2019-2020学年高中物理 第1章 电与磁 第6节 洛伦兹力初探课件 粤教版选修1-1

第六节洛伦兹力初探 1 知道洛伦兹力的含义 知道影响洛伦兹力的因素 2 会用左手定则解答有关带电粒子在磁场中运动方向的问题 3 了解电子束的磁偏转原理及其在技术中的应用 一 磁场对运动电荷的作用1 磁场对运动电荷的作用力是 2 通电导线在磁场中会受到 的作用 实际上是运动电荷在磁场中所受的 的 表现 课前 自主学习 洛伦兹力 安培力 洛伦兹力 宏观 3 如下图所示 阴极射线管在高压下会发射电子束 图1 6 1中电子束的径迹是 把阴极射线管放在蹄形磁铁的磁场中 图1 6 2中电子束的径迹向 发生了偏转 若调换磁铁南北极的位置 则电子束的径迹会向 偏转 可见 磁场对运动电荷会产生 的作用 图1 6 1图1 6 2 直线 下 上 洛伦兹力 二 洛伦兹力的方向 左手定则1 可以用 定则来判断运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力的方向 2 左手定则的要领 判断洛伦兹力的方向时 要特别注意四指的指向与正电荷的运动方向 与负电荷运动的方向 洛伦兹力的方向既与 的方向垂直 又与 的方向垂直 即与它们所决定的 垂直 3 特别注意 正电荷与负电荷在磁场中运动时所受洛伦兹力的方向判断方法上的差异 左手 相同 相反 磁场 电荷运动 平面 三 磁偏转与显像管1 磁偏转 借助于磁场改变 方向或者发生偏转的方法 2 显像管 能够显示各种 的显示器 电子束运动 画面 1 电荷在电场和磁场中受力特点的比较电荷在电场中一定会受到静电力 受力方向由电场方向和电荷的正负决定 大小由电场强度和电荷量决定 电荷在磁场中静止时不受洛伦兹力 运动时也不一定受洛伦兹力 必须是电荷在磁场中运动且运动方向与磁场方向不平行 洛伦兹力的大小不仅与磁场强弱 电荷量有关 还与运动速度的大小及方向有关 洛伦兹力的方向不仅与磁场方向 电荷正负有关 还与运动方向有关 课堂 互动探究 2 关于洛伦兹力的几个问题 1 根据牛顿第二定律 洛伦兹力对电荷的运动将产生什么样的作用 根据牛顿第二定律 洛伦兹力使电荷沿力的方向产生与速度方向垂直的加速度 这个加速度将使电荷运动方向发生改变 2 洛伦兹力会不会使电荷速度大小发生改变 为什么 不会 因为洛伦兹力的方向总是与速度方向垂直 所以洛伦兹力对电荷不做功 电荷的动能不变 所以速度大小不变 3 电荷在以后的运动过程中所受的洛伦兹力有什么特点 在这样的力的作用下电荷会做什么样的运动 电荷在运动过程中洛伦兹力的大小恒定 方向时刻与电荷运动方向垂直 这个力与物体做匀速圆周运动的向心力所起的效果完全相同 因此带电粒子将在垂直磁场方向的某平面内做匀速圆周运动 如图1 6 3所示 图1 6 3 左手定则的应用 试判断如图所示的各带电粒子所受洛伦兹力的方向或带电粒子的带电性 a b c d 例1 解析由左手定则判定 a图带电粒子受力的方向向上 b图带电粒子受力方向垂直纸面向外 c图带电粒子带负电 d图带电粒子受力方向垂直纸面向里 答案向上垂直纸面向外带负电垂直纸面向里 方法总结 在进行洛伦兹力的方向判断时 特别注意洛伦兹力既垂直b又垂直v的特点 也就是始终垂直于由b与v相交决定的平面 当v b时 f b v两两垂直 当v b时 找不到v与b决定的平面 而此时f 0 带电荷量为 q的粒子 在匀强磁场中运动 下面的说法中正确的是 a 只要速度大小相同 所受洛伦兹力就相同b 如果把 q改为 q 速度反向且大小不变 则洛伦兹力的大小 方向均不变c 只要带电粒子在磁场中运动 它一定受到洛伦兹力作用d 带电粒子受到洛伦兹力越小 则该磁场的磁感应强度越小 例2 对洛伦兹力的理解 解析影响洛伦兹力大小的因素有电荷量 速度大小 磁感应强度的大小及速度与磁感应强度的方向关系 a错 b中由左手定则可知 洛伦兹力方向不变 由f qvb知大小也不变 b正确 当磁场方向与运动方向平行时 f 0 c错 磁感应强度由磁场本身的性质决定 与洛伦兹力的大小无关 d错 答案b 两个粒子带电荷量相等 在同一匀强磁场中只受安培力而做匀速圆周运动 则 a 若速率相等 则半径必相等b 若质量相等 则周期必相等c 若速度大小和质量的乘积大小相等 则半径必相等d 若动能相等 则周期必相等 例3 带电粒子在磁场中做圆周运动问题 答案bc 方法总结 带电粒子垂直进入匀强磁场并只受洛伦兹力时 将会做匀速圆周运动 这是因为洛伦兹力总与速度垂直 只改变速度方向 不改变速度大小 洛伦兹的主要贡献洛伦兹 hendrikantoonlorentz 1853 1928 洛伦兹是荷兰物理学家 数学家 1853年7月18日生于阿纳姆 1870年入莱顿大学学习数学 物理学 1875年获博士学位 25岁起任莱顿大学理论物理学教授达35年 课外 阅读延伸 洛伦兹是经典电子论的创立者 他认为电具有 原子性 电的本身是由微小的实体组成的 后来这些微小实体被称为电子 洛伦兹以电子概念为基础来解释物质的电性质 从电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用 即洛伦兹力 他把物体的发光解释为原子内部电子的振动产生的 这样当光源放在磁场中时 光源的原子内电子的振动将发生改变 使电子的振动频率增大或减小 导致光谱线的增宽或分裂 1896年10月 洛伦兹的学生塞曼发现 在强磁场的钠光谱的d线有明显的增宽 即产生塞曼效应 证实了洛伦兹的预言 塞曼和洛伦兹共同获得1902年诺贝尔物理学奖 1904年 洛伦兹证明 当把麦克斯韦的电磁场方程组用伽利略变换从一个参考系变换到另一个参考系时 真空中的光速将不是一个不变的量 从而导致对不同惯性系的观