第五节研究洛仑兹力2

1、1磁场对电流的作用力称为安培力。磁场对电流的作用力称为安培力。F F垂直于垂直于B B与与I I构成的平面构成的平面B与与I不一定垂直不一定垂直2生活中的现象34 太阳喷射出的太阳喷射出的带电粒子（称带电粒子（称太阳风）受地太阳风）受地球磁场的作用球磁场的作用而进入地球的而进入地球的两极地区，轰两极地区，轰击高层大气气击高层大气气体使其电离的体使其电离的彩色发光现象彩色发光现象称为极光称为极光5第五节第五节 研究洛仑兹力研究洛仑兹力洛伦兹洛伦兹H.A.Lorentz（1853-1928）荷兰物理学家荷兰物理学家6猜想：猜想： 1、磁场对电流有磁场力的作用，、磁场对电流有磁场力的作用，而电流是而

2、电流是电荷的定向移动电荷的定向移动,由此推理由此推理,你是否可以提出你是否可以提出某种猜想某种猜想?你的想法是你的想法是_磁场对运动电荷也应该有作用力磁场对运动电荷也应该有作用力7阴极阴极阳极阳极狭缝狭缝荧光荧光板板电子电子束束实验验证实验验证演示：阴极射线在磁场中的偏转演示：阴极射线在磁场中的偏转8当电子射线管的周围不存在磁场时，当电子射线管的周围不存在磁场时，电子的电子的运动轨迹运动轨迹是是直线直线当电子射线管的周围存在磁场当电子射线管的周围存在磁场时，时，电子的电子的运动轨迹运动轨迹是是曲线曲线磁场对运动电荷有力的作用磁场对运动电荷有力的作用结论结论9洛仑兹力的演示洛仑兹力的演示洛仑兹力

3、方向洛仑兹力方向如何判断？如何判断？103）磁流体船）磁流体船B电流电流BF海水海水进水进水出水出水发动机发动机接发电机接发电机IF电极电极11121314一、洛仑兹力的方向一、洛仑兹力的方向洛仑兹力对运动的电荷做功吗？为什么？洛仑兹力对运动的电荷做功吗？为什么？左手定则？左手定则？洛仑兹力方向如何判断方法洛仑兹力方向如何判断方法vBvBvB不做功，因为洛仑兹力始终垂直于速度不做功，因为洛仑兹力始终垂直于速度方向关系：方向关系： 1 1、f f洛洛v(v(一定一定) ) 2 2、 f f洛洛B (B (一定一定) ) 3. v 3. v与与B不一定垂直不一定垂直15vvFF16V2V1171、

4、判断下列粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向、判断下列粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向 +v60 +vvv45-1234BBBBFF垂直纸面向里垂直纸面向里不受力不受力训练训练-18洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向+vB垂直纸面向里垂直纸面向里19v0FIv0FI基础达标基础达标、判断下面几个图中电荷的受力方向、判断下面几个图中电荷的受力方向v0BIv0BIB思考思考1: F 、B 、V三个量的方向之间满足什么特点？三个量的方向之间满足什么特点？ （1）（2）（5）（6）v0BIv0FIB（3）20（2007） 18.如图如图6，在阴极射管正下方平行放，在阴极射管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直

5、导线，且置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会A.向上偏转向上偏转 B.向下偏转向下偏转C.向纸内偏转向纸内偏转 D.向纸外偏转向纸外偏转212.2.洛伦兹力方向的洛伦兹力方向的特点特点： (1)(1)洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向垂直于垂直于v v和和B B二者所决定的平面。二者所决定的平面。（ F F必定垂直于必定垂直于B B、v v，但，但B B不一定垂直于不一定垂直于v v）(2)(2)洛伦兹力洛伦兹力总总是跟运动的电荷的速度方向垂直，是跟运动的电荷的速度方向垂直，所以洛伦兹力只能改变运动电荷的速度所以洛伦兹力只

6、能改变运动电荷的速度 ， 方向方向大小大小而不改变速度的而不改变速度的 22 安培力是洛伦兹安培力是洛伦兹力的力的宏观表现。宏观表现。 电荷定向移动行电荷定向移动行成成电流。电流。23二、洛仑兹力的大小二、洛仑兹力的大小问题讨论：问题讨论：1 1、在长、在长L L的体积内的电荷数为的体积内的电荷数为N=N=_,_,这些电这些电荷完全通过截面积荷完全通过截面积S S的时间的时间t=_,t=_,n n：单位体积内的：单位体积内的 电荷数电荷数S S：导体截面积：导体截面积v v：电荷运动速度：电荷运动速度q q: :电荷的电量电荷的电量LS2 2、通过导线的电流强度、通过导线的电流强度I=_I=_

7、长度为长度为L L的的导线所受的导线所受的安培力安培力F=_F=_3 3、电量为、电量为q q, ,速度为速度为v v在垂直磁场在垂直磁场( (磁感应强度为磁感应强度为B B) )中中运动受到的洛仑兹力运动受到的洛仑兹力f=_f=_LSnL/vnqSvBnqSvLqvB原理：原理：安培力安培力可以看作是大量运动电荷可以看作是大量运动电荷所受所受洛仑兹力洛仑兹力的合力的的合力的宏观表现宏观表现24洛仑兹力的大小洛仑兹力的大小: :1 1公式公式: :qvBf =2 2适用条件适用条件: : 当当 vB 时时 f = qvB 当 vB 时 f = 0 （电荷不受洛仑兹力作用）（电荷不受洛仑兹力作用

8、） 3.3.单位：单位： f（N） q（c） v（m/s） B（T）fv0BBVVBVV252.说明（1）F=qvB只适用于vB的情况若v与B间的夹角为，则F = qvBsin v0Bv0sinv0cos（2 2）公式中各量的单位分别是）公式中各量的单位分别是N N、C C、m/sm/s、T T公式中，当公式中，当=90=900 0时，时，F= qvBF= qvB, ,当当=0=00 0或或1801800 0时，时，F=0F=02627应用：电视显像管的工作原理应用：电视显像管的工作原理 1 1、要是电子打在、要是电子打在A A点，偏转磁场点，偏转磁场应该沿什么方向？应该沿什么方向？垂直纸面向

9、外垂直纸面向外2 2、要是电子打在、要是电子打在B B点，偏转磁场点，偏转磁场应该沿什么方向？应该沿什么方向？垂直纸面向里垂直纸面向里3 3、要是电子打从、要是电子打从A A点向点向B B点逐渐移动，偏转磁场应点逐渐移动，偏转磁场应该怎样变化？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，然后垂直纸面向里并逐渐增大然后垂直纸面向里并逐渐增大。28形成等效电容形成等效电容关机的短暂时间荧幕中心为什么有亮点？关机的短暂时间荧幕中心为什么有亮点？2930欣赏欣赏“极光极光”31欣赏欣赏“极光极光”32地磁场改变宇宙射线中带电粒子地磁场改变宇宙射线中带电粒子的运动方向的运动方向保护作

10、用保护作用地磁场地磁场宇宙射线宇宙射线解释解释“极光极光”现现象象33三、洛仑兹力的应用三、洛仑兹力的应用速度选择器速度选择器S+离子源离子源fV+ + + +- - - -F电电解解: :粒子做匀速直线运粒子做匀速直线运动动, ,F F合合=0=0, ,qvB=qEqvB=qE, ,E EB B如右图如右图, ,若已知两板间存在若已知两板间存在相互正交相互正交的匀强电场的匀强电场E E与匀与匀强磁场强磁场B B，从粒子源出来的，从粒子源出来的带正电带正电的粒子速度的粒子速度水平向右水平向右, ,重力不计重力不计，(1)(1)这个粒子受到那些力？这个粒子受到那些力？(2)(2)速度多大的速度多

11、大的粒子才能沿直线穿过场区粒子才能沿直线穿过场区? ?34讨论讨论1. 1. 若该粒子的电若该粒子的电量变了量变了, ,以这样的速度以这样的速度能否沿直线穿过？能否沿直线穿过？讨论讨论2.2.负电荷负电荷以这样的以这样的速度能否沿直线穿过速度能否沿直线穿过？练习练习:放射源发出的放射源发出的粒子（氦原粒子（氦原子核）经电压为子核）经电压为U的加速电场加的加速电场加速后进入速后进入正交正交的匀强电场的匀强电场E和匀强和匀强磁场磁场B中，磁场方向如图所示，中，磁场方向如图所示，发现离子发现离子正好做匀速直线运动正好做匀速直线运动，则电场方向为则电场方向为_E EB BU US离子源离子源fV+ +

12、 + +- - - -F电电E EB B35练习练习:放射源发出的放射源发出的粒子（氦原子核）经电粒子（氦原子核）经电压为压为U的加速电场加速后进入的加速电场加速后进入正交正交的匀强电的匀强电场场E和匀强磁场和匀强磁场B中，电场和磁场方向如图中，电场和磁场方向如图所示，发现离子所示，发现离子向下偏转向下偏转，要使离子沿直，要使离子沿直线通过磁场，可以（线通过磁场，可以（ ）A增大电场强度增大电场强度E B增大磁感应强度增大磁感应强度BC增大加速电压增大加速电压U D减小加速电压减小加速电压U E EB BU U36一、洛伦兹力方向的判断一、洛伦兹力方向的判断1 1、运动电荷在磁场中受力方向可用

13、、运动电荷在磁场中受力方向可用左左手定则来判定；手定则来判定；2 2、洛伦兹力、洛伦兹力f f的方向的方向既既垂直于磁场垂直于磁场B B的方向，的方向，又又垂直于运动垂直于运动 电荷的速度电荷的速度v v的方向，即的方向，即f f总是垂直于总是垂直于B B和和v v所在的平面所在的平面. .3.3.使用左手定则判定洛伦兹力方向时，使用左手定则判定洛伦兹力方向时， 若粒子带若粒子带正正电时，四个手指的指向与电时，四个手指的指向与正正电荷的运动方向电荷的运动方向相同相同. . 若粒子带若粒子带负负电时，四个手指的指向与电时，四个手指的指向与负负电荷的运动方向电荷的运动方向相反相反. .小结：小结：

14、37说明：说明：1 1、当带电粒子的运动方向与磁场方向互相平行时，、当带电粒子的运动方向与磁场方向互相平行时，F=0F=0；2 2、当带电粒子的运动方向与磁场方向互相垂直时，、当带电粒子的运动方向与磁场方向互相垂直时，F=qF=qvBvB; ;3 3、静止电荷在磁场中受到的磁场对电荷的作用力一定为、静止电荷在磁场中受到的磁场对电荷的作用力一定为0 0二、洛仑兹力二、洛仑兹力f f大小的计算大小的计算计算公式：计算公式： sinqvBf =为磁场为磁场B与速度与速度v的夹角的夹角38一个带电粒子在匀强磁场一个带电粒子在匀强磁场B中所受的洛仑兹力中所受的洛仑兹力F的的方向如图方向如图10所示，则该

15、粒子所带电性和运动方向所示，则该粒子所带电性和运动方向可能是可能是A粒子带负电，向下运动粒子带负电，向下运动B粒子带正电，向左运动粒子带正电，向左运动C粒子带负电，向上运动粒子带负电，向上运动D粒子带正电，向右运动粒子带正电，向右运动39 如图所示，质量为如图所示，质量为m m、带电量为、带电量为q q的小球，在倾角为的小球，在倾角为的光滑斜面上由静止开始下滑，匀强磁场的磁感应强的光滑斜面上由静止开始下滑，匀强磁场的磁感应强度为度为B B，方向垂直纸面向内，若带电小球下滑到某一位，方向垂直纸面向内，若带电小球下滑到某一位置时离开斜面（设斜面足够长），置时离开斜面（设斜面足够长）， 求：（求：（

16、1)1)小球带何种电荷？（小球带何种电荷？（2 2）小球离开斜面时的速）小球离开斜面时的速度为多少？度为多少？ （3 3）小球在斜面上滑行的最大位移）小球在斜面上滑行的最大位移mgqvBmgcos 例例. .（1 1）小球带负电）小球带负电40sin2cossin.021)3(coscos)2(22222BqgmsmgsmvqBmgvmgqvB=据动能定理当支持力为零时，有sin2cossin.021)3(coscos)2(22222BqgmsmgsmvqBmgvmgqvB=据动能定理当支持力为零时，有41课本课本8989页页4 4题题: :速率为速率为5 510106 6m/sm/s的的电子

17、电子, ,垂直垂直射入磁感应强度为射入磁感应强度为0.20T0.20T的匀强磁场中的匀强磁场中, ,它受它受到的洛仑兹力是多少到的洛仑兹力是多少? ?课本课本8989页页4 4题变形题变形: :速率为速率为5 510106 6m/sm/s的的电子电子, ,平行平行射入磁感应强度为射入磁感应强度为0.20T0.20T的匀强磁场中的匀强磁场中, ,它受到的洛仑兹力是多少它受到的洛仑兹力是多少? ?42课本课本8888页页1 1题题: :下列说法正确的是下列说法正确的是: :A.A.运动电荷在运动电荷在磁感应强度不为零磁感应强度不为零的地方的地方, ,一一定受到洛仑兹力定受到洛仑兹力. .B.B.运

18、动电荷在某处运动电荷在某处不受洛仑兹力作用不受洛仑兹力作用, ,则该则该处的处的磁感应强度一定为零磁感应强度一定为零. .C.C.洛仑兹力既洛仑兹力既不能改变带电粒子的动能不能改变带电粒子的动能, ,也也不能改变带电粒子的速度不能改变带电粒子的速度D.D.洛仑兹力对带电粒子洛仑兹力对带电粒子不做功不做功. .答案答案:D:D43课本课本8888页页2 2题题: :一个电子穿过某一空间而未一个电子穿过某一空间而未发生偏转发生偏转, ,则则A.A.此空间一定不存在磁场此空间一定不存在磁场. .B.B.此空间一定不存在电场此空间一定不存在电场. .C.C.此空间可能只有匀强磁场此空间可能只有匀强磁场, ,方向与电子速方向与电子速度垂直度垂直, ,D.D.此空间可能有相互正交的匀强磁场和匀此空间可能有相互正交的匀强磁场和匀强电场强电场, ,它们的方向与电子速度垂直它们的方向与电子速度垂直答案答案:D:D44课本课本8888页页3 3题题: :试判断带电粒子受到的洛仑试判断带电粒子受到的洛仑兹力的方向或带电粒子的运动方向兹力的方向或带电粒子的运动方向vBfBfvffvvvf洛垂直纸面向外洛垂直纸面向外45课堂练习课堂练习 1 1如图所示，运动电荷电量为如图所示，运动电荷电量为q=2q=21010-8-8C C，电性图中，电性图中标明，运动速度标明，运动速度v=4v=410103