磁场对运动电荷作用力洛伦兹力实用教案

大小大小(dxi(dxio)o)：安培力安培力: :2 2、通电导线中的电流是怎样、通电导线中的电流是怎样(znyng)(znyng)形成形成的呢的呢? ? 【思考】【思考】: :既然磁场对电流既然磁场对电流(dinli)(dinli)有力的作用有力的作用, ,而电流而电流(dinli)(dinli)是由电荷的定向移动形成的是由电荷的定向移动形成的. .那么那么磁场是否对运动电荷也有作用力呢磁场是否对运动电荷也有作用力呢? ?电荷的定向移动形成的电荷的定向移动形成的1 1、磁场对通电导线的作用力、磁场对通电导线的作用力nqvSI sinBILF 方向：方向：左手定则左手定则复习回顾复习回顾第1页/共26页第一页，共27页。实验实验(shyn)验证验证 阴极射线管是一个真空放电管，在它两个电极之间加上阴极射线管是一个真空放电管，在它两个电极之间加上高电压时，就会从它的阴极发射出电子高电压时，就会从它的阴极发射出电子(dinz)(dinz)束来，这样束来，这样的电子的电子(dinz)(dinz)束即所谓阴极射线。电子束即所谓阴极射线。电子(dinz)(dinz)束本身是束本身是不能用肉眼观察到的，为此在管中附有荧光屏，电子不能用肉眼观察到的，为此在管中附有荧光屏，电子(dinz)(dinz)束打在荧光屏上将发出荧光，这样我们就可以看到束打在荧光屏上将发出荧光，这样我们就可以看到电子电子(dinz)(dinz)的径迹。在没有磁场时，电子的径迹。在没有磁场时，电子(dinz)(dinz)束由阴束由阴极发出后沿直线前进。极发出后沿直线前进。第2页/共26页第二页，共27页。第3页/共26页第三页，共27页。实验现象：实验现象： 在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现(fxin)电子电子束运动轨迹发生了弯曲。束运动轨迹发生了弯曲。 运动电荷在磁场运动电荷在磁场(cchng)中受到的中受到的作用力叫做洛伦兹力，作用力叫做洛伦兹力，安培力是洛伦兹力的宏观安培力是洛伦兹力的宏观(hnggun)表现。表现。第4页/共26页第四页，共27页。第5页/共26页第五页，共27页。极光极光(jgung)由于地磁场俘获由于地磁场俘获(fhu)带电粒子而出现带电粒子而出现的现象的现象第6页/共26页第六页，共27页。地磁场和太阳风地磁场和太阳风地球周围空间(kngjin)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(dling)的高能粒子流放出，称为宇宙射线。地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，对宇宙射线起了一定(ydng)的阻挡作用。第7页/共26页第七页，共27页。在地磁两极附近在地磁两极附近 由于磁感线与地面由于磁感线与地面(dmin)垂直垂直 外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内内 它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光极光绚丽多彩绚丽多彩(xun l du ci)的极光的极光第8页/共26页第八页，共27页。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(ydng)的速率为v。试推导每个电荷所受洛仑兹力的大小二、洛伦兹力的大小二、洛伦兹力的大小(dxio)思考思考(sko)与讨论：安培力与洛仑兹力的关与讨论：安培力与洛仑兹力的关系系导体中的电流是由电荷的定向移动定向移动产生的第9页/共26页第九页，共27页。截面(jimin)A截面(jimin)BLF洛洛=qvB导线(doxin)中的电流I=neSv所受到的安培力F=BIL=BneSvL运动电荷的总数nSL单个运动电荷所受到的作用力F洛洛=F/nSL条件：电荷运动方向与磁场方向垂直F洛洛=evB第10页/共26页第十页，共27页。分析1.当电荷运动方向(fngxing)与磁场方向(fngxing)垂直（ vB）时，f=qvB.2.当电荷的运动方向(fngxing)与磁场方向(fngxing)平行 （v/B)时，电荷不受洛伦兹力作用，即 f=0.NoImage3.3.在一般情况下，在一般情况下，当运动电荷的当运动电荷的速度方向速度方向(fngxing)(fngxing)与与磁场方向磁场方向(fngxing)(fngxing)成成角时，角时，qv第11页/共26页第十一页，共27页。vBvBB2B1v2v1f =qvB1=qvBsinf =qv1B=qvBsinsinfqvB第12页/共26页第十二页，共27页。1. 1. 左手定则左手定则(dn (dn z)z)来判定：来判定：三三.洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向(fngxing)让磁感线穿入手心，四指指向正让磁感线穿入手心，四指指向正电荷运动电荷运动(yndng)的方向的方向(负负电荷运动电荷运动(yndng)的反方向的反方向)，拇指指向就是电荷所受洛仑兹，拇指指向就是电荷所受洛仑兹力的方向力的方向2.2.特点：特点： F F洛B, F F洛V(垂直于垂直于v v和和B B所决定的平面所决定的平面) ) 洛伦兹力洛伦兹力对电荷对电荷不做功不做功第13页/共26页第十三页，共27页。实验实验(shyn)验验证证第14页/共26页第十四页，共27页。 + +V Vf fV VV V垂直垂直(chuzh)纸纸面向外面向外V VV Vf fV Vf f习题习题1、下列、下列(xili)各图中带各图中带电粒子刚刚进入磁场，试判电粒子刚刚进入磁场，试判断这时粒子所受格伦兹力的断这时粒子所受格伦兹力的大小与方向大小与方向垂直垂直(chuzh)纸面向里纸面向里第15页/共26页第十五页，共27页。2 2、判断下列各图带电粒子所受的洛伦兹力的方向(fngxing)(fngxing)或带电粒子的带电性 V Vf fV V垂直垂直(chuzh)纸面向外纸面向外V Vf fV VB B垂直垂直(chuzh)纸面向里纸面向里第16页/共26页第十六页，共27页。四、带电粒子在无界匀强磁场中的运动(yndng)1、带电粒子垂直(chuzh)进入匀强磁场（V B)第17页/共26页第十七页，共27页。2222vqvBmammrmrmvrTmvrqB沿着与磁场垂直(chuzh)(chuzh)的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。强调：所说的带电粒子是指微观的带电粒子，不计重力；该圆周运动的平面垂直于磁场(cchng)(cchng)方向。2 mTqB周期跟轨道半径和运动周期跟轨道半径和运动(yndng)(yndng)速速率均无关率均无关第18页/共26页第十八页，共27页。2、带电粒子平行(pngxng)进入匀强磁场（V/B)匀速直线运动(yndng)F洛洛=03、若带电离子、若带电离子(lz)与磁场成一定的角度射与磁场成一定的角度射入匀强磁场，粒子如何运动？入匀强磁场，粒子如何运动？VV1V2B垂直于垂直于B B方向上：匀速圆周运动方向上：匀速圆周运动平行于平行于B B方向上：匀速直线运动方向上：匀速直线运动第19页/共26页第十九页，共27页。垂直垂直(chuzh)(chuzh)磁场方向：磁场方向：R Rmvsin/qB mvsin/qB T=2m/qBT=2m/qB平行磁场方向：螺距平行磁场方向：螺距 d d2mcos/qB2mcos/qB第20页/共26页第二十页，共27页。带电粒子在无界匀强磁场中的运动带电粒子在无界匀强磁场中的运动(yndng)F洛=0匀速直线运动(yndng)F洛=Bqv匀速圆周运动(yndng)F洛=Bqv等距螺旋线运动（090）V/BVBv与B成角mvrqB2 mTqB在在只只有有洛洛仑仑兹兹力力的的作作用用下下第21页/共26页第二十一页，共27页。 例例1 1、当一带正电、当一带正电q q的粒子以速度的粒子以速度v v沿螺线管中轴沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则线进入该通电螺线管，若不计重力，则 ： A A带电粒子速度大小改变带电粒子速度大小改变(gibin) (gibin) B B带电粒子速度方向改变带电粒子速度方向改变(gibin)(gibin) C C带电粒子速度大小不变带电粒子速度大小不变 D D带电粒子速度方向不变带电粒子速度方向不变第22页/共26页第二十二页，共27页。 例例2 2、如图所示，带电小球在匀强磁场中沿光滑绝缘的圆弧形轨、如图所示，带电小球在匀强磁场中沿光滑绝缘的圆弧形轨道的内侧来回往复运动，它向左或向右运动通过道的内侧来回往复运动，它向左或向右运动通过(tnggu)(tnggu)最低点时最低点时 A. A.速度相同速度相同 B. B.加速度相同加速度相同 C. C.所受洛伦兹力相同所受洛伦兹力相同 D. D.轨道给它的弹力相同轨道给它的弹力相同第23页/共26页第二十三页，共27页。 例例3 3、在只受洛伦兹力的条件下、在只受洛伦兹力的条件下, ,关于带电粒子在匀关于带电粒子在匀强磁场中的运动强磁场中的运动, ,下列说法下列说法(shuf)(shuf)中正确的是中正确的是 A A、只要粒子的速度大小相同，带电量相同，粒子所受、只要粒子的速度大小相同，带电量相同，粒子所受洛伦兹力大小就相同洛伦兹力大小就相同 B B、洛伦兹力只改变带电粒子运动方向、洛伦兹力只改变带电粒子运动方向 C C、洛伦兹力始终与速度垂直，所以洛伦兹力不做功、洛伦兹力始终与速度垂直，所以洛伦兹力不做功 D D、洛伦兹力始终与速度垂直，所以粒子在运动过程中、洛伦兹力始终与速度垂直，所以粒子在运动过程中的动能保持不变的动能保持不变第24页/共26页第二十四页，共27页。 例例4 4、初速为、初速为V0V0的电子，沿平行于通电长直导的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始(ch sh)(ch sh)运动方向如图所示，则运动方向如图所示，则 A A电子将向右偏转，速率不变电子将向右偏转，速率不变 B B电子将向左偏转，速率改变电子将向左偏转，速率改变 C C电子将向左偏转，速率不变电子将向左偏转，速率不变 D D电子将向右偏转，速率改变电子将向右偏转，速率改变 第25页/共26页第二十五页，共27页。感谢您的观看(gunkn)！第26页/共26页第二十六页，共27页。NoImage内容(nirng)总结大小：。洛伦兹“我们时代最伟大最尊贵的人”。思考与讨论：安培力与洛仑兹力的关系。F=BIL=BneSvL。F洛=F/nSL。f =qv1B=qvBsin。2、带电粒子平行进入匀强磁场（V/B)。V/B。例1、当一带正电(zhngdin)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 ：。C、洛伦兹力始终与速度垂直，所以洛伦兹力不做功。第25页/共26页。感谢您的观看。第26页/共26页第二十七页，共27页。