磁场对运动电荷的作用ppt课件

第三章 磁场,高中物理 选修31,4 磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力,1,磁场对运动电荷的作用,2,洛伦兹（18531928）,洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆。洛伦兹创立了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，1902年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从1945年起，把他的生日定为“洛伦兹节”。,3,一、洛伦兹力,1、定义：运动电荷在磁场中受到的磁场力，称为洛伦兹力（Lorentz force）. （一般用F洛来表示洛伦兹力）,洛伦兹（荷兰） Lorentz 18531928,2.理论推导,有一段静止导线长L，横截面积为S，单位体积内含有的自由电子数为n，每个电子的电荷量是e，设在时间t内，自由电子沿导线移动了距离x，则电子定向移动的速率 ，那么通过导线的电流是,4,我们已经知道，若长度是L的通电导线与磁场方向垂直，通过的电流是I，则匀强磁场B中受到的安培力大小为,设每个电子受到的磁场力是F洛，那么F=NF洛，N是这段导线所含有的自由电子总数，N=nSL，所以,3.结论分析,e为电子所带电荷量，电荷量为q的运动电荷所受到的洛伦兹力可以表示为,5,二、洛伦兹力的方向,第一步：伸出左手 第二步：让磁感线垂直穿过手心 第三步：四指指向正电荷的运动方向 指向负电荷运动的反向 第四步：大拇指所指方向就是电荷所受洛伦兹力的方向,1.洛伦兹力方向的判断-左手定则,洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直F洛B，又跟电荷的运动方向垂直F洛v，故洛伦兹力的方向总是垂直于磁感线和运动电荷所在的平面，即: F洛 Bv平面,6,1.洛伦兹力方向的判断-左手定则,2.洛伦兹力的方向：,F洛B，且 F洛v ,F洛vB平面,7,例1.判断运动电荷在磁场中受力方向,试一试,f洛,f洛,f洛,垂直纸面向里,f洛,8,想一想若此电子不垂直射入磁场， 电子受到的洛伦兹力又如何呢 ？,（为B、v 的夹角）,3.洛伦兹力的大小,当vB时，F洛=qvB 当vB时，F洛=0 当B、v 的夹角为时，,9,4.洛伦兹力的特点,只改变运动电荷速度的方向，不改变运动电荷速度的大小. 结论：洛伦兹力对运动电荷永远不做功!,5.洛伦兹力与安培力的区别与联系,区别：,洛伦兹力永不做功，但安培力可以做功,联系：,安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力微观本质。,10,如图3-4-4所示，一个带正电荷q的粒子，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，粒子所受洛伦兹力大小恒为F洛=qvB ，方向总跟速度方向垂直。,三、带电粒子在磁场中的运动轨迹,我们通过力学的学习已经知道，如果一个物体只受一个垂直于运动方向且大小不变的力的作用，并且这个力始终在同一个平面内，则这个物体将做匀速圆周运动。 因此，带电粒子在匀强磁场中必定做匀速圆周运动，圆周运动的轨道平面与磁场方向垂直，其向心力就来自洛伦兹力。,1.带电粒子垂直进入磁场,11,粒子运动方向与磁场有一夹角 （大于0度小于90度）轨迹为螺线,2.带电粒子进入磁场夹角大于0度小于90度,12,问题： 一带电量为q，质量为m，速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其轨道半径R和周期T为多大？,理论推导: 粒子做匀速圆周运动所需的向心力 由粒子所受的洛伦兹力提供,即,说明: 1、轨道半径和粒子的运动速率成正比。 2、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运动速率无关。,13,电视显像管的工作原理,电视显像管应用了电子束在磁场中的偏转原理。电子束射向荧光屏就能发光，一束电子束只能使荧光屏上的一个点发光，而通过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整个荧光屏发光。,14,极光的成因,15,极光的成因,16,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。这些高能粒子流， 如果都到达地球，将对地球上的生物带来危害。庆幸的是，地球周围存在地磁场，改变了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。,洛伦兹力的作用,17,课堂小结,18, ,+,+,+,+, ,+,v,F,v,v,垂直纸面向外,v,v,F,v,F,垂直纸面向里,1.下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，试判断这时粒子所受格伦兹力的方向？,F,19, ,v,F,v,垂直纸面向外,v,F,v,B,垂直纸面向里,2.判断下列各图带电粒子所受的洛伦兹力的方向或带电粒子的带电性？,20,3电子的速率V=3106m/s垂直射入B=0.1T的匀强磁场中，它所受的洛伦兹力为多大？（e=1.610-19 C）,21,4.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，则带电粒子会在螺线管中做什么运动？,匀速直线运动,B,22,5、如图示，一带负电的小滑块从粗糙的斜面顶端滑至底端时的速率为v；若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，并保证小滑块能滑至底端，则它滑至底端时的速率将（ ） A、变大 B、变小 C、不变 D、条件不足，无法判断,B,23,6.阴极射线管中粒子流向由左向右，其上方放置一根通有如图所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则阴极射线将 ( ) A向上偏转 B向下偏转 C向纸里偏转 D向纸外偏转,B,24,