第五节、磁场对运动电荷的作用

1、欣赏：美丽的极光学习目标学习目标 5、了解电视显像管的工作原理、了解电视显像管的工作原理 什么是电流？什么是电流？ 电荷的定向移动形成电流电荷的定向移动形成电流. 磁场对电流有力的作用，电流是磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，我们由电荷的定向移动形成的，我们会想到：这个力可能是作用在运会想到：这个力可能是作用在运动电荷上的，而安培力是作用在动电荷上的，而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现运动电荷上的力的宏观表现.演示实验观察演示实验观察磁场阴极射线在磁场阴极射线在磁场中的偏转磁场中的偏转（100页图页图3。5-1） 1、洛伦兹力的方向和大小、洛伦兹力的方向和大小 洛伦兹力

2、：运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力作用力. 通电导线在磁场中所受通电导线在磁场中所受安培力是洛伦安培力是洛伦兹力的宏观表现兹力的宏观表现. 磁场对电流作用力的磁场对电流作用力的实质是磁场对运实质是磁场对运动电荷的作用力动电荷的作用力 判洛伦兹力的方向步骤判洛伦兹力的方向步骤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.（电（电流方向和正电荷运动方向相同，和负电流方向和正电荷运动方向相同，和负电荷运动方向相反）荷运动方向相反）F安的方向和洛伦兹力方向关系安的方向和洛伦兹力方向关系.（F安安的方向和正电荷所受的洛伦兹力的方向的方向和正电荷所受的洛伦兹力的方向

3、相同，和负电荷所受的洛伦兹力的方向相同，和负电荷所受的洛伦兹力的方向相反相反.）电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系向的关系.（学生分析总结）（学生分析总结） V2V1【明确明确】 正电荷运动方向应与左手四指指向正电荷运动方向应与左手四指指向一致。一致。负电荷运动方向则应与左负电荷运动方向则应与左手四指指向相反手四指指向相反(先确定先确定负电荷形成电流的方向，负电荷形成电流的方向，再用左手定则判定再用左手定则判定) 判断下图中所示的带电粒子刚进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入磁场时所受的洛伦兹力的方向 洛伦兹力的大小洛伦兹力的大

4、小 洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小 设有一段长度为设有一段长度为L的通电导线，横的通电导线，横截面积为截面积为S，导线每单位体积中含，导线每单位体积中含有的自由电荷数为有的自由电荷数为n，每个自由电，每个自由电荷的电量为荷的电量为q，定向移动的平均速，定向移动的平均速率为率为v，将这段导线垂直于磁场方，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为向放入磁感应强度为B的磁场中的磁场中. 问题这段导线中电流问题这段导线中电流I的微观表达式是多少？的微观表达式是多少？ I的微观表达式为的微观表达式为I=nqSv 问题这段导体所受的安培力为多大？问题这段导体所受的安培力为多大？ F安安=BIL 问题这段导体

5、中含有多少自由电荷数？问题这段导体中含有多少自由电荷数？这段导体中含有的电荷数为这段导体中含有的电荷数为nLS. 问题每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多问题每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？大？ 安培力可以看作是作用在每个运动上的洛伦兹力安培力可以看作是作用在每个运动上的洛伦兹力F的合力，这段导体中含有的自由电荷数为的合力，这段导体中含有的自由电荷数为nLS,所以所以 F= F安安/nLS = BIL/nLS = nqvSLB/nLS =qvB思考与讨论思考与讨论（1）洛伦兹力方向与带电粒子的运动方向有什么关系？ 洛伦兹力方向与带电粒子运动方向垂直垂直（2）洛伦兹力带电粒子运动的速度有什么

6、影响？ 只改变改变粒子速度的方向方向，不改变不改变粒子速度的大小大小（3）洛伦兹力对带电粒子做的功是多少？ 由于洛伦兹力方向始终与带电粒子运动方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功洛伦兹力对运动电荷不做功 例例1 1、来自宇宙的质子流，以、来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将入地球周围的空间时，将( )( ) A A. .竖直向下沿直线射向竖直向下沿直线射向 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

7、D. .相对于预定点稍向北偏转相对于预定点稍向北偏转B 例例2 2：一电荷：一电荷Q Q在某一匀强磁场中沿在某一匀强磁场中沿垂直于磁场方向的圆周运动垂直于磁场方向的圆周运动, ,判断下判断下面几种说法是否正确面几种说法是否正确, ,并说明理由并说明理由. .A A. .只要速度的大小相同只要速度的大小相同, ,所受的洛伦所受的洛伦兹力就相同兹力就相同B B. .如果速度不变如果速度不变, ,把电荷把电荷Q Q改为改为- -Q Q, ,洛洛伦兹力的方向将反向伦兹力的方向将反向, ,但大小不变但大小不变 C C. .如果速度不变如果速度不变, ,把把B B反向反向, ,洛伦兹力洛伦兹力的方向将反向

8、的方向将反向, ,但大小不变但大小不变例例3 3、在只受洛伦兹力的条件下在只受洛伦兹力的条件下, ,关于带关于带电粒子在匀强磁场中的运动电粒子在匀强磁场中的运动, ,下列说法中下列说法中正确的是正确的是D D、洛伦兹力始终与洛伦兹力始终与速度垂直，所以粒速度垂直，所以粒子在运动过程中的动能保持不变子在运动过程中的动能保持不变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，所以洛洛伦兹力不做功；伦兹力不做功；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A A、只要粒子的速度大小相同，带电量只要粒子的速度大小相同，带电量相同，粒子所受相同，粒子所受洛伦兹力大小就

9、相同洛伦兹力大小就相同F洛洛=qvB =1.6010-1931060.10N =4.810-14N 电子的速率电子的速率v=3106m/s,垂直射垂直射入入B=0.10T的匀强磁场中的匀强磁场中,它受到的它受到的洛伦兹力是多大洛伦兹力是多大?课课 堂堂 练练 习习解：因为解：因为v垂直垂直B,所以所受洛伦兹力大小所以所受洛伦兹力大小当一带正电当一带正电q的粒子以速度的粒子以速度v沿螺线管中轴沿螺线管中轴线进入该通电螺线管线进入该通电螺线管,若不计重力若不计重力,则则( )A带电粒子带电粒子速度大小改变速度大小改变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

10、变D带电粒子速度方向不变带电粒子速度方向不变B课课 堂堂 练练 习习1、构造、构造:电子枪(阴极)偏转线圈荧光屏等四、应用：电视显像管的工作原理四、应用：电视显像管的工作原理 （1）、要使电子打在A点,偏转磁场应该沿什么方向?垂直纸面向外垂直纸面向外（2）、要是电子打在B点,偏转磁场应该沿什么方向?垂直纸面向里垂直纸面向里（3）、要是电子打从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该怎样变化？先垂直纸面向外并逐渐减小先垂直纸面向外并逐渐减小,后垂直纸面向里并逐渐增大后垂直纸面向里并逐渐增大.2 2、工作原理：、工作原理：以正电荷为例以正电荷为例 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“太阳风”。这是一束可以覆盖地球的强大的带电带电亚原子颗粒流，该太阳风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400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、绿或蓝等色的极光特征色彩，形成极光。在南极地区形成的叫南极光