人教版高二物理磁场对运动电荷的作用

1.1.什么是安培力及怎样计算？安培力方向怎什么是安培力及怎样计算？安培力方向怎 样判断样判断? ?思考思考? ?ABOO在如图所示装置中，在如图所示装置中，金属杆金属杆ABAB的两端分的两端分别用细丝线悬挂在别用细丝线悬挂在O和和O点，点，金属金属杆杆ABAB处于垂直自身的水平匀强磁场中，当处于垂直自身的水平匀强磁场中，当K K闭合与断开时，丝线中张力有何变化？闭合与断开时，丝线中张力有何变化？问题安培力方向：左手定则大小：F=BIL (LB)2.2.安培力产生的实质是什么安培力产生的实质是什么? ?长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 洛伦兹力洛伦兹力实验：检验运动电荷在磁场中是否受到力的作用长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 一、洛伦兹力的一、洛伦兹力的方向方向：用左手定则判定用左手定则判定注意：左手定则中四指方向应与正电荷的移动方向相同，与负电荷的运动方向相反。左手定则：伸开左手，使大拇左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，且处于同指跟其余四指垂直，且处于同一平面内，把手放于磁场中，一平面内，把手放于磁场中，让磁感线垂直穿入手心，四指让磁感线垂直穿入手心，四指指向指向 正正电荷运动方向，那么，电荷运动方向，那么，拇指所指的方向就是正电荷所拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦玆力的方向。受洛伦玆力的方向。长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 设在一磁感强度为B的匀强磁场中，垂直于磁场方向放入一段长为L通电直导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个电荷的电量为q，定向移动的速率为v。试推导每个电荷所受洛仑兹力的大小导体中的电流是由电荷的定向移动定向移动产生的长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 截面A截面BL导线中的电流 I=nqsv所受到的安培力 F=BIL=BnqsvL运动电荷的总数 nsL单个运动电荷所受到的作用力 f=F/nsL 即f =qvB长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 二、洛伦兹力的大小1.当电荷运动方向与磁场方向垂直（ vB）时，f=qvB.2.当电荷的运动方向与磁场方向平行 （v/B)时，电荷不受洛伦兹力作用，即 f=0. 讨论1：如果电荷的运动方向与磁场的方向既不平行，也不垂直时，电荷所受洛伦兹力情况如何？长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 vBqvvBB2B1v2v1f =qvB1=qvBsinf =qv1B=qvBsin 带电粒子在运动过程带电粒子在运动过程中，洛伦兹力的方向中，洛伦兹力的方向既和运动方向垂直又既和运动方向垂直又和磁场方向垂直，即和磁场方向垂直，即垂直于速度方向与垂直于速度方向与磁磁场方向确定的平面。场方向确定的平面。长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 结论：洛伦兹力对运动电荷不做功长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 地磁场和太阳风地磁场和太阳风地球周围空间有地磁场，两极强，中间弱。地球周围空间有地磁场，两极强，中间弱。从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为宇宙射线。粒子流放出，称为宇宙射线。地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，对宇宙射线起了一定的阻挡作用方向，对宇宙射线起了一定的阻挡作用。长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 练习1、试判断下列各题中带电粒子在磁场中所受洛仑兹力的方向fqv-qvf力f 的方向垂直纸面向外力f 的方向垂直 纸面向外qv-qv长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 练习练习2、带电为带电为+q q的粒子在匀强磁场中运动说法正确的粒子在匀强磁场中运动说法正确的是的是vA、只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同。只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同。 B、如果把、如果把+q q改为改为- -q q，且速度反向大小不变，则且速度反向大小不变，则 洛伦兹力的大小不变。洛伦兹力的大小不变。 C、洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场、洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直。方向一定与电荷运动方向垂直。 D、粒子只受到洛伦兹力作用其运动的动能动量均、粒子只受到洛伦兹力作用其运动的动能动量均不变不变正确答案正确答案B长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 v练习练习3，一半径为一半径为R的的半圆形光滑绝缘滑轨半圆形光滑绝缘滑轨置于垂直向里的匀强置于垂直向里的匀强磁场磁场B中一带电量中一带电量+q，质量，质量m的小球在的小球在A点无初速释放，沿点无初速释放，沿滑轨运动在运动过滑轨运动在运动过程中，小球在最低点程中，小球在最低点时对滑轨的压力为：时对滑轨的压力为：（设整个运动过程小（设整个运动过程小球不离开轨道）球不离开轨道）VmmgR221RmfmgNV2VBqf gRBqmgT23长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 洛伦兹力的概念：运动电荷在磁场中洛伦兹力的概念：运动电荷在磁场中受到的作用力。受到的作用力。 通电导线在磁场中所受到的安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。洛伦兹力的方向由左手定则判定洛伦兹力的方向由左手定则判定 1 1、正电荷的运动方向与电流方向相同，负电荷运动方向与电流方向相反。 2、洛伦兹力垂直于与所在的平面长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小 1.当电荷运动方向与磁场方向垂直（vB）时，f=qvB. 2.当电荷的运动方向与磁场方向平行（v/B)时，电荷不受洛伦兹力.洛伦兹力对运动电荷不做功洛伦兹力对运动电荷不做功区分带电粒子在电场和在磁场中受力区分带电粒子在电场和在磁场中受力情况不同情况不同 带电粒子置于电场中必受电场力，与运动状态无关，但在磁场中洛伦兹力的大小和方向与运动状态有关长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 v练习三vP179 (1)、(2)长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 例例1 1、试判断下列图中各带电粒子所、试判断下列图中各带电粒子所受洛仑兹力的方向、或带电粒子的电性、受洛仑兹力的方向、或带电粒子的电性、或带电粒子的运动方向。或带电粒子的运动方向。V VF FF FV VV VF F粒子垂直于粒子垂直于纸面向里运纸面向里运动动所受洛仑兹力所受洛仑兹力垂直于纸面向垂直于纸面向外外长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 例例2 2、表示磁场表示磁场B B的方向、正电荷运动的方向、正电荷运动方向方向v v和磁场对运动电荷作用力和磁场对运动电荷作用力F F方向的相方向的相互关系，其中互关系，其中B B、v v、F F的方向两两相垂直，的方向两两相垂直，正确的图是正确的图是( )( )F Fv vB Bv vB BF FB Bv vF F(A)(A)(B)(B)(C)(C)(D)(D)B Bv vF FB B长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 例例3 3、下列说法正确的是、下列说法正确的是( )( )A. 运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一 定受到洛伦兹力的作用定受到洛伦兹力的作用B.运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度一定为零处的磁感应强度一定为零C.洛伦兹力既不能改变带电子粒子的动能，也洛伦兹力既不能改变带电子粒子的动能，也不能改变带电粒子的动量不能改变带电粒子的动量D.洛伦兹力对带电粒子不做动洛伦兹力对带电粒子不做动D D长沙县第九中学长沙县第九中学长沙县第九中学 任任任 展展展 例例4 4、带电粒子带电粒子A（质量为（质量为m、电量为、电量为q）和带电粒子和带电粒子B（质量为（质量为4m、电量为、电量为2q）若）若以相同动量垂直磁感线射入同一匀强磁场中以相同动量垂直磁感线射入同一匀强磁场中（不计重力）则：（不计重力）则：（1）轨道半径之比）轨道半径之比 _（2）周期之比）周期之比 _ baRR :baTT :1:21:22:12:1