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第六节第六节 洛伦兹力初探洛伦兹力初探 由于受地球信风带和盛行西风带的影响，在海洋中形成一种河流成为海流，海流中蕴藏着巨大的动力资源，据统计，世界大洋中所有海流的发电能力达109 kW早在19世纪法拉第就曾设想,利用磁场使海流发电,因为海水中含有大量的带电离子,这些离子随海流做定向运动,如果有足够强的磁场能使这些带电离子向相反方向偏转,便有可能发出电来.目前,日本的一些科学家计划利用海流建造一座容量为1500 kW的磁流体发电机. 如右图所示为一磁流体发电机的原理示意图,上、下两块金属板M、N水平放置浸没在海水里,在金属板情景切入情景切入之间加一匀强磁场,磁场方向由南向北,海水从西向东流过两金属板之间,将在两金属板之间形成电势差,达到稳定状态后,哪块金属板的电势高?解答：沿海流方向正离子受洛伦兹力向上，落在M板上，负离子落在N板上，所以M板电势高一、洛伦兹力1.定义：_在磁场中所受到的力叫做洛伦兹力.2.在通电导线上的安培力是磁场作用在_的力的宏观体现.3.当电荷运动速度平行于磁场方向进入磁场中，电荷不受洛伦兹力作用.二、磁场对运动电荷的作用HT1.实验：下图为抽成真空的电子射线管，从阴极发射出来的电子束，在阴极和阳极间的_的作用下，轰击到长条形的荧光屏上发出荧光，可以显现出电子束的_. 自主学习自主学习2.实验表明：如下图所示（1）在没有外磁场时，电子束是沿_前进的.（2）如果把射线管放在蹄形磁铁的两极间，荧光屏上显示出的电子束运动的径迹发生_，这表明运动电荷确实受到了磁场力的作用，这个通常叫做_.（3）洛伦兹力方向与磁场方向_，与运动电荷的运动方向_.三、洛伦兹力的作用1.磁偏转：_.2.显像管：无外加磁场时电子束_偏转，电子束将轰击在荧光屏的_，并出现一个发光点.有外加磁场时电子束会_偏转.3.回旋加速器（如下图所示）（1）利用_加速带电粒子；（2）通过洛伦兹力使粒子做_运动，实现多级加速获得高能粒子；（3）采用_提供加速电压；（4）电场交替变化与带电粒子运动应满足同步条件.即概括为 电场（加速）磁场（回旋） 同步（f电源=1/T粒子）一、一、1.运动电荷运动电荷2.运动电荷运动电荷二、二、1.电场径迹电场径迹2(1)直线直线(2)弯曲洛伦兹力弯曲洛伦兹力(3)垂直垂直垂直垂直三、三、1.垂直于电子束运动方向的磁场使电子束改变方向或发生偏转垂直于电子束运动方向的磁场使电子束改变方向或发生偏转2无中心磁无中心磁3(1)电场电场(2)圆周圆周(3)高频电源高频电源 1.运动电荷在磁场中受到的力叫洛伦兹力.通过导线在磁场中所受到的安培力是洛伦兹力的宏观表现. 2.洛伦兹力总是与速度垂直，故洛伦兹力对运动电荷不做功. 3.电荷在电场中受到的电场力与电荷的运动状态有无关系?电荷在磁场中受到的磁场力与电荷的运动状态有无关系?为什么? 电荷在电场中受到的电场力是由电荷的电荷量和电场强度的大小决定的,与电荷的运动状态无关;而电荷在磁场中受到的磁场力的方向总是与电荷运动方向垂直,且由电荷的电荷量、运动速度和磁感应强度共同决定，故磁场力的方向与电荷的运动状态有关. 4.洛伦兹力对电荷永不做功，而安培力对导体棒可以重点突破重点突破做功.这是否与安培力是洛伦兹力的宏观表现相矛盾?为什么? 不矛盾,因洛伦兹力方向总是与速度方向垂直,故不做功;而安培力方向总是与电流方向垂直,但不一定与导体的运动方向垂直,故可以做功. 5.磁偏转 带电粒子在磁场中的偏转，它的主要应用是能够显示各种画面的显示器,其主要元件是带有磁偏转装置的显像管.典例剖析典例剖析运动电荷受的洛伦兹力及运动运动电荷受的洛伦兹力及运动 (1)当运动电荷的速度v的方向与磁感应强度B的方向平行时，运动电荷不受洛伦兹力作用，仍以初速度做匀速直线运动.在磁场中静止的电荷也不受洛伦兹力作用. (2)洛伦兹力对运动电荷不做功.由于洛伦兹力F始终与电荷运动速度v的方向垂直，不论电荷做什么性质的运动，也不论电荷的运动轨迹是什么样的(包括高中阶段不能描述的运动轨迹),它只改变v的方向，并不改变v的大小，所以洛伦兹力对运动的电荷永远不做功. 问答题:(1)根据牛顿第二定律,洛伦兹力对电荷的运动将产生什么样的作用?【答案】根据牛顿第二定律,洛伦兹力使电荷沿力的方向产生与速度方向垂直的加速度,这个加速度将使电荷运动方向发生改变.(2)洛伦兹力会不会使电荷速度大小发生改变?为什么?【答案】 不会.因为洛伦兹力方向总是与速度方向垂直，所以洛伦兹力对电荷不做功，电荷的动能不变，所以速度大小不变.（3）电荷在以后的运动过程中所受的洛伦兹力有什么特点,在这样的力的作用下电荷会做什么样的运动?【答案】 电荷在运动过程中洛伦兹力的大小恒定,方向时刻与电荷运动方向垂直,这个力与物体做匀速圆周运动的向心力所起的效果完全相同,因此带电粒子将在垂直磁场方向的某平面内做匀速圆周运动,如下图所示. 如果运动电荷除磁场力外不受其他任何力的作用，则带电粒子在磁场中做下列运动可能成立的是（ ）A.做匀速直线运动 B.做匀变速直线运动C.做变加速曲线运动D.做匀变速曲线运动【解析】当vB时，f=0，故运动电荷不受洛伦兹力作用而做匀速直线运动.当v与B不平行时，f0且f与v恒垂直，即f只改变v的方向.故运动电荷做变加速曲线运动.【答案】AC自我检测自我检测1(2009年北京卷)在如下图所示的四幅图中，正确标明了带正电的粒子所受洛伦兹力F方向的是()解析：由左手定则可知选项A、C正确答案：AC2如下图所示，当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则()A带电粒子速度大小改变B带电粒子速度方向改变C带电粒子速度大小不变D带电粒子速度方向不变CD 3以下说法正确的是()A电荷处于磁场中一定受到洛伦兹力B运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力C某运动电荷在某处未受到洛伦兹力，该处的磁感应强度一定为零D洛伦兹力可改变运动电荷的动量D 祝祝您您
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