磁场对运动电荷的作用力.ppt

10 4磁场对运动电荷的作用力 带电粒子垂直进入匀强磁场时的运动 回旋加速器 问题引入 洛伦兹力 问题引入 演示实验给电子射线管两极间加上高电压 观察电子束的运动径迹 再将蹄形磁铁靠近射线管 看看电子束的运动径迹会发生什么变化 实验现象在没有外加电场时 电子射线管发出的电子束是沿直线前进的 把射线管放入磁体两极间时 电子束的运动径迹发生了弯曲 实验结论磁场对运动电荷有力的作用 1 定义磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力 一 洛伦兹力 2 洛伦兹力的方向用左手定则判断 注意用左手定则判断洛伦兹力的方向时 一定要注意运动电荷的电性 四指的方向是正电荷运动的方向 是负电荷运动的反方向 如图所示 当电荷在垂直于磁场的方向上运动时 磁场对运动电荷的洛伦兹力的大小为 当电荷的运动方向与磁场方向一致时 导线不受磁场的作用力 即 f 0 3 洛伦兹力大小 二 带电粒子垂直进入匀强磁场时的运动 分析一带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场 根据左手定则 无论粒子运动到什么位置 洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直 因此 它只改变粒子的运动方向 不改变粒子速度的大小 对于粒子的运动来说 洛伦兹力起到向心力的作用 1 运动性质带电粒子垂直进入匀强磁场中 粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动 2 粒子运动的轨道半径R 上式表明 当m q B均为恒量时 带电粒子运动的轨道半径R跟粒子的速率v成正比 3 粒子运动的周期T 上式表明 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时 周期T与粒子的速度v及轨道半径R无关 三 回旋加速器 研究物质微观结构时 常用高能粒子去轰击各种原子核 观察其变化情况 1932年美国物理学家劳伦斯发明了一种回旋加速器 利用这种装置可获得能量极高的粒子 质量为m 电荷量为q的粒子 在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径随速度的增加而增大 但其运动周期却不变 这是回旋加速器的基本工作原理 回旋加速器的构造示意图 带电粒子在回旋加速器中运动 例1如图所示 两平行板间匀强电场和匀强磁场相互垂直 某带正电的粒子以速度v垂直射入平行板间 带电粒子带电荷量为q 若要使带电粒子能沿直线穿过极板 试画出磁场的方向 并写出电场强度的计算式 分析 带电粒子为正电荷 所受电场力F方向应与电场强度方向相同 即向左 要使带电粒子沿直线穿过极板 必须受力平衡 即粒子所受洛伦兹力f须向右 根据左手定则 可知磁场方向应为垂直于纸面向里 解 因为 所以 场强的大小为 场强的方向为 向左 思考 带电粒子若是沿与磁感线平行的方向进入匀强磁场 它将怎样运动 为什么 答 带电粒子将做匀速直线运动 因为它不受力 例2如图所示 有一速度为1 107m s的电子进入匀强磁场中 并沿半径R 10cm的半圆轨道由A运动到B 求 1 匀强磁场的磁感应强度的大小和方向 2 此电子由A至B的运动时间 电子重力忽略不计 分析 电子沿半圆轨道由A到B向右运动是因为运动电荷在磁场中要受到洛伦兹力的作用 由左手定则可知 磁感应强度B的方向垂直于纸面向里 电子所受洛伦兹力即为电子做圆周运动所需的向心力 解 1 由公式 可知匀强磁场的磁感应强度的大小 2 电子由A到B所需时间为 1 如图所示 带电粒子以速度v垂直进入匀强磁场 试分别标出带电粒子所受洛伦兹力的方