高中物理磁场对运动电荷的作用课件人教版选修31.ppt

磁场对运动电荷的作用 引入新课 1 如图判定安培力的方向 f 0 2 电流是怎样形成的呢 答 电荷的定向移动形成电流 演示实验 观察磁场是否对运动电荷有作用 电子射线管的原理 从阴极发射出来电子 在阴阳两极间的高压作用下 使电子加速 形成电子束 轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光 可以显示电子束的运动轨迹 实验现象 在没有外磁场时 电子束沿直线运动 将蹄形磁铁靠近电子射线管 发现电子束运动轨迹发生了弯曲 课件 跳转 调换磁极 返回 一 洛伦兹力 运动电荷在磁场中受到的作用力 问题 如图 1 判定安培力方向 2 电流方向和电荷运动方向的关系 3 f安的方向和洛伦兹力方向关系 4 电荷运动方向 磁场方向 洛伦兹力方向的关系 新课教学 跳转 洛伦兹 1853 1928 lorentz hendrikantoon荷兰物理学家 少年时就对物理学感兴趣 还广泛地阅读历史和小说 并熟练地掌握多门外语 1870年他考入莱顿大学 学习数学 物理和天文 1875年即22岁获博士学位 24岁莱顿大学聘请他为理论物理学教授 洛伦兹除了获得诺贝尔物理学奖以外 还获得多个奖章和荣誉 洛伦兹在物理学上最重要的贡献是他的电子论 爱因斯坦曾称他为 我们时代最伟大和最崇高的人 lorentz 返回 二 洛伦兹力方向的判断 左手定则伸开左手 使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内 把手放入磁场中 让磁感线垂直穿入手心 四指指向正电荷运动的方向 那么拇指所受的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向 运动的负电荷在磁场中所受的洛伦兹力 方向跟正电荷受的力相反 课堂练习题 1 试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向 垂直于纸面指向读者 垂直于纸面指向纸里 三 洛伦兹力的大小 若有一段长度为l的通电导线 横截面积为s 单位体积中含有的自由电荷数为n 每个自由电荷的电量为q 定向移动的平均速率为v 将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为b的磁场中 问题 这段导体所受的安培力为多大 答 f安 bil nqsvbl 问题 由第十四章第1节的思考和讨论 电流强度i的微观表达式是多少 答 i的微观表达式为i nqsv 问题 这段导体中含有多少自由电荷数 答 这段导体中含有的电荷数为nls 问题 每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大 课件 f qvb 跳转 返回 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f等于电荷量q 速率v 磁感应强度b三者的乘积 f qvb各量的单位 f为牛 n q为库伦 c v为米 秒 m s b为特斯拉 t 适用条件 v b 问题 若此电子不垂直射入磁场 电子受到的洛伦兹力又如何呢 课堂练习题 1 电子的速率v 3 106m s 垂直射入b 0 10t的匀强磁场中 它受到的洛伦兹力是多大 答 f qvb 1 60 10 19 3 106 0 10 4 8 10 14n 2 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 则这些质子在进入地球周围的空间时 将 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 答 b 问题 讨论一下带电粒子在磁场中运动时 洛伦兹力对带电粒子是否做功 说明理由 分析得 洛伦兹力的方向垂直于v和b组成的平面即洛伦兹力垂直于速度方向 因此 洛伦兹力只改变速度的方向 不改变速度的大小 所以洛伦兹力对电荷不做功 洛伦兹力对电荷不做功 问题 阅读课文 说明运动电荷在磁场中受洛伦兹力偏转有何现实意义 答 运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用 运动方向会发生偏转 这一点对于地球上的生命来说有十分重要的意义 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 如果都到达地球 将对地球上的生物带来危害 庆幸的是 地球周围存在地磁场 地磁场改变宇宙射线中带电粒子的运动方向 对宇宙射线起了一定的阻挡作用 课件 跳转 返回 宇宙射线是穿透力极强的辐射线 它们来自宇宙空间 从各个方向射向地球 20世纪初 我们想要获得一个不受辐射影响的实验环境 总是不能如愿 即使深入矿井内部 仍然摆脱不开宇宙射线穿透性辐射的干扰 1912年 奥地利物理学家海斯乘气球升空去探寻这些辐射的来源 他发现 在气球上升过程中 辐射不是减弱而是增强了 后来又发现 两极地区的辐射更为强大 说明它似乎受地球磁场的影响 表明它含有带电粒子 如质子 宇宙射线中的带电粒子在穿越地磁场过程中 受到地磁场对它们的洛伦兹力的作用 运动方向会发生偏转 对宇宙射线有一定的阻挡作用 大大减弱了到达地球表面的宇宙射线 补充 讨论 电荷在电场中要受到库仑力 在磁场中可能受洛伦兹力 二者有何区别呢 完成下表 有一束粒子 其中有正电性的 负电性的还有不带电的粒子 如何区分开它们 课堂思考 通过一垂直于粒子运动方