年来，人们已经制近年来，人们已经制造出能发射三束电子造出能发射三束电子束的单支电子枪。束的单支电子枪。洛伦兹力的应
16、用洛伦兹力的应用磁流体发电机磁流体发电机 目前世界上正在研究一种新型目前世界上正在研究一种新型发电机发电机-磁流体发电机。它的原磁流体发电机。它的原理是：将一束等离子体理是：将一束等离子体（即高温下（即高温下电离的气体，电离的气体，含有大量带正电荷和含有大量带正电荷和负电荷的微粒，负电荷的微粒，总体是电中性的）总体是电中性的）喷入磁场，喷入磁场，磁场中的两块金属板磁场中的两块金属板A A和和B B上会聚集电荷，上会聚集电荷，使它们之间产使它们之间产生电压。金属板上为什么会聚集电生电压。金属板上为什么会聚集电荷？图上电路中的电流方向如何？荷？图上电路中的电流方向如何？磁场中的磁感线水平向右，电荷
17、垂直磁感线进入磁场受洛磁场中的磁感线水平向右，电荷垂直磁感线进入磁场受洛伦兹力，正电荷所受洛伦兹力向下，负电荷所受洛伦兹力向上，伦兹力，正电荷所受洛伦兹力向下，负电荷所受洛伦兹力向上，它们分别聚集到它们分别聚集到A A、B B板上。板上。B B板相当于电源正极，板相当于电源正极，A A板相当于电板相当于电源负极。将电阻接在源负极。将电阻接在A A、B B板上，正电荷从板上，正电荷从B B板经电阻板经电阻R R移向移向A A板，板，R R上的电流方向向上。上的电流方向向上。磁流体发电机原理的侧视图见上图。磁流体发电机原理的侧视图见上图。内容小结内容小结 1.1.磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电
18、荷的作用力-洛伦兹力。通电洛伦兹力。通电导体所受安培力，则是运动电荷所受洛伦兹力的宏观导体所受安培力，则是运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。表现。2.2.洛伦兹力的方向总垂直于运动电荷的速度方向洛伦兹力的方向总垂直于运动电荷的速度方向与磁感应强度与磁感应强度B B所在所在的平面。指向可用左手定则判的平面。指向可用左手定则判定：定：磁感线垂直穿过掌心，四指指向正电荷运动的磁感线垂直穿过掌心，四指指向正电荷运动的方向（或负电荷运动的反方向），拇指所指的方向就方向（或负电荷运动的反方向），拇指所指的方向就是洛伦兹力方向。是洛伦兹力方向。3.3.洛伦兹力的应用洛伦兹力的应用:显像管、回旋加速器、磁流体显
19、像管、回旋加速器、磁流体发电机发电机。巩固练习巩固练习 1.1.“借助阴极射线管借助阴极射线管,我们可以看到每个电子的运动轨迹我们可以看到每个电子的运动轨迹”的说法正确吗的说法正确吗?为什么为什么?答答:这种说法不正确。阴极射线管的原理是：高速运动的这种说法不正确。阴极射线管的原理是：高速运动的电子束打在荧光物质上，激发出绿色荧光。我们借助荧光感知电子束打在荧光物质上，激发出绿色荧光。我们借助荧光感知电子束的运动轨迹。电子束的运动轨迹。2.2.运动的电子束在垂直于运动方向的磁场中会受到运动的电子束在垂直于运动方向的磁场中会受到_的作用。显像管通过的作用。显像管通过_控制电子束打在荧光屏上的位置控制电子束打在荧光屏上的位置构成画面。为了让显示器有清晰的图像，显像管的设计、生产构成画面。为了让显示器有清晰的图像，显像管的设计、生产及使用都应该注意防止及使用都应该注意防止_对成像的干扰。对成像的干扰。答答：洛伦兹力，外加信号控制的磁场，磁场：洛伦兹力，外加信号控制的磁场，磁场
