第五节运动电荷在磁场中受到的力(第1课时)

1、学习目标：学习目标： 1、知道什么是洛伦兹力、知道什么是洛伦兹力.利用左手定则利用左手定则判断洛伦兹力的方向判断洛伦兹力的方向. 2、知道洛伦兹力大小的推理过程、知道洛伦兹力大小的推理过程. 3、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子,受到洛伦兹力大小的计算受到洛伦兹力大小的计算. 4、了解、了解v和和B垂直时的洛伦兹力大小及垂直时的洛伦兹力大小及方向判断方向判断.理解洛伦兹力对电荷不做功理解洛伦兹力对电荷不做功. 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.复习回顾复习回顾方向方向:IB3 0IB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安培

2、力安培力: :1、磁场对通电导线的作用力、磁场对通电导线的作用力大小大小:sinBILF FF左手定则左手定则为为B和和I之间的夹角之间的夹角 2、通电导线中的通电导线中的电流是怎样形成的呢电流是怎样形成的呢?【思考【思考】既然磁场对电流有力的作用既然磁场对电流有力的作用,而电流是由电荷的定向移动形成的而电流是由电荷的定向移动形成的.那那么磁场是否对运动电荷也有作用力呢么磁场是否对运动电荷也有作用力呢?电荷的定向移动形成的电荷的定向移动形成的nqvSI 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?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，在阴阳两从阴极发射出来电子，

3、在阴阳两极间的高压作用下，使电子加速，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，可以显示电子束屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹。的运动轨迹。让事实说话让事实说话实验现象：实验现象： 在没有外磁场时，电子束沿直在没有外磁场时，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弯管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。曲。结论：磁场对运动电荷有作用力结论：磁场对运动电荷有作用力. 荷兰物理学家，他荷兰物理学家，他是电子论的创始人、相是电子论的创始人、相对论中洛伦兹变换的建对论中洛伦兹变

4、换的建立者，并因在原子物理立者，并因在原子物理中的重要贡献（塞曼效中的重要贡献（塞曼效应）获得第二届（应）获得第二届（19021902年）诺贝尔物理学奖。年）诺贝尔物理学奖。被爱因斯坦称为被爱因斯坦称为“我们我们时代最伟大，最高尚的时代最伟大，最高尚的人人”。荷兰物理学家荷兰物理学家 洛伦兹洛伦兹(Lorentz， 18531928)运动电荷在磁场中受到的作用力运动电荷在磁场中受到的作用力磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力 磁场对电流有安培力的作用磁场对电流有安培力的作用,而电而电流是由电荷定向运动形成的流是由电荷定向运动形成的,且磁场对且磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用运动电荷有洛伦

5、兹力的作用.所以所以安培安培力是洛伦兹力的力是洛伦兹力的宏观表现宏观表现.一、洛伦兹力的定义一、洛伦兹力的定义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?安培力是洛伦兹力的安培力是洛伦兹力的宏观表现宏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+IF-IF1.判定安培力方向。判定安培力方向。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.安培力方向和洛伦兹力方向的关系。安培力方向和洛伦兹力方向的关系。4.电荷

6、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。 想一想二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向左手定则：左手定则：伸开左手伸开左手, ,使拇指与其余使拇指与其余四指垂直且处于同一平面内四指垂直且处于同一平面内; ;让磁感让磁感线从掌心进入线从掌心进入, ,使四指指向正电荷运使四指指向正电荷运动的方向动的方向, ,拇指所指的方向就是正电拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向荷所受洛伦兹力的方向 如果是如果是负电荷负电荷,我们应如何我们应如何判定洛伦兹力的方向判定洛伦兹力的方向?FFvqv-q四指的方向四指的方向电流的方向电流的方向正电荷的运动方向正电荷的运动

7、方向负电荷运动的负电荷运动的反反方向方向二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向vFvFvBF垂直于垂直于纸面向外纸面向外F垂直于垂直于纸面向外纸面向外v甲乙丙丁训练巩固：训练巩固：试判断下图中的带电粒子试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向 BBB1、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、正、负负电荷受到的洛伦兹力方向电荷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组成的平面组成的平面B F洛洛v洛伦兹力大小可能会与哪些因素洛伦兹力大小可能会与哪些因素有关有关?当电荷运动方向跟磁场方向垂直时当电荷

8、运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力的大小跟三个因素相关洛伦兹力的大小跟三个因素相关:1.磁感应强度磁感应强度B2.电荷量电荷量q3.电荷运动快慢电荷运动快慢v三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小vvvv设有一段长为设有一段长为L，横，横截面积为截面积为S的直导线，的直导线，单位体积内的自由电荷单位体积内的自由电荷数为数为n，每个自由电荷，每个自由电荷的电荷量为的电荷量为q，自由电，自由电荷定向移动的速率为荷定向移动的速率为v.这段通电导线垂直磁场这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求的匀强磁场中，求三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小IFvvvv(1)通电

9、导线中的电流通电导线中的电流(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qvBnSLLnqvSBNFF)(安洛nSLN nqvSI LnqvSBBILF)(安单位：单位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T)qvBF洛电荷量为电荷量为q的粒子以速度的粒子以速度v运动时运动时,如果速度方向与磁感应强度方向如果速度方向与磁感应强度方向垂直垂直,那么粒子所受的洛伦兹力为那么粒子所受的洛伦兹力为(v垂直垂直B)三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小问题问题:若带电粒子不垂直射入磁若带电粒子不垂直射

10、入磁场场,粒子受到的洛伦兹力又如何呢粒子受到的洛伦兹力又如何呢?V2V1(vB)(vB)特例特例: :qvBF 洛0洛F当运动电荷的速度当运动电荷的速度v v方向与磁感应强方向与磁感应强度度B B方向的夹角为方向的夹角为，电荷所受的洛伦兹，电荷所受的洛伦兹力大小为力大小为 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

11、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 电荷量为电荷量为q的粒子在匀强磁场中运的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的是动，下列说法正确的是( )A只要速度大小相同，所受洛伦兹力就只要速度大小相同，所受洛伦兹力

12、就相同相同B如果把如果把q改为改为- -q，且速度反向，大，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小方向不变小不变，则洛伦兹力的大小方向不变C洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂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直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直D粒子的速度一定变化粒子的速度一定变化课课 堂堂 练练 习习 来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进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，将入地球周围的空间时，将( )A竖直向下沿直线竖直向下沿直线射向地面射向地面B相对于预定地面相

13、对于预定地面向东偏转向东偏转C相对于预定点稍向西偏转相对于预定点稍向西偏转D相对于预定点稍向北偏转相对于预定点稍向北偏转V V课课 堂堂 练练 习习人类首次拍到南北极光人类首次拍到南北极光“同放光彩同放光彩”奇奇景景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，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400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。