运动电荷在磁场中受到的力教案(PPT).ppt

美丽的极光 极光出现在哪里？ 为什么在赤道看不到呢？ 运动电荷在磁场中受到的力 知识回顾： 磁场对电流的作用安培力 判断下列图中安培力的方向，及大小。 I B 若导线的电流为I、磁场强度为B，导线长度L，则所受的 安培力为多少？ 知识回顾： 磁场对处于磁场中的电流有力的作用 电流是怎样产生的呢？ 电荷的定向移动产生电流 【思考与讨论】 磁场对放入其中的电流（垂直）有力的作 用，而电流是因为电荷的定向作用移动形 成的，那么是不是磁场对运动电荷也有力 的作用？ 观察阴极射线在磁场中的偏转 阴极射线-高速运动的电子流 实验观察到的现象： 1、电子流在磁场中发生了偏转，运动轨迹发生 弯曲 2、当磁场的方向发生变化时，电子流的弯曲方 向也发生了改变 结论： 1、磁场对运动电荷有力的作用 2、磁场对运动电荷力的方向与磁场的方向及电 荷的运动方向有关 运动电荷在磁场中所受的力洛伦兹力 洛伦兹与洛伦兹力 洛伦兹，荷兰物理学家，首 先提出磁场对运动电荷有作 用力的观点。 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”。 洛伦兹力洛伦兹力( (Lorentz forceLorentz force) ) 1 1、定义定义：运动电荷运动电荷在磁场中受到的作用力，叫洛在磁场中受到的作用力，叫洛 伦兹力。伦兹力。 2 2、洛伦兹力的、洛伦兹力的方向方向： v v F F 洛洛 v v F F 洛洛 洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向 伸开伸开左手左手： 磁感线磁感线穿入手心穿入手心 四指四指 大拇指大拇指 所受洛伦兹力的方向所受洛伦兹力的方向 指向指向正电荷正电荷的运动方向的运动方向 指向指向负电荷负电荷运动的反向运动的反向 v v F F 洛洛 实验结论实验结论：洛伦兹力的方向既：洛伦兹力的方向既 跟磁场方向垂直跟磁场方向垂直F FB B，又跟电荷的，又跟电荷的 运动方向垂直运动方向垂直F Fv v，故洛伦兹力的，故洛伦兹力的 方向总是垂直于磁感线和方向总是垂直于磁感线和电荷电荷运动运动 所在的平面，即：所在的平面，即：F F洛 洛 B Bv v平面平面 思考与讨论思考与讨论 如图所示，若将电荷的运动方向和磁场的方如图所示，若将电荷的运动方向和磁场的方 向同时反向，则洛伦兹力的方向是不是也跟向同时反向，则洛伦兹力的方向是不是也跟 着反向？着反向？ 结论：当电荷的运动方向和磁场方向结论：当电荷的运动方向和磁场方向 同时反向时，同时反向时，洛伦兹力方向不变洛伦兹力方向不变。 v v F F 洛洛 请你分析洛伦兹力和安培力方向的判断方 法，找出判断两力方向的共同规律 安培力：伸出左手，让磁 感线穿过手心，四指指向 电流方向，拇指所指的方 向就是安培力的方向 洛伦兹力：伸出左手，让磁感线 穿过手心，四指指向正电荷的 运动方向，（指向负电荷的运动 反方向）拇指所指的方向就是 洛伦兹力的方向 通电导线在磁场中所受的安培力就是洛伦兹通电导线在磁场中所受的安培力就是洛伦兹 力的宏观表现。力的宏观表现。 安培力：大量运动电荷的在磁场中受到的力安培力：大量运动电荷的在磁场中受到的力 洛伦兹力：一个运动电荷在磁场中受到的力洛伦兹力：一个运动电荷在磁场中受到的力 思考与讨论思考与讨论 磁场对通电导线能产生安培力的作用磁场对通电导线能产生安培力的作用 ，当磁场方向与电流方向垂直时，安培力，当磁场方向与电流方向垂直时，安培力 的大小为的大小为F F安 安=B =BI IL L，而电流就是电荷的定向，而电流就是电荷的定向 移动形成的，那么，磁场对运动电荷所产移动形成的，那么，磁场对运动电荷所产 生的洛伦兹力与安培力有什么关系？洛伦生的洛伦兹力与安培力有什么关系？洛伦 兹力的大小又与什么因素有关？兹力的大小又与什么因素有关？ 如图所示，设有一段长度为如图所示，设有一段长度为L L，横截面横截面 积为积为S S的导线，导线单位体积内含有的自由的导线，导线单位体积内含有的自由 电荷数为电荷数为n n，每个自由电荷的电荷量为每个自由电荷的电荷量为q q，定定 向移动速率为向移动速率为v v，将这段通电导线垂直磁场，将这段通电导线垂直磁场 方向放入磁感应强度为方向放入磁感应强度为B B的磁场中。的磁场中。 洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小 安培力为安培力为F F安 安=B =BI IL L 电流的微观表电流的微观表 达式为达式为 设导线中共有设导线中共有N N个自由电荷个自由电荷N=N=nsLnsL 每个电荷受的磁场力为每个电荷受的磁场力为F F洛 洛 = F = F安 安/N /N 故可得故可得F F洛 洛= =q qv vB B I I= =nqsnqsv v ( (条件是条件是v vBB) ) 洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小 洛仑兹力的特点洛仑兹力的特点 1 1、洛伦兹力的大小：、洛伦兹力的大小： （ 1 1 ）v vBB，F F洛 洛=0 =0； （2 2）v vBB，F F洛 洛= =q qv vB B （3 3） v v与与B B成成 时，时，F=F=q qv vBsinBsin v v v v 1 1、洛伦兹力的方向：、洛伦兹力的方向： F F 洛洛 B B F F 洛洛 v v F F 洛洛 v vB B平面平面 重要结论：洛伦兹力永远不做功！重要结论：洛伦兹力永远不做功！ 2 2、洛伦兹力的效果：洛伦兹力的方向永远与速、洛伦兹力的效果：洛伦兹力的方向永远与速 度垂直，只改变运动电荷速度的方向，不改变运度垂直，只改变运动电荷速度的方向，不改变运 动电荷速度的大小。动电荷速度的大小。 电荷在电场中电荷在电场中一定一定要受到电场力的作用要受到电场力的作用 运动电荷在磁场中运动电荷在磁场中不一定不一定要受到洛伦兹力的作用要受到洛伦兹力的作用 电场力电场力F=F=qEqE洛伦兹力洛伦兹力F=F=q qv vB B 电场力方向与电场方向电场力方向与电场方向平行平行 洛伦兹力方向与磁场方向洛伦兹力方向与磁场方向垂直垂直 电场力对运动的电荷电场力对运动的电荷不一定不一定做功做功 洛伦兹力对运动的电荷洛伦兹力对运动的电荷一定不一定不做功做功 思考与讨论思考与讨论 你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同吗？你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同吗？ 1 1、大小的不同：、大小的不同： 2 2、方向的不同：、方向的不同： 3 3、作用关系的不同：、作用关系的不同： 4 4、做功的不同：、做功的不同： 电视显像管的工作原理电视显像管的工作原理 电视显像管应用了电视显像管应用了电子束在磁场中的偏电子束在磁场中的偏 转转原理。电子束射向荧光屏就能发光，一束原理。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过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整个荧光 屏发光。屏发光。 宇宙射线 从太阳或其他星体上，从太阳或其他星体上， 时刻都有大量的高能粒子流时刻都有大量的高能粒子流 放出，称为放出，称为宇宙射线宇宙射线。这些。这些 高能粒子流若都到达地球，高能粒子流若都到达地球， 将对地球上的生物带来危害将对地球上的生物带来危害 。但由于地球周围存在磁场。但由于地球周围存在磁场 ，在洛伦兹力的作用下，改，在洛伦兹力的作用下，改 变了宇宙射线中带电粒子的变了宇宙射线中带电粒子的 运动方向，从而对宇宙射线运动方向，从而对宇宙射线 起了一定的阻挡作用。起了一定的阻挡作用。 1 1、试判断下列运动的带电粒子在磁场中所、试判断下列运动的带电粒子在磁场中所 受洛伦兹力的方向：受洛伦兹力的方向： 课堂练习课堂练习 垂直纸面向里 垂直纸面向外 F F 1、下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，试判断 这时粒子所受洛伦兹力的方向 + V V + V V V + V F + V 垂直纸面向外 垂直纸面向里 + V F FF F=0F=0 课堂练习: 2、带电量为q的粒子，在匀强磁场中运 动，下面说法正确的是（ ） A、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相 同 B、如果把q改为q，且速度反向大小不变 ，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变 C、只要带电粒子在磁场中运动，就一定受洛 伦兹力作用 D、带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁感 应强度小 B B 课堂练习课堂练习 3 3、电子以初速度、电子以初速度v v垂直进入垂直进入磁感应强度磁感应强度为为B B的的 匀强磁场中匀强磁场中, ,则则( )( ) A A、磁场对电子的作用力始终不变、磁场对电子的作用力始终不变. . B B、磁场对电子的作用力始终不做功、磁场对电子的作用力始终不做功 C C、电子的速度始终不变、电子的速度始终不变. . D D、电子的动能始终不变、电子的动能始终不变 BDBD 课堂练习课堂练习 5 5、如图示，一带负电的小滑块从粗糙的斜、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面顶端滑至底端时的速率为v v；若加一个垂若加一个垂 直纸面向外的匀强磁场，并保证小滑块能滑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（至底端，则它滑至底端时的速率将（ ） A A、变大变大 B B、变、变小小 C C、不变不变 D D、条件不足，无法判断条件不足，无法判断 B B 课堂练习课堂练习 思考与深化 若带电粒子垂直于磁场方向射入匀强磁场中 ，带电粒子在磁场中将会如何运动？ 运动电荷在匀强磁场中的运动 知识回顾：若一带电粒子（不计重