5景泰二中运动电荷在磁场中受到的力

运动电荷在磁场中受到的力 景泰二中高二物理备课组肖涛 复习回顾 方向 运用左手定则判断安培力的方向 安培力 1 磁场对通电导线 电流 的作用力 大小 左手定则 B和I之间的方向夹角 2 通电导线中的电流是怎样形成的呢 思考 既然磁场对电流有力的作用 而电流是由电荷的定向移动形成的 那么磁场是否对形成电流的运动电荷也有作用力呢 电荷的定向移动形成电流 电流的微观本质为 阴极射线管 若在阴阳两极间加上一高电压 阴极中的炽热的金属丝发射出的电子束 将在荧光屏上激发出荧光 新建教学视频文件夹 洛伦兹力1 240 x192 mp4 电子束在磁场中的运动轨迹发生了弯曲 实验现象 在没有外磁场时 电子束沿直线运动 将磁铁靠近阴极射线管 发现电子束运动轨迹发生了弯曲 结论 磁场对运动电荷有作用 一 洛伦兹力 运动电荷在磁场中受到的作用力 磁场对电流有安培力的作用 而电流是由电荷定向运动形成的 且磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用 所以 为什么磁场对通电导线有作用力 安培力 洛仑兹力 磁场对电流的作用 磁场对运动电荷的作用 因 果 微观原因 宏观表现 1 判定安培力方向 2 电流方向和电荷运动方向的关系 3 安培力方向和洛伦兹力方向的关系 4 电荷运动方向 磁场方向 洛伦兹力方向的关系 二 洛伦兹力的方向判断 大拇指跟四指垂直共面 磁感线穿过手心 四指 1 指向正电荷的运动方向2 指向负电荷运动的反向大拇指 洛伦兹力方向 左手定则 以相同速度进入同一磁场的正 负电荷受到的洛伦兹力方向相反 B F垂直于纸面向外 F垂直于纸面向外 甲 乙 丙 丁 例题1 试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向 B B B 如图所示 设有一段长度为L 横截面积为S的导线 导线单位体积内含有的自由电荷数为n 每个自由电荷的电荷量为q 定向移动速率为v 将这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中 三 洛伦兹力的大小 安培力为F安 BIL 电流的微观表达式为 设导线中共有N个自由电子N nsL 每个电子受的磁场力为F洛 F安 N 故可得F洛 evB I nesv 条件是v B 电荷量为q的粒子以速度v运动时 如果速度方向与磁感应强度方向垂直 那么粒子所受的洛伦兹力为 v B 若带电粒子不垂直射入磁场 粒子受到的洛伦兹力又如何呢 洛仑兹力的特点 1 洛伦兹力的大小 v B F洛 0 v B F洛 qvB 2 洛伦兹力的方向 F洛 B F洛 v F洛 vB平面 3 洛伦兹力的效果 只改变运动电荷速度的方向 不改变运动电荷速度的大小 v与B成 时 F洛 qvBsin v v 思考与讨论 由F洛 qvB 可得B F洛 qv 与电场强度E F q对比 可知磁场与电场有着怎样的不同之处 磁场只与运动电荷有关 静止的电荷和运动的电荷周围都能产生电场 而磁场只能由运动电荷产生 故静止的电荷只能受库仑力的作用 而运动的电荷既受库仑力的作用 还会受到洛伦兹力的作用 电荷在电场中一定要受到电场力的作用 运动电荷在磁场中不一定要受到洛伦兹力的作用 电场力F qE 洛伦兹力F qvB 电场力方向与电场方向平行 洛伦兹力方向与磁场方向垂直 电场力对运动的电荷不一定做功 洛伦兹力对运动的电荷一定不做功 思考与讨论 你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同吗 1 大小的不同 2 方向的不同 3 作用关系的不同 4 做功的不同 洛伦兹力的作用举例 改变粒子速度的方向 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 这些高能粒子流若都到达地球 将对地球上的生物带来危害 但由于地球周围存在磁场 在洛伦兹力的作用下 改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向 从而对宇宙射线起了一定的阻挡作用 地球磁场能抵挡大部分来自太阳的高能粒子 太阳喷射出的带电粒子 称太阳风 受地球磁场的作用而进入地球的两极地区 轰击高层大气气体使其电离的彩色发光现象称为极光 四 电视显像管的工作原理 电子枪 阴极 磁偏转线圈 荧光屏等 主要构造 显像管工作时 电子枪发射的电子束撞击到荧光屏上只能使一个点发光 要使整个荧光屏发光 就要靠磁场使电子束偏转了 应用 电视显像管的工作原理 1 要是电子打在A点 偏转磁场应该沿什么方向 垂直纸面向外 2 要是电子打在B点 偏转磁场应该沿什么方向 垂直纸面向里 3 要是电子从A点向B点逐渐移动 偏转磁场应该怎样变化 先垂直纸面向外并逐渐减小 然后垂直纸面向里并逐渐增大 应用电子束磁偏转的道理 实际上 在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场 其方向和强弱都在不断变化 因此电子束打在荧光屏上的光点在不断移动 这叫做扫描 电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫做一场 电视机每秒要进行50场扫描 所以我们感到整个荧光屏都在发光 使电子束偏转的磁场是由两对偏转线圈产生的 为了与显像管的管颈贴在一起 偏转线圈常做成马鞍形 例题2 将一半径为R的半圆形光滑绝缘滑轨 固定在垂直向里的匀强磁场B中 一带电量 q 质量m的小球在A点无初速释放 沿滑轨运动 求小球第一次经过最低点时对滑轨的压力 例题3 下列说法正确的是 运动电荷在磁感应强度不为零的地方 一定受到洛伦兹力的作用 B 运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用 则该处的磁感应强度一定为零 C 洛伦兹力既不能改变带电子粒子的动能 也不能改变带电粒子的加速度 D 洛伦兹力对带电粒子不做功 例题4 当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管的中轴线进入该通电螺线管 若不计重力 则 A 带电粒子速度大小改变 B 带电粒子速度方向改变 C 带电粒子速度大小不变 D 带电粒子速度方向不变 例题5 一长方形金属块放在匀强磁场中 M为上表面 N为下表面 金属块通有电流 如图所示 则上下表面的电势关系为 A M NB M NC M ND 无法比较上下表面的电势差高低 载流导体在洛伦兹力的作用下 在其与B I都垂直的表面上出现电势差的现象 叫做 霍尔效应 例题6 绕有绝缘的通电导线的铁环 电流方向如图所示 若有一电子束以垂直于纸面向里的速度从O点射入 则电子的运动轨迹 向右偏转 向左偏转 向下偏转 向上偏转 A 竖直向下沿直线射向地面B 相对于预定地面向东偏转C 相对于预定点稍向西偏转D 相对于预定点稍向北偏转 例题7 来自宇宙的质子流 以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点 则这