第五节磁场对运动电荷的作用力

1、L/O/G/O2021-12-1412021-12-142演示实验演示实验: :电子射线管的原理：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荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹。迹。实验现象：实验现象：在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。弯曲。结论：磁场对运动电荷有作

2、用。结论：磁场对运动电荷有作用。 2021-12-143一、洛伦兹力一、洛伦兹力1.1.定义定义：运动电荷在磁场中受到的作用力叫做：运动电荷在磁场中受到的作用力叫做洛洛伦兹力伦兹力2.2.为什么磁场对通电导线有作用力？为什么磁场对通电导线有作用力？磁场对电流有安培力的作用磁场对电流有安培力的作用, ,而电流是由电荷定向而电流是由电荷定向运动形成的运动形成的, ,且磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用且磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用. .所以磁场对电流的安培力就是磁场对运动电荷的所以磁场对电流的安培力就是磁场对运动电荷的洛伦兹力的宏观表现洛伦兹力的宏观表现安培力是洛伦兹力的安培力是洛伦兹力的宏观表现宏

3、观表现洛伦兹力是安培力的洛伦兹力是安培力的微观本质微观本质2021-12-144思考：如果是负电荷思考：如果是负电荷, ,我们应如何判定洛伦兹力的我们应如何判定洛伦兹力的方向方向? ?二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向1.1.左手定则左手定则：伸开左手：伸开左手, ,使大拇指和其余四指垂直使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内且处于同一平面内, ,把手放入磁场中把手放入磁场中, ,让磁感线垂让磁感线垂直穿过手心直穿过手心, ,若若四指指向正电荷四指指向正电荷运动的方向运动的方向, ,那么那么拇指所指拇指所指的方向就使正电荷所受的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向 F Fv vq

4、qF Fv v-q-q2021-12-145v vF FB甲甲F Fv vB B乙乙B Bv v丙丙B Bv v丁丁训练训练1 1：试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所：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受的洛伦兹力的方向 结论：结论：1 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、负电荷电荷受到的洛伦兹力方向受到的洛伦兹力方向相反相反2 2、洛伦兹力的方向、洛伦兹力的方向垂直垂直于于v v和和B B组成的平面组成的平面v vF FB甲甲F Fv vB B乙乙2021-12-146三、洛伦兹力大小三、洛伦兹力大小设有一段长为设有一段长为L L，横截面积为

5、，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。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为垂直磁场方向放入磁感应强度为B B的匀强磁场中，的匀强磁场中，求求（1 1）通电导线中的电流）通电导线中的电流（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2021-12-147问题问题: :若带电粒子不垂直射入磁场若带电

6、粒子不垂直射入磁场, ,电子受到的洛电子受到的洛伦兹力又如何呢伦兹力又如何呢? ?B BF洛v vB BB B为为B B和和v v之之间的夹角间的夹角 B BV VB BB B1.1.大小大小：电荷量为：电荷量为q q的粒子以速度的粒子以速度v v运动时运动时, ,如如果速度方向与磁感应强度方向果速度方向与磁感应强度方向垂直垂直, ,那么粒子那么粒子所受的洛伦兹力为所受的洛伦兹力为(v(v垂直垂直B B）2021-12-148当运动电荷的速度当运动电荷的速度v v方向与磁感应强度方向与磁感应强度B B方向的夹方向的夹角为角为，电荷所受的洛伦兹力大小为，电荷所受的洛伦兹力大小为 练习练习2 2：

7、电子的速率：电子的速率v=3v=310106 6m/s,m/s,垂直射入垂直射入B=0.10TB=0.10T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？大？解：因为解：因为v v垂直垂直B B，所以所受洛伦兹力大小，所以所受洛伦兹力大小F F洛洛=qvB=qvB =1.60 =1.601010-19-193 310106 60.10N0.10N =4.8 =4.81010-14-14N N2021-12-149课堂练习课堂练习3 3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沿螺线管中轴线进入沿螺线管中轴线进入该通电螺线管该通电螺线管, ,若不计重力若不

8、计重力, ,则则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B B2021-12-1410课堂练习课堂练习4 4电荷量为电荷量为q q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的是正确的是( )( )A A只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同只要速度大小相同，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，则洛伦兹力的大小方向不变则洛伦兹力的大小方向不变C C洛伦兹力方向一定

9、与电荷速度方向垂直，磁场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方向一定与电荷运动方向垂直D D粒子的速度一定变化粒子的速度一定变化2021-12-1411课堂练习课堂练习5 5 来自宇宙的质子流，以与地球表面垂来自宇宙的质子流，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，将进入地球周围的空间时，将( )( )A A竖直向下沿直线射向地面竖直向下沿直线射向地面B B相对于预定地面向东偏转相对于预定地面向东偏转C C相对于预定点稍向西偏转相对于预定点稍向西偏转D D相对于预定点稍向北偏转相对于预

10、定点稍向北偏转V V2021-12-1412思考与讨论：思考与讨论：带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？力对带电粒子是否做功？1.1.洛伦兹力的方向既垂直于磁场洛伦兹力的方向既垂直于磁场, ,又垂直于速度又垂直于速度, ,即垂直于即垂直于v v和和B B所组成的平面所组成的平面2.2.洛伦兹力只改变洛伦兹力只改变速度的方向速度的方向, ,不不改变速度的改变速度的大小大小 3.3.洛伦兹力对电荷洛伦兹力对电荷不做功不做功课堂练习课堂练习6：半球形光滑绝缘槽处于磁感应强度为半球形光滑绝缘槽处于磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,若将一带正电若将一带

11、正电,电量为电量为q,质量为质量为m的小球从绝缘槽的右侧最高点由静止释放的小球从绝缘槽的右侧最高点由静止释放,求小球求小球释放后将怎样运动释放后将怎样运动?2021-12-1413思考与讨论：思考与讨论：带电粒子在磁场中运动时受洛伦兹力带电粒子在磁场中运动时受洛伦兹力.而带电粒子而带电粒子在电场中受电场力在电场中受电场力.那么洛伦兹力与电场力有何区那么洛伦兹力与电场力有何区别？别？五、洛伦兹力和电场力的区别：五、洛伦兹力和电场力的区别：1.1.电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其运电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其运动状态无关；而电荷在磁场中不一定受到磁场力动状态无关；而电荷在磁场中不一

12、定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用。向不平行的电荷才受磁场力作用。 2.2.大小：大小：F F电电Eq, FEq, F洛洛=Bqvsin=Bqvsin。2021-12-14143.3.电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向；而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁方向；而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向。场方向，又垂直于运动方向。 4.4.电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运动除外）；而电荷在磁

13、场中运动时，磁场力一定动除外）；而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功。不会对电荷做功。2021-12-1415课堂练习课堂练习7 7：在图所示的平行板之间在图所示的平行板之间, ,电场强度电场强度E E和和磁感应强度磁感应强度B B相互垂直相互垂直, ,具有不同水平速度的带电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粒子射入后发生偏转的情况不同. .这种装置能把具这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来有某一特定速度的粒子选择出来, ,所以叫做速度选所以叫做速度选择器择器. .若带正电粒子入射速度若带正电粒子入射速度 , ,则下列说则下列说法正确的是法正确的是A.A.粒子动

14、能一定增加粒子动能一定增加, ,电场力做正功电场力做正功B.B.粒子所受洛伦兹力一定增大粒子所受洛伦兹力一定增大, ,洛伦兹力做正功洛伦兹力做正功C.C.粒子动能一定减少粒子动能一定减少, , 洛伦兹力不做功洛伦兹力不做功D.D.电场力不做功电场力不做功, ,洛伦兹力做正功洛伦兹力做正功BEv2021-12-1416B BI I若上极板电势高若上极板电势高. .就是就是p p型半导体型半导体; ;若下极板电势高若下极板电势高. .就是就是n n型半导体型半导体. .课堂练习课堂练习8:8:半导体靠自由电子半导体靠自由电子( (带负电带负电) )和空穴和空穴( (相相当于带正电当于带正电) )导

15、电导电, ,分为分为p p型半导体靠自由电子型半导体靠自由电子( (带带负电负电) )和空穴和空穴( (相当于带正电相当于带正电) )导电导电, ,分为分为p p型和型和n n型型两种两种.p.p型中空穴为多数载流子型中空穴为多数载流子;n;n型中自由电子为型中自由电子为多数载流子多数载流子. .用以下实验可以判定一块半导体材料用以下实验可以判定一块半导体材料是是p p型还是型还是n n型型: :将材料放在匀强磁场中将材料放在匀强磁场中. .通以图示通以图示方向的电流方向的电流I.I.用电压表判定上下两个表面的电势用电压表判定上下两个表面的电势高低高低. .从而判定判定一块半导体材料是从而判定

16、判定一块半导体材料是p p型还是型还是n n型型. .试分析原因试分析原因2021-12-1417课堂练习课堂练习9:9:绕有绝缘的通电导线的铁环绕有绝缘的通电导线的铁环, ,电流方向电流方向如图所示如图所示. .若有一电子束以垂直于纸面向里的速度若有一电子束以垂直于纸面向里的速度从从O O点射入点射入. .则电子的运动轨迹则电子的运动轨迹? ?向右偏转向右偏转向左偏转向左偏转向下偏转向下偏转向上偏转向上偏转2021-12-1418四、电视显像管的工作原理四、电视显像管的工作原理1.1.主要构造主要构造: :电子枪（阴极）、电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等偏转线圈、荧光屏等(1)_(1)_若要使电子束在水平方向若要使电子束在水平方向偏离中心偏离中心, ,打在荧光屏上的打在荧光屏上的A A点点, ,偏转磁场应该沿什么方向偏转磁场应该沿什么方向? ? (2)(2)若