磁场对运动电荷的作用(上课用)

1、四川省安县中学四川省安县中学 邱光兵邱光兵2015年年12月月接通电源后，导线接通电源后，导线将怎样运动将怎样运动?NS课前复习：课前复习：1 1、磁场对通电导线的作用力的大小和方向？、磁场对通电导线的作用力的大小和方向？2 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，也就是大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。说磁场可能对运动电荷有力的作用。电荷的定向移动形成的电荷的定向移动形成的大小：大

2、小：F FI I L BsinL Bsin方向：左手定则方向：左手定则原来：原来：导体中的电流是由电荷导体中的电流是由电荷的定向移动形成的的定向移动形成的iiiI=I=nqvsnqvs磁场对通电导体磁场对通电导体有力的作用有力的作用I IF F=ILB=nqvsLB=ILB=nqvsLBiiifffF=NF=NF F洛洛磁场对通电磁场对通电导体的导体的安培安培力力是作用在是作用在运动电荷上运动电荷上的的洛伦兹力洛伦兹力的的宏观表现宏观表现L长导体长导体中有中有N个个带电粒子带电粒子（一）运动电荷在磁场中受到的作用力,我们把这个力称为洛伦兹力。安培力安培力洛仑兹力洛仑兹力磁场对磁场对电流电流的作

3、用的作用磁场对磁场对运动电荷运动电荷的作用的作用因因果果微观原因微观原因宏观表现宏观表现荷兰物理学家，他是电子论的创始人、相对论中洛伦兹变换的建立者，并因在原子物理中的重要贡献（塞曼效应）获得第二届（1902年）诺贝尔物理学奖。被爱因斯坦称为“我们时代最伟大，最高尚的人”。（18531928）洛伦兹洛伦兹+IF-IF1.1.判定安培力方向。判定安培力方向。2.2.电流方向和电荷运动方向的关系。电流方向和电荷运动方向的关系。3.F3.F安安的方向和洛伦兹力方向的关系。的方向和洛伦兹力方向的关系。4.4.电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系。方向的关系。 想一

4、想 伸开左手，使拇指和其余四指垂直，伸开左手，使拇指和其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向从掌心进入，并使四指指向正正电荷运动电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是的方向，这时拇指所指的方向就是正正电电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。（二）洛伦兹力方向的判断左手定则 四指指向四指指向负负电荷运动的电荷运动的反反方向，拇方向，拇指所指的方向就是指所指的方向就是负负电荷所受洛伦兹力电荷所受洛伦兹力的方向。的方向。1.以相同速度进入同一磁场的以相同速度进入同一磁场的正、负正、负电荷受到的洛伦兹力方向电荷

5、受到的洛伦兹力方向相反相反2.洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向垂直垂直于于v和和B组成的组成的平面平面B F洛洛v+v-v-v+v 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。 FFF向内向内F向外向外vvvv三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小IFvvvv(1)通电导线中的电流通电导线中的电流qvBnSLLnqvSBNFF)(安洛nSLN LnqvSBBILF)(安(2)通电导线所受的安培力通电导线所受的安培力(3)这段导线内的自由电荷数这段导线内的自由电荷数(4)每个电荷所受的洛伦兹力每个电荷所受的洛伦兹力I = Q/t = nqSvqvBF洛(v垂直垂直B)三、洛伦兹力的大小

6、三、洛伦兹力的大小qvBF洛(v垂直垂直B)三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小v2v1v2v1单位：单位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T)三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小sinqvBF 洛(vB)(vB)特例特例: :qvBF 洛0洛F(vB)(vB)特例特例: :qvBF 洛0洛F课课 堂堂 练练 习习B课课 堂堂 练练 习习B课课 堂堂 练练 习习vv（四）巩固练习 C221mvmgR RmvqvBmgN2 gRqBmgqvBmgN233 单位：单位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T)三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小sinqvBF 洛(vB)(vB)特例特例

7、: :qvBF 洛0洛F(vB)(vB)特例特例: :qvBF 洛0洛F问题问题1:1:带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态? ?问题问题2:2:带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态? ?匀速直线运动匀速直线运动匀速圆周运动匀速圆周运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动问题问题3:3:带电粒子以一定角度射入匀强磁场的运动状态带电粒子以一定角度射入匀强磁场的运动状态? ?1 1）圆周运动的半径）圆周运动的半径2 2）圆周运动的周期）圆周运动的周期问题问题3:3:推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径推导

8、粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径r r和运动周期和运动周期T,T,与粒子的速度与粒子的速度v v和磁场的强度和磁场的强度B B的关系表达式的关系表达式RvmqvB2qBmvR vRT2qBmT2一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态带电粒子在磁场中运动情况研究：Tt2qBmT2注意：注意：用弧度表示几何法求半径向心力公式求半径利用vR利用弦的中垂线1.如图，虚线上方存在无穷大的磁场，一带正电的粒子质如图，虚线上方存在无穷大的磁场，一带正电的

9、粒子质量量m m、电量、电量q q、若它以速度、若它以速度v v沿与虚线成沿与虚线成30300 0、60600 0、90900 0、1201200 0、1501500 0、1801800 0角分别射入，请你作出上述几种情况下角分别射入，请你作出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。有界磁场问题：有界磁场问题：入射角入射角300时时qBmqBmt3261入射角入射角1500时时qBmqBmt35265粒子在磁场中做圆周运动的对称规律：粒子在磁场中做圆周运动的对称规律：从同一直线边界射入的粒子，从同一边界射出时，从同一直线边界射入的粒子，从同一边

10、界射出时，速度与边界的夹角相等。速度与边界的夹角相等。1 1、两个对称规律、两个对称规律：H21H31He42V V0 0P PM MO OV VV VP PM MO O(偏向角）偏向角）vvO 例：垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为d的条形区域内，磁感应强度为B一个质量为m、电量为q的粒子以一定的速度垂直于磁场边界方向从点垂直飞入磁场 区，如图所示，当它飞离磁场区时，运动方向偏转角试求粒子的运动速度v以及在磁场中运动的时间t临界问题临界问题例题讲解例题讲解带电粒子在带电粒子在无界无界匀强磁场中的运动匀强磁场中的运动F洛洛=0匀速直线运动匀速直线运动F洛洛=Bqv匀速圆周运动匀速圆周运动F洛洛=Bqv等距螺旋（等距螺旋（090）V/BVBv与与B成成角角mVRqB2 mTqB在在只只有有洛洛仑仑兹兹力力的的作作用用下下qBmvR qBmT2RvmqvB2vRT2 1. 1.