电磁学-洛伦兹力公式教案(丁毅)91261039

沈 阳 大 学 教 案 课程名称 电磁学电磁学 编写时间 2006 年 7 月 16 日 授课章节 4 5 4 5 带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动 目的要求掌握洛伦兹力公式 熟练掌握带电粒子在磁场中运动的规律掌握洛伦兹力公式 熟练掌握带电粒子在磁场中运动的规律 重点难点 洛伦兹力公式的应用洛伦兹力公式的应用 带电粒子在非均匀磁场中的运动带电粒子在非均匀磁场中的运动 磁场对载流导线的作用力 安培力 磁场对运动电荷的作用力 洛伦兹力 一 洛伦兹力一 洛伦兹力 ForceszLorent BvqF 大小 sin BvqvBF 方向 垂直于所决定的平面 由确Bv Bv 定 1 磁力对运动电荷不做功 只改变的运动方向 不改变或动能 F qqv 2 若空间并存 则 BE BvEqF 3 由可定义 B 的方向为运动电荷不受力的方向 BvqF B qBFB m 二 洛仑兹力与安培力的关系二 洛仑兹力与安培力的关系 安培力 BlIdFd 洛仑兹力 形式上相似 反映其内在的联系 BvqF lIdvq 分析 洛仑兹力是安培力的根本起因洛仑兹力是安培力的根本起因 安培力是洛仑兹力的宏观表现安培力是洛仑兹力的宏观表现 类比 引入新课 约 2 分钟 实验现象举例 空间关系说明 右手叉乘法则 约 8 分钟 通过微观 作用机制分析 将作用于自由 电子的洛伦兹 力与作用于导 体的安培力联 系起来 约 10 分钟 第 21 次 第 1 页 neStuq cos Su dneneudS dt dq t q dI t coslim 0 lIBlBeunSeuBNfdF 沈 阳 大 学 教 案 续页 课程名称 编写时间 20 年 月 三 带电粒子在均匀磁场中的运动三 带电粒子在均匀磁场中的运动 带电粒子在电磁场中受力 BvEF qq 带电粒子在电磁场中的运动方程 BvqEq dt vd m 2 2 1 1 时 时 F 0F 0 Bv 带电粒子作匀速直线运动 带电粒子作匀速直线运动 2 2 时 带电粒子作圆周运动 时 带电粒子作圆周运动 Bv qvB R mv 2 回旋半径 周期 qB m v R T 22 回旋频率 m qB T f 2 1 应用应用 回旋加速器回旋加速器 回旋半径回旋半径 qBmvR 交变电场的周期交变电场的周期 离子的最终速率离子的最终速率 离子的最终动能离子的最终动能 m RBq mvEk 22 1 222 2 3 3 带电粒子的速度 带电粒子的速度与与夹任意角度夹任意角度v B 将分解为 匀速圆周运动v 带电粒子作螺旋线运动 带电粒子作螺旋线运动 匀速 cos vv 回旋半径 B v q m qB mv R sin 回转周期 qB m T 2 螺距为 qB m vTvh 2 cos 重点重点 从动力学 和运动学两个 方面说明运动 规律 约 10 分钟 强调 回旋周期 或回旋频率与 带电粒子的速 率及回旋半径 无关 再一次利用 周期与T 无关Rv 约 15 分钟 第 21 次 第 2 页 qB mv R qBmT 2 m qBR v sin sin 沈 阳 大 学 教 案 续页 课 应用 磁聚焦应用 磁聚焦 四 带电粒子在非均匀磁场中的运动四 带电粒子在非均匀磁场中的运动 现象 现象 分析 分析 F 提供向心力 F 指向磁场减弱的方向 粒子也将作螺旋运动 但并非等螺距 回旋半径改变 应用应用 1 1 磁镜 磁镜 在非均匀磁场中 带电粒子所受洛伦兹力 恒有一指向磁场较弱方向的分量 阻碍其继续前 进 就像遇到镜面反射一样 例 范 阿仑辐射带 高纬地区出现的极 光 2 磁约束 磁约束 强磁场中 带电粒子的活动被约束在一根磁力线上 回旋中心只能沿磁感应线作 纵向运动 不能横越 地球磁场对太阳风形成的屏障 类比 透镜对 光束聚焦作用 多媒体演示 其动态过程 约 5 分钟 难点难点 在受力分析 基础上 举例 说明运动规律 作图说明带电 粒子受力情况 以天文学上 的应用实例引 起兴趣 约 20 分钟 第 21 次 第 3 页 qB mv qB mv h 22 荷质比相同的粒子 当荷质比相同的粒子 当 相同时 均有相同的螺相同时 均有相同的螺 v 距 距 沈 阳 大 学 教 案 续页 例题例题 1 1 求带电粒子的偏转求带电粒子的偏转 解 解 2 2 22 1 l qB mv qB mv lRRy 22 2 2 2 lR llL tglLy 22 2 2 21 2 lR llL l qB mv qB mv yyy 当时 qB mv l mv qBl mv qBl qB mv qB mv l qB mv qB mv y 2 2 2 2 1 2 1 2 1 1 mv llLqB l qB mv llL y 2 2 2 2 2 例题例题 2 2 霍耳效应霍耳效应 解 解 Buefm 当电子所受的电场力与洛伦兹力平衡时 电 子不再偏转 E uB 电流 neuldjSI 102 2 5 V ned IB uBlEl l d EU a a aa 思考题思考题 作业题作业题 1 8 15 20 参考资料参考资料 引导学生分析 并完成计算 要求通过自学 和讨论理解霍 耳效应的现象 和分析过程 约 20 分钟 洛伦兹力 方向的理解和 右手叉乘法则 运用 课堂教学小结 课堂教学小结 1 1 由浅入深 由近及远 便于学生在已有知识的基础上理解 由浅入深 由近及远 便于学生在已有知识的基础上理解 2 2 荷质比测定及霍耳效应内容作为讨论课的研究问题 要求学生课后查 荷质比测定及霍耳效应内容作为讨论课的研究问题 要求学生课后查 阅有关资料 阅有关资料 3 3 磁镜 磁约束部分的分析较为简略 可考