5.運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力

1、 電視機(jī)，是我們家里常見(jiàn)的家用電器，有的叫顯像管電視，有的叫液晶電視機(jī)，是我們家里常見(jiàn)的家用電器，有的叫顯像管電視，有的叫液晶電視。那么顯像管電視機(jī)是如何工作的呢？這節(jié)課我們就來(lái)認(rèn)識(shí)下。電視。那么顯像管電視機(jī)是如何工作的呢？這節(jié)課我們就來(lái)認(rèn)識(shí)下。1. 判斷判斷安培力的安培力的方向方向II2. 安培力安培力大小的一般大小的一般計(jì)算方法計(jì)算方法 FFF = ILBsin 知識(shí)回顧知識(shí)回顧磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線(xiàn)（電流）有力的作用，而電流是電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成的，由此你想到了什么？磁場(chǎng)可能對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。導(dǎo)體中的電流是由電荷的定向移動(dòng)產(chǎn)生的電流是如何形成的？http:/ 在沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí)，電子束沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，

2、將磁鐵靠近陰極射線(xiàn)管，發(fā)現(xiàn)電子束運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了彎曲。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。 通過(guò)觀看視頻，陰極射線(xiàn)在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解微觀粒子在磁場(chǎng)中受到力的作用。洛倫茲（1853 1928）2. 洛倫茲力與安培力的關(guān)系： 1. 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用， 這個(gè)力叫做洛侖茲力。安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)；洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)。安培力洛侖茲力磁場(chǎng)對(duì)電流的作用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用因果微觀原因宏觀表現(xiàn)u猜想：能不能用左手定則來(lái)判定？u推理：我們?cè)?jīng)用左手定則判定安培力的方向。大量定 向移動(dòng)電荷所受洛倫茲力宏觀表現(xiàn)為安培力， 因此，可以用左手定則判定洛倫茲力的方向。u驗(yàn)證：嘗試不同

3、方向的磁場(chǎng)對(duì)電子束的不同影響，判斷 運(yùn)動(dòng)的電子束在各種方向的磁場(chǎng)中的受力方向。 洛侖茲力 F洛 的方向如何確定？v1. 伸開(kāi)左手，使拇指與其余四指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線(xiàn)垂直穿過(guò)手心，若四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，那么拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向。 F洛洛F洛洛2. 若四指指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向，那么拇指所指的方向就是負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向。vBvF洛洛1. 以以相同速度進(jìn)入同一磁場(chǎng)的正、相同速度進(jìn)入同一磁場(chǎng)的正、負(fù)電荷負(fù)電荷受到的洛倫茲力方向受到的洛倫茲力方向相反。相反。2洛倫茲力的方向既垂直于磁場(chǎng)，又垂直于速度，即垂直洛倫茲力的方向既垂直于磁場(chǎng)，又垂直于速度，

4、即垂直于于 v 和和 B 所所組成的組成的平面。平面。3洛倫茲力對(duì)電荷不做功，只改變速度的方向，不改變速度的洛倫茲力對(duì)電荷不做功，只改變速度的方向，不改變速度的大小。大小。例例1. 試試判斷下圖中的帶電粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受洛倫茲力的方向判斷下圖中的帶電粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受洛倫茲力的方向 。FFF 垂直于紙面向外F 垂直于紙面向外vBvBvBvB如果帶電粒子射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)（不計(jì)粒子重力），初速度 v0 跟磁感強(qiáng)度 B 的方向平行，粒子將做什么運(yùn)動(dòng)？以初速度 v0 做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)試判斷：圖中的帶電粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受的洛倫茲力的情況如何？ v0類(lèi)比：我們知道，當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向平行時(shí)安培力等于0

5、 。當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，洛倫茲力最小 F洛 = 0。 實(shí)驗(yàn)表明：磁場(chǎng)越強(qiáng)（磁感強(qiáng)度越大）、電荷量越大、運(yùn)動(dòng)速度越快，電荷受到的洛倫茲力越大。可見(jiàn)，當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí)洛倫茲力的大小跟三個(gè)因素相關(guān)：磁感應(yīng)強(qiáng)度 B、電荷量 q 、電荷運(yùn)動(dòng)快慢 v。v0當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，洛倫茲力洛倫茲力 F洛洛最大。最大。（1）通電導(dǎo)線(xiàn)中的電流 ；（2）通電導(dǎo)線(xiàn)所受的安培力；（3）這段導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)的自由電荷數(shù)；（4）每個(gè)電荷所受的洛倫茲力。IF安安()FB nqvS LFqvBNnSL安洛洛倫茲力公式理論推導(dǎo)：洛倫茲力公式理論推導(dǎo)：設(shè)有設(shè)

6、有一段長(zhǎng)一段長(zhǎng)為為 L，橫截面積，橫截面積為為 S 的的直直導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn) ( 如圖如圖 ) ，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為為 n，每個(gè)自由電，每個(gè)自由電荷的電荷量荷的電荷量為為 q，自由電荷定向移動(dòng)的速率，自由電荷定向移動(dòng)的速率為為 v。這段通電導(dǎo)線(xiàn)垂直磁場(chǎng)方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度。這段通電導(dǎo)線(xiàn)垂直磁場(chǎng)方向放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為為 B 的的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，求求:vI = nqvSF安安 = BIL = B(nqvS)LN = nSL( vB )電荷量電荷量為為 q 的的粒子以粒子以速度速度 v 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直時(shí)，如果速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，那么粒子

7、所受的洛倫茲力，那么粒子所受的洛倫茲力為：為：F洛洛 = qvB當(dāng)當(dāng) vB 時(shí)，時(shí)， F洛洛 = 0 若帶電粒子不垂直射入磁場(chǎng)，粒子受到的洛倫茲力又如何呢若帶電粒子不垂直射入磁場(chǎng)，粒子受到的洛倫茲力又如何呢?v2v1vF洛洛 = qvBsin ( 為為 B 與與 v 的夾角的夾角 )1. 安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力微觀表現(xiàn)。2. 大小關(guān)系：F安 NF洛（N是導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)的電荷數(shù)）。3. 方向關(guān)系：F安 與 F洛方向相同。4. F安與 F洛 本質(zhì)都是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。洛倫茲力與安培力的洛倫茲力與安培力的關(guān)系關(guān)系1. 關(guān)于關(guān)于安培力和洛倫茲力，安培力和洛倫茲力，下列說(shuō)法下列說(shuō)

8、法正確的是正確的是( ) A. 安培安培力力和洛倫茲力是性質(zhì)完全不同的兩種力和洛倫茲力是性質(zhì)完全不同的兩種力 B. 安培力安培力和洛倫茲力，其本質(zhì)都是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力和洛倫茲力，其本質(zhì)都是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 C. 安培力安培力和洛倫茲力，二者是等價(jià)的和洛倫茲力，二者是等價(jià)的 D. 安培力安培力對(duì)通電導(dǎo)體能做功，但洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不能做功對(duì)通電導(dǎo)體能做功，但洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不能做功BD顯像管顯像管的介紹的介紹原理原理：電子束在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)。：電子束在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)。主要構(gòu)造主要構(gòu)造: 電子槍?zhuān)帢O）、偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈、熒光屏電子槍?zhuān)帢O）、偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈、熒光屏等。等。 電子束電子束從最上一行到掃描到

9、最后一行叫做一從最上一行到掃描到最后一行叫做一場(chǎng)場(chǎng)。電視。電視中每秒中每秒要進(jìn)行要進(jìn)行50場(chǎng)掃描，因?yàn)槿搜鄣膱?chǎng)掃描，因?yàn)槿搜鄣摹耙曈X(jué)暫留視覺(jué)暫留”，所以我們會(huì)感覺(jué)整，所以我們會(huì)感覺(jué)整個(gè)熒光屏都在個(gè)熒光屏都在發(fā)光。發(fā)光。 電視電視顯像管發(fā)射電子，在加速電場(chǎng)中被加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)顯像管發(fā)射電子，在加速電場(chǎng)中被加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁場(chǎng)。在。在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，電子束在熒光屏上偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，電子束在熒光屏上掃描。電子束掃描。電子束在熒光屏在熒光屏上掃描一行后，迅速返回上掃描一行后，迅速返回(如圖中虛線(xiàn)所示如圖中虛線(xiàn)所示)，再做下一行掃描，直，再做下一行掃描，直到熒光屏的到熒光屏的下端。下端。1. 洛倫茲力洛

10、倫茲力：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的作用力作用力。 安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) 2. 洛倫茲力洛倫茲力方向的判斷方向的判斷：左手左手定則。定則。Fv、B 所在所在的的平面；負(fù)電荷平面；負(fù)電荷的方向與正電荷的相反的方向與正電荷的相反3. 洛倫茲力洛倫茲力的的大?。捍笮。篎 = qvBsin （ 為為 B 與與 v 的的夾角夾角）4. 電視電視顯像管的工作原理顯像管的工作原理1. 試試判斷各圖中帶電粒子受洛倫茲力的判斷各圖中帶電粒子受洛倫茲力的方向方向、或或帶電粒子的電性帶電粒子的電性、或帶點(diǎn)粒子的運(yùn)動(dòng)方向。、或帶點(diǎn)粒子的運(yùn)動(dòng)方向。vF洛洛vv洛倫茲力方

11、向垂直紙面向里洛倫茲力方向垂直紙面向外vF洛洛BC2. 下列說(shuō)法中正確的是（ ） A. 磁場(chǎng)方向、電荷運(yùn)動(dòng)方向、洛侖茲力方向三者總是互相垂直的 B. 洛侖茲力方向一定既垂直于磁場(chǎng)方向，又垂直于電荷運(yùn)動(dòng)方向 C. 電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向可能垂直，也可能不垂直，但洛侖茲力方向一定與磁場(chǎng)方向和運(yùn)動(dòng)方向都垂直 D. 根據(jù)電荷運(yùn)動(dòng)方向和洛侖茲力方向，一定能確定磁場(chǎng)方向3. 當(dāng)當(dāng)一帶一帶正電正電 q 的的粒子以粒子以速度速度 v 沿沿螺線(xiàn)管中軸線(xiàn)進(jìn)入該螺線(xiàn)管中軸線(xiàn)進(jìn)入該通電螺線(xiàn)管，若不計(jì)重力，則通電螺線(xiàn)管，若不計(jì)重力，則 （ ） A. 帶電粒子帶電粒子速度大小速度大小改變改變 B. 帶電粒子帶電粒子速度方向速度方向改變改變 C. 帶電粒子帶電粒子速度大小速度大小不變不變 D. 帶電粒子帶電粒子速度方向速度方向不變不變CDUqv4. 擺長(zhǎng)為擺長(zhǎng)為 L 的單擺在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中擺動(dòng)，擺動(dòng)中擺線(xiàn)始的單擺在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中擺動(dòng)，擺動(dòng)中擺線(xiàn)始終繃緊，若擺球帶正電