四、磁场对运动电荷的作用 (3).ppt

课题2.4：磁场对运动电荷的作用-宋丽娜,预习课本探讨问题,1.如何探究磁场对运动电荷有力的作用？2.如何探究洛伦兹力的方向？3.如何探究洛伦兹力的大小？4.思考：为什么只有在南北两极才能形成极光？,探究一：磁场对运动电荷是否有力的作用？,1.科学推理及猜想,用电子射线管研究磁场对运动电荷的作用。,2.实验验证,当电子射线管的周围不存在磁场时，,电子的运动轨迹是直线,磁场对运动电荷有力的作用,当电子射线管的周围存在磁场时，,电子的运动轨迹是曲线,3.得到结论,4.洛伦兹力(Lorentzforce),定义：运动电荷在磁场中受到的作用力.,(2)洛伦兹力与安培力的关系：,洛伦兹力是安培力的微观本质。安培力是洛伦兹力的宏观表现。,探究二、洛伦兹力的方向,v,1、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，让磁感线垂直穿过手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么大拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。,2、如果运动的是负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。,F,-左手定则,验证：洛伦兹力的方向：-左手定则,F洛B,F洛v,F洛vB平面,探究三、洛伦兹力的表达式,1.科学推理,导线中带点粒子的定向运动形成了电流。电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和，在宏观上表现为导线所受的安培力。,设有一段长为L，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率为v.这段通电导线垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求（1）电流强度I.（2）通电导线所受的安培力.（3）这段导线内的自由电荷数.（4）每个电荷所受的洛伦兹力.,2.科学推导,解：(1)通电导线中的电流(2)通电导线所受的安培力(3)这段导线内的自由电荷数(4)每个电荷所受的洛伦兹力,单位：F(N)，q(C)，v(m/s),B(T),I,v,v,v,v,(适用条件：速度方向与磁场方向垂直),2.科学推导,3.得到结论,B,不计重力的电荷平行于磁场方向运动时，不受洛伦兹力作用，将以初速度v0做匀速直线运动,（2）vB，F洛=0,（1）vB，F洛=qvB,B,v,F,V1,V2,（3）若此电荷即不垂直也不平行地射入磁场，电荷受到的洛伦兹力又如何呢？,+,+,从宇宙深处射来的带电粒子为什么只在南北两极形成神秘莫测的极光？,四：思考与讨论,宇宙射线,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。,科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验。有时一条腿走在前面，有时另一条腿走在前面。但只有使用两条腿，才能前进。-密立根,例：在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B互相垂直。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。试证明带点粒子具有速度v=E/B时，才能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器，粒子重力不计。,五：课堂练习,解析:(1)正电荷进入复合场，受到竖直向下的电场力大小为F电=Eq，洛伦兹力方向竖直向上，大小F洛=qvB。当两个力平衡，粒子做匀速直线运动此时，Eq=qvB解得:v=E/B(2)负电荷进入复合场，同理可得此结论。,了解洛伦兹,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。洛伦兹是经典电子论的创立者。他以电子概念为基础来解释物质的电性质，并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。,洛伦兹把物体的发光解释为原子内部,电子的振动产生，并预言光源放在磁场中时，原子内电子的振动将发生改变，从而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，在强磁场中钠光谱的D线有明显的增宽，即产生塞曼效应，证实了洛伦兹的预言。在1902年塞曼和洛伦兹共同获得诺贝尔物理学奖。洛伦兹于1928年2月4日在哈勒姆逝世。在举行葬礼那天，荷兰全国的电讯、电话中止3分钟，以示哀悼。,洛伦兹力,1、定义：磁场对运动电荷的作用力.2、