第一章磁場粵教版選擇性必修一第三節

洛倫茲力知識回顧2、判斷下列圖中安培力的方向：FF方向：安培力:1、磁場對通電直導線的作用力θ為B和I之間的夾角大?。鹤笫侄▌t四指穿手心大拇指電流磁感線安培力電流與磁場方向垂直知識回顧磁場對通電導線（電流）有力的作用，而電流是電荷的定向運動形成的，由此你會想到了什么？磁場可能對運動電荷有力的作用導體中的電流是由電荷的定向移動產生的:I=nqSv3、電流是如何形成的？【演示實驗】觀察陰極射線在磁場中的偏轉如圖所示的玻璃管已經抽成真空。當左右兩個電極按圖示的極性連接到高壓電源時，陰極會發射電子。電子在電場的加速下飛向陽極。擋板上有一個扁平的狹縫，電子飛過擋板后形成一個扁平的電子束。長條形的熒光板在陽極端稍稍傾向軸線，電子束掠射到熒光板上，顯示出電子束的徑跡。陰極陽極狹縫熒光板電子束陰極射線管的原理：從陰極發射出來的電子，在陰陽兩極間的高壓作用下，使其加速，形成電子束，轟擊到長條形的熒光屏上激發出熒光，可以顯示電子束的運動軌跡。實驗觀察：磁場對運動電荷的作用力實驗觀察：磁場對運動電荷的作用力當沒有外磁場時，陰極射線管中的電子束沿直線前進；當磁場方向與電子束前進方向垂直時，電子束運動徑跡發生了彎曲，表明磁場對電子束產生了作用力。當磁場的方向發生變化時，電子流的彎曲方向也發生了改變實驗現象：實驗結論：1、磁場對運動電荷有力的作用2、磁場對運動電荷力的方向與磁場的方向及電荷的運動方向有關運動電荷在磁場中所受的力——洛倫茲力1895年，荷蘭物理學家洛倫茲公布了磁場對運動電荷的作用力的公式。為了紀念他，人們將磁場對運動電荷的作用力稱為洛倫茲力。一、認識洛倫茲力安培力洛倫茲力磁場對電流的作用磁場對運動電荷的作用因果微觀原因宏觀表現安培力是洛倫茲力的宏觀表現洛倫茲力是安培力的微觀本質1、定義2、洛倫茲力與安培力的關系二、洛倫茲力的方向實驗結論：2、磁場對運動電荷力的方向與磁場的方向及電荷的運動方向有關二、洛倫茲力的方向向上偏轉向下偏轉二、洛倫茲力的方向當運動電荷的速度方向與磁場平行時，運動電荷不受洛倫茲力；當運動電荷的速度方向與磁場垂直時，運動電荷受到的洛倫茲力，其方向即與磁場方向垂直，又與速度方向垂直。進一步實驗表明，電子偏轉方向與磁場方向、電子運動方向有關。類比安培力方向的判斷方向，洛倫茲力方向也可以運用左手定則進行判斷。二、洛倫茲力的方向左手定則：伸開左手，使拇指和其余四指垂直，并且都與手掌在同一平面內，讓磁感線從掌心進入，并使四指指向正電荷運動的方向或負電荷運動的反方向，這時拇指所指的方向就是該電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。伸開左手：磁感線——垂直穿入手心四指——大拇指——所受洛倫茲力的方向①指向正電荷的運動方向②指向負電荷運動的反向vFvF二、洛倫茲力的方向左手定則：Vv1v2VBBF+F洛倫茲力F與v、B三者之間的方向關系+F既與B垂直又與v垂直，即垂直于B和v所確定的平面，但B與v不一定垂直洛倫茲力對電荷不做功,只改變粒子速度的方向，不改變粒子速度的大小?！痢痢痢痢痢痢痢痢?×××××××××vv+vvv+vFL+v垂直紙面向外垂直紙面向里+vFLFLFLFL=0FL=0例：試判斷下圖中的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的方向例1：試判斷下圖中各帶電粒子所受洛倫茲力的方向或帶電粒子的運動方向。fvvvf垂直紙面向外例2.將含有大量正、負帶電粒子及不帶電粒子的氣體以一定速度垂直于磁場噴入勻強磁場中，它們在磁場中的運動徑跡分成了如圖所示的三束，其中②是直線。則(

)A

①是帶正電的粒子B

②是帶正電的粒子C

③是帶正電的粒子D

③是不帶電的粒子【解析】根據左手定則可知，①是帶正電的粒子，A正確；②是不帶電的粒子，B錯誤；根據左手定則可知，③是帶負電的粒子，C、D錯誤。故選A。A三、洛倫茲力的大小安培力是洛倫茲力的宏觀表現通電導線處于磁感應強度為B的勻強磁場中，導線中電流方向與磁場方向垂直。若只考慮其中一段長度為L的導線，設該段導線內定向移動的電荷數為N，導線所受安培力為F，每個電荷所受洛倫茲力為f如何利用安培力表達式推導洛倫茲力表達式呢？洛倫茲力表達式的推導其中Q為時間t內經過導線橫截面積S的電量根據安培力表達式，有根據電流公式，有設自由電荷定向移動的速度為v，每個電荷所帶電量為q，則導線中每個定向移動的電荷所受洛倫茲力的大小為設該段導線內定向移動的電荷數為N，導線所受安培力為F，每個電荷所受洛倫茲力為f三、洛倫茲力的大小大量實驗證實，這一結果同樣適用于帶電粒子在磁場中運動的情況。當電荷在垂直磁場的方向上運動（v⊥B）時，電荷所受的洛倫茲力為導線中每個定向移動的電荷所受洛倫茲力的大小為

問題：若帶電粒子不垂直射入磁場，電子受到的洛倫茲力又如何呢？

問題：若帶電粒子不垂直射入磁場，電子受到的洛倫茲力又如何呢？

為B和v之間的夾角vB//B┴vvv//┴B三、洛倫茲力的大小當電荷在垂直磁場的方向上運動（v⊥B）時，電荷所受的洛倫茲力為當電荷運動的方向與磁場的方向夾角為θ時，電荷所受的洛倫茲力為當電荷在平行磁場的方向上運動（v//B）時，電荷所受的洛倫茲力為

如圖所示，各圖中勻強磁場的磁感應強度均為B，帶電粒子的速率均為

v，所帶電量均為

q，試求出各圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小，并標出洛倫茲力的方向。大小為qvB

方向垂直于v指向左上方大小為1/2qvB方向為垂直紙面向里大小為qvB方向垂直紙面向里大小為qvB垂直于v指向左上方課堂練習洛倫茲力和電場力的比較：比較項目洛倫茲力F電場力F性

質產生條件大

小磁場對在其中運動電荷的作用力電場對放入其中電荷的作用力v≠0且v不與B平行電場中的電荷一定受到電場力作用F＝qvB(v⊥B)F＝qE力方向與場方向的關系做功情況力F為零時場的情況作用效果一定是F⊥B，F⊥v正電荷與電場方向相同，負電荷與電場方向相反任何情況下都不做功可能做正功、負功或不做功F為零，B不一定為零F為零，E一定為零只改變電荷運動的速度方向，不改變速度大小既可以改變電荷運動的速度大小，也可以改變電荷運動的方向

C-vB課堂練習(1)如圖所示，帶電粒子所受重力可忽略不計，粒子在兩板間同時受到電場力和洛倫茲力，只有當二力平衡時，粒子才不發生偏轉，沿直線從兩板間穿過。四、速度選擇器速度選擇器(1)如圖所示，帶電粒子所受重力可忽略不計，粒子在兩板間同時受到電場力和洛倫茲力，只有當二力平衡時，粒子才不發生偏轉，沿直線從兩板間穿過。

(2)粒子受力特點:①不計重力。②同時受方向相反的電場力和磁場力作用。為了診斷病人的心臟功能和動脈中血液粘滯情況，可使用電磁流量計測量血管中血液的流速和流量。如圖所示是電磁流量計測量血管中血液流速的示意圖，使血管處于磁感應強度為B的勻強磁場中，測得血管兩側電壓為U。已知血管的直徑為d，假定血管中各處液體的流速v相同，忽略重力影響。（1）管壁上點a和點b，哪一點的電勢高？（2）試求血管中血液的流速v。(1)根據左手定則，在洛倫茲力作用下，正離子向管道a的一側集中，則點a電勢高于點b(2)當正負離子受到電場力與洛倫茲力平衡時，離子不再偏移，此時ab間有穩定的電勢差，形成一個勻強磁場，對血液中的帶電粒子，有

qvB=qU/d解得v=U/Bd課堂練習宇宙射線

從太陽或其他星體上，時刻都有大量的高能粒子流放出，稱為宇宙射線。這些高能粒子流若都到達地球，將對地球上的生物帶來危害。但由于地球周圍存在磁場，在洛倫茲力的作用下，改變了宇宙射線中帶電粒子的運動方向，從而對宇宙射線起了一定的阻擋作用。如圖所示，來自太陽和其他星體的宇宙射線含有大量高能帶電粒子，幸好由于地球磁場的存在而改變了這些帶電粒子的運動方向，使很多帶電粒子不能到達地面，避免了其對地面上生命的危害。已知北京上空某處由南指北的磁感應強度為1.2×10-4T，如果有一速率為v=5.0×105m/s、電量q=1.6×10-19C的質子豎直向下運動穿過此處的地磁場。（1）此時該質子受到的洛倫茲力是多大？向哪個方向偏轉？（2）在地球兩極處地磁場方向可近似認為垂直于地面，在赤道處地磁場方向可近似認為由地理南極指向地理北極。那么，地球兩極處和赤道處相比，哪個區域地磁場對高能帶電粒子的阻擋效果更好？為什么？(1)

f=qvB=9.6×10-18N;質子向東偏轉(2)在赤道附近對宇宙射線的阻擋效果更強課堂練習極光人類首次拍到南北極光“同放光彩”奇景++以正電荷為例在太陽創造的諸如光和熱等形式的能量中，有一種能量被稱為“太陽風”。這是一束可以覆蓋地球的強大的帶電亞原子顆粒流，該太陽風在地球上空環繞地球流動，以大約每秒400公里的速度撞擊地球磁場，磁場使該顆粒流偏向地磁極下落，它們與氧和氮的原子碰撞，擊走電子，使之成為激發態的離子，這些離子發射不同波長的輻射，產生出紅、綠或藍等色的極光特征色彩，形成極光。1、質量為0.1g的小物塊，帶有5×10-4C的電量，放在傾角為30°的絕緣光滑斜面上，整個斜面置于0.5T的勻強磁場中，磁場方向如圖所示，物塊由靜止開始下滑，滑到某一位置時，物塊開始離開斜面(設斜面足夠長，g取10m/s2，結果保留三位有效數字)。問：(1)物塊帶電性質如何？負電(2)物塊離開斜面時的速度為多少？(3)物塊在斜面上滑行的最大距離是多少？課堂練習2、如圖所示，a為帶正電的小物塊，b是一不帶電的絕緣物塊(設a、b間無電荷轉移)，a、b疊放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直于紙面向里的勻強磁場?，F用水平恒力F拉b物塊，使a、b一起無相對滑動地向左做加速運動，則在加速運動階段(

)A．a對b的壓力不變B．a對b的壓力變大C．a、b物塊間的摩擦力變大D．a、b物塊間的摩擦力不變B課堂練習3、如圖所示，一帶正電的物體固定在小車的底板上，其中底板絕緣，整個裝置靜止在水平地面上，在空間施加一垂直紙面向里的勻強磁場，如果保持小車不動，將勻強磁場沿水平方向向左勻速運動．則下列說法正確的是(

)A．帶電物體所受的洛倫茲力為零B．帶電物體受洛倫茲力且方向豎直向上C．小車對地面的壓力變大D．地面對小車的摩擦力方向向左B課堂練習4、如圖所示，在磁感應強度為B的水平勻強磁場中，有一足夠長的絕緣細棒OO′在豎直面內垂直磁場方向放置，細棒與水平面間的夾角為α，一質量為m、帶電荷量為＋q的圓環A套在OO′棒上，圓環與棒間的動摩擦因數為μ，且μ<tanα，重力加速度為g.現讓圓環A由靜止開始下滑，試問圓環在下滑過程中：(1)圓環A的最大加速度為多大？獲得最大加速度時的速度為多大？(2)圓環A能夠達到的最大速度為多大？課堂練習(1)由于μ<tanα，所以環將由靜止開始沿棒下滑，環A沿棒運動的速度為v1時，受到重力mg、洛倫茲力qv1B、棒的彈力FN1和摩擦力f1，f1＝μFN1，根據牛頓第二定律:mgsinα－f1＝ma垂直棒的方向有

FN1＋qv1B＝mgcosα所以當FN1＝0，即f1＝0時，a有最大值am，且am＝gsinα，此時qv1B＝mgcosα解得v1＝mgcosα/qB.(2)設當環A的速度達到最大值vm時，環受棒的彈力大小為FN2，方向垂直于棒向下，摩擦力大小為f2＝μFN2，此時應有a＝0，即mgsinα＝f2，FN2＋mgcosα＝qvmB解得vm＝mg(sinα＋μcosα)/μqB.5、如圖所示，質量為m＝1kg、電荷量為q＝5×10－2C的帶正電荷的小滑塊，從半徑為R＝0.4m的光滑固定絕緣1/4圓弧軌道上由靜止自A端滑下．整個裝置處在方向互相垂直的勻