高中物理选修3--1第三章第五节

1、第三章第三章 磁场磁场第五节第五节 运动电荷在磁场中受到的力运动电荷在磁场中受到的力1.1.知道什么是洛伦兹力。知道什么是洛伦兹力。2.2.利用左手定则会判断洛伦兹力的方向利用左手定则会判断洛伦兹力的方向，( (重点重点）理解洛伦兹力对电荷不做功）理解洛伦兹力对电荷不做功（难点难点）3.3.掌握洛伦兹力大小的推理过程。掌握洛伦兹力大小的推理过程。4.4.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。（重点重点）5.5.了解电视机显像管的工作原理。了解电视机显像管的工作原理。复习回顾复习回顾方向方向:IB3 0IB安培力安培力:

2、 :1、通电导线在磁场中受到的力、通电导线在磁场中受到的力大小大小:sinILBF FF左手定则左手定则磁场对通电导线（电流）有力的作用，磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流是电荷的定向运动形成的，由此而电流是电荷的定向运动形成的，由此你想到了什么？你想到了什么？磁场对运动电荷也有力的作用。磁场对运动电荷也有力的作用。导体中的电流是由电荷的导体中的电流是由电荷的定向移动定向移动产生的产生的电流是如何形成的？电流是如何形成的？洛伦兹洛伦兹（1853 1928）一、洛伦兹力一、洛伦兹力2.2.洛伦兹力与安培力的关系：洛伦兹力与安培力的关系： 1.1.磁场对运动电荷有力的作用磁场对运动电荷有力的

3、作用，这个力叫做洛仑兹力。，这个力叫做洛仑兹力。安培力是洛伦兹力的宏观表现；安培力是洛伦兹力的宏观表现；洛伦兹力是安培力的微观本质。洛伦兹力是安培力的微观本质。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u猜想：猜想：能不能用左手定则来判定？能不能用左手定则来判定？u推理：推理：我们曾经用左手定则判定安培我们曾经用左手定则判定安培力的方向。大量定向移动电荷所受洛伦力的方向。大量定向移动电荷所受洛伦兹力宏观表现为安培力，因此，可以用兹力宏观表现为安培力，因此，可以用左手定则左手定则判定洛伦兹力的方向。

4、判定洛伦兹力的方向。u验证：验证：尝试不同方向的磁场对电子束尝试不同方向的磁场对电子束的不同影响，判断运动的电子束在各种的不同影响，判断运动的电子束在各种方向的磁场中的受力方向。方向的磁场中的受力方向。 洛仑兹力洛仑兹力 F洛洛 的方向如何确定？的方向如何确定？7v1.1.伸开伸开左手左手，使拇指与其余，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线垂直同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，若穿过手心，若四指指向正电四指指向正电荷荷运动的方向，那么运动的方向，那么拇指所拇指所指指的方向就是正电荷所受的方向就是正电荷所受洛洛伦兹力伦兹力的方向。的方向。 F洛洛F洛洛

5、二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向 左手定则左手定则2.2.若四指指向负电荷运动的若四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。的方向。vBvF洛洛1.1.以相同速度进入同一磁场的正、负电荷受以相同速度进入同一磁场的正、负电荷受到的洛伦兹力方向相反。到的洛伦兹力方向相反。2 2洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于速度，即垂直于于速度，即垂直于v 和和 B 所组成的平面。所组成的平面。3 3洛伦兹力对电荷不做功，只改变速度的洛伦兹力对电荷不做功，只改变速度的方向，不改变速度的大小。

6、方向，不改变速度的大小。例例1.1.试判断下图中的带电粒子刚进入磁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场时所受洛伦兹力的方向 。FFF 垂直于纸垂直于纸面向外面向外F 垂直于纸垂直于纸面向外面向外vBvBvBvB变式电荷的速度方向、磁场方向和电荷的受力方向之间关系正确的是()A如果带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重如果带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重力），初速度力），初速度 v0 跟磁感强度跟磁感强度 B 的方向平行的方向平行，粒子将做什么运动？，粒子将做什么运动？以初速度以初速度 v0 做匀速直线运动做匀速直线运动试判断：图中的带电粒试判断：图中的带电粒子刚进入磁场时所受的

7、子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的情况如何？洛伦兹力的情况如何？ v0类比：类比：我们知道，当电流方向跟磁场方向我们知道，当电流方向跟磁场方向平行时安培力等于平行时安培力等于0 0 。当带电粒子的运动当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力最小方向与磁场方向平行时，洛伦兹力最小F洛洛 = 0。 实验表明：磁场越强（磁感强度越大）实验表明：磁场越强（磁感强度越大）、电荷量越大、运动速度越快，电荷受、电荷量越大、运动速度越快，电荷受到的洛伦兹力越大。到的洛伦兹力越大。可见：当电荷运动方向跟磁场方向垂直时可见：当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力洛伦兹力的大小跟的大小跟三个因素三个因素相关：相关

8、：磁感应磁感应强度强度 B、电荷量电荷量 q 、电荷运动快慢电荷运动快慢 v。v0当带电粒子的运动方向与当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹磁场方向垂直时，洛伦兹力力 F洛洛最大。最大。洛伦兹力大小可能会与哪些因素有洛伦兹力大小可能会与哪些因素有关关?vvvv设有一段长为设有一段长为L，横截面积为横截面积为S的直导线，单位体积内的自由的直导线，单位体积内的自由电荷数为电荷数为n，每个自由电荷的每个自由电荷的电荷量为电荷量为q，自由电荷定向移自由电荷定向移动的速率为动的速率为v.这段通电导线这段通电导线垂垂直直磁场方向放入磁感应强度为磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求：的匀强磁场

9、中，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. .（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IF安安()FB nqvS LFqvBNnSL安洛洛伦兹力公式理论推导洛伦兹力公式理论推导：设有一段长为设有一段长为L，横截面积为横截面积为S的直导线

10、的直导线( (如图如图) )，单位体积内的自由电荷数为单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的每个自由电荷的电荷量为电荷量为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。这段通这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强的匀强磁场中，求磁场中，求: :vI = nqvSF安安 = BIL = B(nqvS)LN = nSL( vB )三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小电荷量为电荷量为 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垂直，如果速度方向与磁感应强度方向垂直，那么粒子所受的洛伦兹力为：那么粒子所受的洛

11、伦兹力为：F洛洛 = qvB当当 vB 时，时， F洛洛 = 0 问题问题: :若带电粒子不垂直射入磁场若带电粒子不垂直射入磁场, ,粒子粒子受到的洛伦兹力又如何呢受到的洛伦兹力又如何呢? ?v2v1vF洛洛 = qvBsin ( 为为 B 与与 v 的夹角的夹角 )1.1.安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力微观表现。兹力是安培力微观表现。2.2.大小关系：大小关系：F安安 NF洛洛（N是导体中是导体中运动的电荷数）。运动的电荷数）。3. 方向关系：方向关系：F安安 与与 F洛洛方向相同。方向相同。4.4.F安安与与 F洛洛 本质都是磁场对运动电荷本质

12、都是磁场对运动电荷的作用力。的作用力。洛伦兹力与安培力的关系洛伦兹力与安培力的关系思考与讨论思考与讨论（1 1）洛伦兹力方向与带电粒子的运动方向）洛伦兹力方向与带电粒子的运动方向有什么关系？有什么关系？ 洛伦兹力方向与带电粒子运动方向洛伦兹力方向与带电粒子运动方向垂直垂直（2 2）洛伦兹力带电粒子运动的速度有什么）洛伦兹力带电粒子运动的速度有什么影响？影响？ 只只改变改变粒子速度的粒子速度的方向方向，不改变不改变粒子速度粒子速度的的大小大小（3 3）洛伦兹力对带电粒子做的功是多少？）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由于洛伦兹力方向始终与带电粒子运动方向垂直

13、，所以向垂直，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 F洛洛=qvB =1.6010-1931060.10N =4.810-14N电子的速率电子的速率v=3106m/s,垂直射入垂直射入B=0.10T的匀强磁场中的匀强磁场中,它受到的洛伦兹它受到的洛伦兹力是多大力是多大?变式练习变式练习解：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1.1.关于安培力和洛伦兹力，下列说法正确关于安培力和洛伦兹力，下列说法正确的是的是( )( )A.安培力和洛伦兹力是性质完全不同的两安培力和洛伦兹力是性质完全不同的两种力种力B.安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对安培力和洛伦兹

14、力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力运动电荷的作用力C.安培力和洛伦兹力，二者是等价的安培力和洛伦兹力，二者是等价的D.安培力对通电导体能做功，但洛伦兹力安培力对通电导体能做功，但洛伦兹力对运动电荷不能做功对运动电荷不能做功BD1、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 1）要使电子打在）要使电子打在A A点点, ,偏转磁场应该沿什么方偏转磁场应该沿什么方向向? ?垂直纸面向外垂直纸面向外（2 2）要是电子打在）要是电子打在B B点点, ,偏转磁场应该沿什么方向偏转磁场应该沿什么方向? ?垂直纸面向里垂直纸面向里（3 3）要

15、是电子打从）要是电子打从A A点向点向B B点点逐渐移动逐渐移动, ,偏转磁场应该怎样偏转磁场应该怎样变化？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：3扫描在电视显像管的偏转区有两对线圈，叫做偏转线圈，偏转线圈中通入大小方向按一定规律变化的电流，分别在竖直方向和水平方向产生偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化， 因此电子束打在荧光屏上的光点就像如图所示那样不断移动，这种电子技术叫做扫描电子束在荧光屏上扫描一行后，迅速返回(如图中虚线所示)，再做下一行扫描，直到荧光屏的下端 电子束从最上一行到扫描

16、到最后一行叫做一场电子束从最上一行到扫描到最后一行叫做一场。电视中每秒要进行。电视中每秒要进行50场扫描，因为人眼的场扫描，因为人眼的“视视觉暂留觉暂留”，所以我们会感觉整个荧光屏都在发光，所以我们会感觉整个荧光屏都在发光。1.1.试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向、或带电粒子的电性、或带点粒子的运向、或带电粒子的电性、或带点粒子的运动方向。动方向。vF洛洛vv洛伦兹力方向洛伦兹力方向垂直纸面向里垂直纸面向里洛伦兹力方向洛伦兹力方向垂直纸面向外垂直纸面向外vF洛洛BC2.2.下列说法中正确的是（下列说法中正确的是（ ） A. 磁场方向、电荷运动方向、洛仑磁场

17、方向、电荷运动方向、洛仑兹力方向三者总是互相垂直的兹力方向三者总是互相垂直的 B. 洛仑兹力方向一定既垂直于磁场方洛仑兹力方向一定既垂直于磁场方向，又垂直于电荷运动方向向，又垂直于电荷运动方向 C. 电荷运动方向与磁场方向可能垂电荷运动方向与磁场方向可能垂直，也可能不垂直，但洛仑兹力方向一直，也可能不垂直，但洛仑兹力方向一定与磁场方向和运动方向都垂直定与磁场方向和运动方向都垂直 D. 根据电荷运动方向和洛仑兹力方根据电荷运动方向和洛仑兹力方向，一定能确定磁场方向向，一定能确定磁场方向3一个带电粒子，沿垂直于一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段径迹如

18、图所示，粒子的一段径迹如图所示，径迹上的每小段都可近似看径迹上的每小段都可近似看成圆弧，由于带电粒子使沿途空气电离，成圆弧，由于带电粒子使沿途空气电离，粒子的能量逐渐减少粒子的能量逐渐减少( (带电荷量不变带电荷量不变) )，从，从图中情况可以确定图中情况可以确定( () )A粒子从粒子从a运动到运动到b，带正电带正电B粒子从粒子从b运动到运动到a，带正电带正电C粒子从粒子从a运动到运动到b b，带负电，带负电D粒子从粒子从b运动到运动到a，带负电带负电 B4.4.有一质量为有一质量为m，电荷量为电荷量为q的带正电的的带正电的小球停在绝缘平面上，并处在磁感应强小球停在绝缘平面上，并处在磁感应强

19、度为度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场方向垂直纸面向里的匀强磁场中，如图所示为了使小球飘离平面，中，如图所示为了使小球飘离平面，匀强磁场在纸面内移动的最小速度应为匀强磁场在纸面内移动的最小速度应为多少？方向如何？多少？方向如何？5 5两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1 4，电量之比为电量之比为1 2，则两带电粒子受洛伦兹力之则两带电粒子受洛伦兹力之比为比为( () )A2 1 B1 1C1 2 D1 4C6.6.一个带正电的小球以速度一个带正电的小球以速度v0沿光滑的水平绝缘沿光滑的

20、水平绝缘桌面向右运动，飞离桌子边缘后，通过匀强磁桌面向右运动，飞离桌子边缘后，通过匀强磁场区域，落在地板上，磁场方向垂直纸面向里场区域，落在地板上，磁场方向垂直纸面向里( (如图所示如图所示) )，其水平射程为，其水平射程为s1，落地速度为落地速度为v1；撤去磁场后，其他条件不变，撤去磁场后，其他条件不变，水平射程为水平射程为s2，落地速度为落地速度为v2，则，则( () )As1s2Bs1s2Cv1v2 Dv1v2 BC7.7.如图所示，匀强磁场的方向竖直向下，如图所示，匀强磁场的方向竖直向下，磁场中有光滑的水平桌面，在桌面上平放磁场中有光滑的水平桌面，在桌面上平放着内壁光滑、底部有带电小球的试管在着内壁光滑、底部有带电小球的试管在水平拉力水平拉力F的作用下，试管向右匀速运动的作用下，试管向右匀速运动，带电小球能从试管口处飞出，则，带电小球能从试管口处飞出，则( () )A小球带负电小球带负电B小球运动的轨迹是一条小球运动的轨迹是一条 抛物线抛物线C洛伦兹力对小球做正功洛伦兹力对小球做正功D维持试管匀速运动的拉力维