H3.5运动电荷在磁场中受到的力

1、高中物理选修3-1人教版第三章第三章 磁场磁场3 3.5 .5 运动电荷在磁场中受到的力运动电荷在磁场中受到的力 从宇宙深处射来的带电粒子为什么从宇宙深处射来的带电粒子为什么只在地球两极引起极光？只在地球两极引起极光？电视显像管中的电子束只是细细的一束，电视显像管中的电子束只是细细的一束，为什么能使整个屏幕发光？为什么能使整个屏幕发光？1 1、运用左手定则判断安培力的方向。、运用左手定则判断安培力的方向。I II I2 2、磁场对电流有力的作用，电流是怎样形成的？、磁场对电流有力的作用，电流是怎样形成的？F FF F复习复习3 3、是否可以猜想磁场对运动电荷也有作用力？、是否可以猜想磁场对运动

2、电荷也有作用力？运动电荷在磁场中会受到作用力吗？运动电荷在磁场中会受到作用力吗？I演示：阴极射线在磁场中的偏转演示：阴极射线在磁场中的偏转思考与讨论：思考与讨论：在这个实验当中观察到了什么在这个实验当中观察到了什么现象？根据这个现象能得出什么结论？现象？根据这个现象能得出什么结论？实验现象：实验现象：在没有外磁场时，电子束沿直线在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。子束运动轨迹发生了弯曲。阴极射线管中的电子束在磁场中阴极射线管中的电子束在磁场中发生偏转，发生偏转，磁场对运动电荷确实存在作用力磁场对运动电荷

3、确实存在作用力。1 1、定义：、定义： 磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力。磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力。vfvfvfvfvfvfIF安安安培力是洛伦兹安培力是洛伦兹力的力的宏观表现宏观表现洛伦兹力是安培洛伦兹力是安培力的力的微观本质微观本质洛伦兹与洛伦兹力洛伦兹与洛伦兹力洛伦兹，荷兰物理学家，洛伦兹，荷兰物理学家，首先提出磁场对运动电荷首先提出磁场对运动电荷有作用力的观点。有作用力的观点。 洛伦兹洛伦兹创立了经典电子论，提出创立了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，了洛伦兹变换公式，19021902年与其学生塞曼共同获得年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理学奖。为纪念诺贝尔物理学奖。为纪念洛

4、伦兹的卓著功勋，荷兰洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从政府决定从19451945年起，把年起，把他的生日定为他的生日定为“洛伦兹洛伦兹节节”。2 2、洛伦兹力方向的判断：、洛伦兹力方向的判断： 左手定则左手定则vv1 1、伸开左手，使大拇指和其余四、伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线穿过手心，若入磁场中，让磁感线穿过手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就使正电荷所受洛拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向。伦兹力的方向。2 2、若四指指向负电荷运动的、若四指指向负电荷运动的反方

5、反方向向，那么拇指所指的方向就是负，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向电荷所受洛伦兹力的方向ffvvBvFF垂直纸面向外垂直纸面向外 例例1 1：试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受：试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向的洛伦兹力的方向. .反思反思: :判断洛伦兹力方向时，要分清研究的是正电荷判断洛伦兹力方向时，要分清研究的是正电荷还是负电荷，要是负电荷，四指要指向负电荷运动还是负电荷，要是负电荷，四指要指向负电荷运动的反方向的反方向, ,并且左右手也得分清。并且左右手也得分清。变式训练：变式训练：试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向，试判断各图中带电粒子受洛

6、伦兹力的方向，或带电粒子的电性、或带点粒子的运动方向。或带电粒子的电性、或带点粒子的运动方向。 vFFvv洛伦兹力方向垂直纸面向里洛伦兹力方向垂直纸面向里思考与讨论：思考与讨论：1 1、洛伦兹力的方向与带电粒子的运动方向有什、洛伦兹力的方向与带电粒子的运动方向有什么关系？么关系？洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于速度洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于速度方向，即垂直于磁场和速度所组成的平面。方向，即垂直于磁场和速度所组成的平面。2 2、洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么影响？、洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么影响？ 洛伦兹力只改变速度方向，不改变速度的大小。洛伦兹力只改变速度方向

7、，不改变速度的大小。3 3、洛伦兹力对带电粒子做的功是多少？、洛伦兹力对带电粒子做的功是多少？洛仑兹力对带电粒子永不做功。洛仑兹力对带电粒子永不做功。洛伦兹力的特点：洛伦兹力的特点： （1 1）洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，）洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于速度方向，即垂直于磁场和速度所又垂直于速度方向，即垂直于磁场和速度所组成的平面。组成的平面。（2 2）洛伦兹力对电荷不做功，即不改变）洛伦兹力对电荷不做功，即不改变速度的大小，只改变速度的方向。速度的大小，只改变速度的方向。例例2 2、在只受洛伦兹力的条件下、在只受洛伦兹力的条件下, ,关于带电粒子在匀强关于带电粒子在匀强磁场中的

8、运动磁场中的运动, ,下列说法中正确的是（下列说法中正确的是（ ）A A、洛伦兹力既改变带电粒子的速度方向，也改变其洛伦兹力既改变带电粒子的速度方向，也改变其速度的大小。速度的大小。B B、洛伦兹力只改变洛伦兹力只改变带电粒子带电粒子运动方向。运动方向。C C、洛伦兹力始终与洛伦兹力始终与速度垂直，所以速度垂直，所以洛伦兹力不做功。洛伦兹力不做功。D D、洛伦兹力始终与洛伦兹力始终与速度垂直，所以粒子在运动过程速度垂直，所以粒子在运动过程中的动能保持不变。中的动能保持不变。BCDBCD例例3 3：关于带电粒子所受洛仑兹力：关于带电粒子所受洛仑兹力F F、磁感应强、磁感应强度度B B和粒子速度和

9、粒子速度v v三者之间的关系，下列说法三者之间的关系，下列说法中正确的是（中正确的是（ ）A A、F F、B B、v v三者必定均相互垂直三者必定均相互垂直B B、F F必定垂直于必定垂直于B B、v v，但，但B B不一定垂直不一定垂直v vC C、B B必定垂直于必定垂直于F F，但，但F F不一定垂直于不一定垂直于v vD D、v v必定垂直于必定垂直于F F，但，但F F不一定垂直于不一定垂直于B B3 3、洛伦兹力的大小：、洛伦兹力的大小： 设有一段长为设有一段长为L L，横截面积为，横截面积为S S的直导线，单位体的直导线，单位体积内的自由电荷数为积内的自由电荷数为n n，每个自由

10、电荷的电荷量为，每个自由电荷的电荷量为q q，自由电荷定向移动的速率为自由电荷定向移动的速率为v v。这段通电导线垂直磁。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为场方向放入磁感应强度为B B的匀强磁场中，求的匀强磁场中，求（1 1）电流强度）电流强度I I。（2 2）通电导线所受的安培力。）通电导线所受的安培力。（3 3）这段导线内的自由电荷数。）这段导线内的自由电荷数。（4 4）每个电荷所受的洛伦兹力。）每个电荷所受的洛伦兹力。( (适用条件：速度方向与磁场方向垂直适用条件：速度方向与磁场方向垂直) )若速度若速度v v与磁场与磁场B B的方向夹角为的方向夹角为导线中的电流强度导线中的电流强

11、度: :导线受安培力为导线受安培力为: :导线中的电荷的总个数为总电荷数：导线中的电荷的总个数为总电荷数：每个电荷受力为每个电荷受力为: :F=qVF=qV1 1B=qVBsinB=qVBsin（ 为为V V与与B B的夹角）的夹角）I=nqsvI=nqsvF F安安ILBILB（nqsvnqsv）LBLBN=nsLN=nsLVB1B23 3、洛伦兹力的大小、洛伦兹力的大小 F = q V B sin F = q V B sin（为为V V与与B B的夹角）的夹角）（1 1）V = 0V = 0时，时，F = 0F = 0，磁场对静止电荷没有力，磁场对静止电荷没有力的作用的作用（2 2） =

12、0 ( VB= 0 ( VB）时，）时，F = 0F = 0（3 3） = 90= 90( VB( VB）时，）时， F= q V BF= q V Ba.a.安培力是洛伦兹力的集体表现，洛伦兹力是安培力是洛伦兹力的集体表现，洛伦兹力是安培力产生的原因。安培力产生的原因。b.b.大小关系：大小关系：F F安安 N FN F洛洛（N N是导体中运动的是导体中运动的电荷数）电荷数）c.c.方向关系：方向关系：F F安安与与F F洛洛方向相同方向相同d.Fd.F安安与与F F洛洛本质都是磁场对运动电荷的作用力本质都是磁场对运动电荷的作用力4 4、洛伦兹力与安培力的关系、洛伦兹力与安培力的关系例例4:4

13、:当一带正电当一带正电q q的粒子以速度的粒子以速度v v沿螺线管中轴线进沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则入该通电螺线管，若不计重力，则( )( )A A带电粒子速度大小改变；带电粒子速度大小改变；B B带电粒子速度方向改变；带电粒子速度方向改变；C C带电粒子速度大小不变；带电粒子速度大小不变；D D带电粒子速度方向不变。带电粒子速度方向不变。CDCD. .反思：反思：带点粒子在磁场中受不受洛伦兹力决定于带点粒子在磁场中受不受洛伦兹力决定于速度的方向和磁场的方向，所以在速度已知的情速度的方向和磁场的方向，所以在速度已知的情况下，一定要弄清磁场的分布特点。况下，一定要弄清磁场的分

14、布特点。例例5 5：带电荷量为：带电荷量为+q+q的粒子在匀强磁场中运动的粒子在匀强磁场中运动, ,下面说法中正确的是下面说法中正确的是( ( ) )A A只要速度大小相同只要速度大小相同, ,所受洛伦兹力就相同所受洛伦兹力就相同. . B B如果把如果把+q+q改为改为-q,-q,且速度反向、大小不变且速度反向、大小不变, ,则洛伦兹力的大小不变则洛伦兹力的大小不变. .C C洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直, ,磁场方向一定与电荷运动方向垂直磁场方向一定与电荷运动方向垂直. .D D粒子只受到洛伦兹力的作用粒子只受到洛伦兹力的作用. .不可能做匀不可能做

15、匀速直线运动速直线运动. .BDBD例例6 6：摆长为：摆长为L L的单摆在匀强磁场中摆动，摆动的单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线始终绷紧，若摆球带正电，电量为中摆线始终绷紧，若摆球带正电，电量为q q，质量为质量为m m，磁感应强度为，磁感应强度为B B，当小球从最高处摆，当小球从最高处摆到最低处，摆线上拉力到最低处，摆线上拉力T T多大？多大？摆球在运动中洛伦兹力不做功，由动能定理得：摆球在运动中洛伦兹力不做功，由动能定理得： 211c o s2m g Lm v21c o svg L摆球在最低点时的速度方向不同，摆球在最低点时的速度方向不同，洛伦兹力方向不同，绳受到的拉力洛伦兹力方向不同，

16、绳受到的拉力大小不同大小不同 21FvTm gmL洛121 cosTmgmgBqv32cos21 cosmgmgBqgL例例7 7：质量：质量m m = 0.1= 0.11010-3-3kgkg的小物块，带有电量的小物块，带有电量为为 q q = 5= 51010-4-4C C的正电荷，放在斜面上，斜面的正电荷，放在斜面上，斜面的倾角的倾角= 30= 30，物块与斜面间的动摩擦因数，物块与斜面间的动摩擦因数= 0.4= 0.4。设整个斜面放在匀强磁场中，。设整个斜面放在匀强磁场中，B B = = 0.5T0.5T，方向如图，若斜面足够长，问：，方向如图，若斜面足够长，问：（1 1）物块下滑时，

17、能达到的最大速率为多少？）物块下滑时，能达到的最大速率为多少？（2 2）如果将磁场反向，其他条件不变，物块下）如果将磁场反向，其他条件不变，物块下滑时将发生什么情况？滑时将发生什么情况？ （1 1）v v = 1.5 m /s= 1.5 m /s (2) (2)物体离开斜面运动物体离开斜面运动1 1、电视显像管的工作原理、电视显像管的工作原理主要构造主要构造: :电子枪（阴极）、偏转线圈、电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等荧光屏等二、应用二、应用【思考与讨论】【思考与讨论】1 1若要使电子束在水平方向偏离若要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的点，中心，打在荧光屏上的点，偏转磁场应该沿什

18、么方向？偏转磁场应该沿什么方向？2 2若要使电子束打在点，磁若要使电子束打在点，磁场应该沿什么方向？场应该沿什么方向？3 3若要使电子束打在荧光屏上的位置由逐渐向若要使电子束打在荧光屏上的位置由逐渐向点移动，偏转磁场应该怎样变化？点移动，偏转磁场应该怎样变化？垂直纸面向外垂直纸面向外 垂直纸面向里垂直纸面向里先垂直纸面向里并逐渐减小，先垂直纸面向里并逐渐减小，然后垂直纸面向外并逐渐增大。然后垂直纸面向外并逐渐增大。 在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，有一种能量被称为有一种能量被称为“太阳风太阳风”。这是一束可以。这是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗

19、粒流，该太阳覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400400公里的速度撞击地球磁场，公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏磁场使该颗粒流偏向地磁极下落向地磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击，它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩，形成极光。在南极地区形成的极光特征色彩，形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象，叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象，称之为北极光。称之为北极光