普通高中物理选择性必修二 第一章第2节 磁场对运动电荷的作用力

关于普通高中物理选择性必修二第一章第2节磁场对运动电荷的作用力的竖屏导图，包括洛仑兹力的方向与大小、电子束的磁偏转及正电子的发现等内容，作为备课参考。

• 普通高中物理选择性必修二 第一章第2节 磁场对运动电荷的作用力
• 内容来源|普通高中教科书 物理 选择性必修第二册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
• 洛伦兹力的方向
• 磁场对运动电荷有作用力吗？如果有，力的方向和大小又是怎样的呢？
• 演示
  • 实验装置
    • 制成真空的玻璃管左右两个电极分别连接到高压电源两极时，阴极会发射电子。电子在电场的加速下飞向阳极。（挡板上有一个扁平的狭缝，电子飞过挡板后可以形成一个扁平的电子束。长条形的荧光板稍稍倾向轴线，可以让电子掠射到荧光板上，显示出电子束的径迹。）
  • 实验观察
    • 没有磁场时，电子束的径迹呈一条直线。
    • 如果在电子束的路径上施加磁场，电子束会发生弯曲。
    • 改变磁场方向，使其与原来方向相反，电子束会向相反方向弯曲。
  • 实验现象表明，电子束受到磁场的力的作用，径迹发生了弯曲。
• 洛伦兹力
  • 运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。
  • 通电导线在磁场中受到的安培力，实际是洛伦兹力的宏观表现。
  • 运动的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向，与运动方向和磁感应强度的方向都垂直。
  • 洛伦兹力的方向可以依照左手定则判定
    • 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正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
    • 负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。
• 洛伦兹力的大小
• 思考与讨论 如何由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式？
• 运动电荷所受洛伦兹力的矢量和在宏观上表现为安培力
  • 条件：导线中电荷定向运动的方向与磁场的方向垂直
  • 假设：做定向运动的电荷是正电荷，结果仍具有普遍性
  • • 设静止导线中定向运动的带电粒子的速度都是v，单位体积内的粒子数为n。
      • 时间t内通过横截面S的粒子数
    • 粒子的电荷量为q。
      • 电流
    • 长为vt的导线所受的安培力。
    • 每个粒子所受的力，即为洛伦兹力。
• 洛伦兹力
  • v与B垂直
    • 电荷量为q的粒子以速度v运动时，粒子受到的洛伦兹力为
    • 洛伦兹力的方向
  • v与B不垂直
    • 当电荷运动方向与磁场的方向夹角为q 时，电荷所受洛伦兹力为
    • 洛伦兹力的方向
• 电子束的磁偏转
• 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。
• 显像管
  • • 结构
      • 显像管中有一个电子枪，工作时它能发射高速电子。撞击荧光屏，就能发光。（一束很细的电子打在荧光屏上，能使一个点发光。）
    • 原理
      • 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。
        • 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？
        • 要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向？
        • 要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？
      • 实际上，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。
        • 电子束打在荧光屏上的光点像右图那样不断移动，这在显示技术中叫作扫描。
        • 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，所以感到整个荧光屏都在发光。
• 科学漫步 正电子的发现
• 在粒子物理研究中，带电粒子在云室等探测装置中的径迹是非常重要的实验证据。
  • 1930年，英国物理学家狄拉克从理论上预言了电子的反粒子的存在，这个反粒子就是正电子。
  • 1932年，美国物理学家安德森在宇宙线实验中发现了正电子。
  • 安德森利用放在强磁场中的云室来记录宇宙线粒子，并在云室中加入一块厚6mm的铅板，借以减慢粒子的速度。
  • 根据铅板上下粒子径迹的偏转情况，可以判定粒子的径迹与电子的径迹十分相似，只是偏转方向相反。由此，安德森发现了正电子。并由于这一发现，安德森获得了1936年的诺贝尔物理学奖。
  • 在安德森发现正电子之前不久，约里奥-居里夫妇也在云室照片中发现了与电子偏转方向相反的粒子径迹。遗憾的是，他们只提出了一个经不住推敲的解释，就把这一特殊现象放走了。
  • 正电子的发现证明了反物质的存在，对反物质世界的探索现在仍是物理学的前沿之一。
• 亿图脑图MindMaster