运动电荷在磁场中的受力

1、5. 磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力第三章第三章 磁场磁场回顾回顾复习：复习：1 1、安培力的定义：、安培力的定义：sinBILF磁场对通电导线的作用力磁场对通电导线的作用力方向的判断：方向的判断：左手定则左手定则大小的计算：大小的计算：2、电流是如何形成的？电流是如何形成的？3 3、由上述的两个问题你可以想到什么？、由上述的两个问题你可以想到什么？ 磁场对通电导线的安培力可能是作用在大磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷的作用力的宏观表现，也就是说磁量运动电荷的作用力的宏观表现，也就是说磁场可能对运动电荷有力的作用。场可能对运动电荷有力的作用。电流是由电荷的定向移动形

2、成的电流是由电荷的定向移动形成的阴极射线管阴极射线管演示：用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用演示：用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用 电子射线管的原理：从阴极发射出来电子，在阴电子射线管的原理：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。显示电子束的运动轨迹。 1 1 、没有磁场时，接通高压电源可以观察到什么现象。、没有磁场时，接通高压电源可以观察到什么现象。2 2、若、若在电子束的路径上加磁场，可以观察到什么现象？在电子

3、束的路径上加磁场，可以观察到什么现象？3 3、改变磁场的方向，通过观察从而、改变磁场的方向，通过观察从而判断运动的电子在各判断运动的电子在各个方向磁场中的受力方向。个方向磁场中的受力方向。现象现象 :不加磁场时不加磁场时:问题问题:加垂直纸面加垂直纸面向里的磁场向里的磁场加垂直纸面加垂直纸面向外的磁场向外的磁场一、洛伦兹力：一、洛伦兹力：1、定义：磁场对运动电荷的作用力。、定义：磁场对运动电荷的作用力。通电导线在磁场中所受安培力通电导线在磁场中所受安培力实际是洛伦兹力的宏观表现。实际是洛伦兹力的宏观表现。 洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，18531853年年7 7月

4、月1818日生于阿纳姆。洛伦兹创立了经典电子论，提出日生于阿纳姆。洛伦兹创立了经典电子论，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。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从政府决定从19451945年起，把他的生日定为年起，把他的生日定为“洛伦兹洛伦兹节节”。洛伦兹（洛伦兹（1853185319281928）左手定则左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，让磁感线垂直，并且都和手掌在一个平面内，让磁感线从掌心进入，并

5、使四指指向从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。中所受洛伦兹力的方向。如果运动的是负电荷，则四指指向负电荷运动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。受洛伦兹力的方向。2、方向判断：左手定则、方向判断：左手定则例题例题1 1、试判断下图中所示的带电粒子刚进入、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磁场时所受的洛伦兹力的方向。 甲甲 乙乙 丙丙 丁丁垂直纸垂直

6、纸面向里面向里垂直纸垂直纸面向里面向里（2 2）当）当v v平行于平行于B B时：时：（3 3）当）当v v垂直于垂直于B B时：时：F=qvBF=0推导：推导： 设有一段长度为设有一段长度为L的通电导线，横截面积为的通电导线，横截面积为S，单位体积内含有的自由电荷数为单位体积内含有的自由电荷数为n，每个自由电荷，每个自由电荷的带电量为的带电量为q，定向移动的平均速率为，定向移动的平均速率为V，3、洛伦兹力的大小：、洛伦兹力的大小： 因为因为InVSq，安培力，安培力F安安=BIL可看作每个运动可看作每个运动电荷所受的洛伦兹力的合力。运动电荷总数为电荷所受的洛伦兹力的合力。运动电荷总数为nLS

7、。所以：所以：nLSF=BnVSqL洛仑兹力：洛仑兹力：F=qVB (V垂直垂直B）（1）当）当V=0 即电荷静止时即电荷静止时 F=0公式公式F=qVB中，中， q、v、 B的含义。的含义。q：带电粒子所带电量的绝对值。：带电粒子所带电量的绝对值。v：带电粒子运动的速率。：带电粒子运动的速率。B：磁感应强度的大小。：磁感应强度的大小。F=qVBF=qVB是电荷的速度方向与是电荷的速度方向与B B垂直得出的，垂直得出的，若电荷若电荷q q的速度的速度V V与与B B不垂直不垂直, ,如何分析呢如何分析呢? ?V洛伦兹力洛伦兹力：F=qVB F=qVB (V(V垂直于垂直于B B）sin (FB

8、qvB v 为 与的夹角）B1B24、洛伦兹力的特点、洛伦兹力的特点（1）、洛伦兹力的方向既垂直于磁场方）、洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于速度方向，即垂直于磁场和向，又垂直于速度方向，即垂直于磁场和速度所组成的平面。速度所组成的平面。（2）、洛伦兹力对电荷永不做功，即不）、洛伦兹力对电荷永不做功，即不改变速度的大小，只改变速度的方向。改变速度的大小，只改变速度的方向。（3）、安培力是洛伦兹力的宏观体现）、安培力是洛伦兹力的宏观体现cosFSW )90(05、比较电场和磁场对电荷的作用力、比较电场和磁场对电荷的作用力1） 电荷在电场中电荷在电场中一定一定要受到电场力的作用要受到电场力的

9、作用.电荷在磁场中电荷在磁场中不一定不一定要受到洛伦兹力力的作用要受到洛伦兹力力的作用.2）电场力的大小电场力的大小F=qE洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小F=qvB3）电场力方向与电场方向电场力方向与电场方向平行平行4）洛伦兹力方向与磁场方向洛伦兹力方向与磁场方向垂直垂直电场力对运动的电荷电场力对运动的电荷可能做正功，负功，或不做功。可能做正功，负功，或不做功。洛伦兹力对运动的电荷洛伦兹力对运动的电荷一定不一定不做功做功例例2. 如图所示，运动电荷电量为如图所示，运动电荷电量为q=210-8C，电性，电性图中标明，运动速度图中标明，运动速度v=4103ms，匀强磁场磁感应，匀强磁场磁感应强度为强

10、度为B=0.5T，求电荷受到的洛仑兹力的大小和方向，求电荷受到的洛仑兹力的大小和方向大小都为：大小都为：5-104N垂直纸垂直纸面向外面向外垂直纸垂直纸面向里面向里例例3. 如图所示，某一带电粒子垂直射入一个垂直纸如图所示，某一带电粒子垂直射入一个垂直纸面向外的匀强磁场，并经过面向外的匀强磁场，并经过P点，试判断带电粒子点，试判断带电粒子的电性。的电性。 因为粒子受洛伦兹力而向下偏，由左手定则知：因为粒子受洛伦兹力而向下偏，由左手定则知：粒子带负电粒子带负电例例4.当一带正电当一带正电q的粒子以速度的粒子以速度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

11、计重力，则 A带电粒子速度大小改变；带电粒子速度大小改变；B带电粒子速度方向改变；带电粒子速度方向改变；C带电粒子速度大小不变；带电粒子速度大小不变；D带电粒子速度方向不变。带电粒子速度方向不变。CD练习练习1.1.电子以初速度电子以初速度V V垂直进入磁感应强度为垂直进入磁感应强度为B B的的匀强磁场中匀强磁场中, ,则则( )( ) A. A.磁场对电子的作用力始终不变磁场对电子的作用力始终不变. . B. B.磁场对电子的作用力始终不做功磁场对电子的作用力始终不做功 C.C.电子的速度始终不变电子的速度始终不变. . D. D. 电子的动能始终不变电子的动能始终不变B、D二、电视显像管的

12、工作原理二、电视显像管的工作原理学生阅读教材相关内容，思考并回答问题。电子束是怎学生阅读教材相关内容，思考并回答问题。电子束是怎样实现偏转的？样实现偏转的？ 问题问题1:要是电子打在要是电子打在A点，偏转磁场应该沿什么方向？点，偏转磁场应该沿什么方向？问题问题2:要是电子打在要是电子打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？点，偏转磁场应该沿什么方向？问题问题3:要是电子打从要是电子打从A点向点向B点逐渐移动，偏转磁场应该点逐渐移动，偏转磁场应该怎样变化？怎样变化？ 3、要是电子打从、要是电子打从A点向点向B点逐渐移动，偏转磁场应该先点逐渐移动，偏转磁场应该先垂直纸面向外并逐渐减小，然后垂直纸面向里并逐渐增垂直纸面向外并逐渐减小，然后垂直纸面向里并逐渐增大。大。 原理及构造：原理及构造：应用应用电子束磁偏转的道理电子束磁偏转的道理电子枪（阴极）、偏转线电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等圈、荧光屏等答：答：1、要是电子打在、要是电子打在A点，偏转磁场应该垂直纸面向外点，偏转磁场应该垂直纸面向外.2、要是电子打在、要是电子打在B点，偏转磁场应该垂直纸面向里点，偏转磁场应该垂直纸面向里.电子打在荧光屏上只能有一个亮点，为什么整个电子打在荧光屏上只能有一个亮点，为什么整个荧光屏都能发光？学生阅读教材，进一步了