磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用(上課用)

1、四川省安縣中學(xué)四川省安縣中學(xué) 邱光兵邱光兵2015年年12月月接通電源后，導(dǎo)線接通電源后，導(dǎo)線將怎樣運(yùn)動(dòng)將怎樣運(yùn)動(dòng)?NS課前復(fù)習(xí)：課前復(fù)習(xí)：1 1、磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力的大小和方向？、磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力的大小和方向？2 2、電流是如何形成的？、電流是如何形成的？3 3、由上述的兩個(gè)問題你可以想到什么？、由上述的兩個(gè)問題你可以想到什么？ 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的安培力可能是作用在磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的安培力可能是作用在大量運(yùn)動(dòng)電荷的作用力的宏觀表現(xiàn)，也就是大量運(yùn)動(dòng)電荷的作用力的宏觀表現(xiàn)，也就是說磁場(chǎng)可能對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。說磁場(chǎng)可能對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。電荷的定向移動(dòng)形成的電荷的定向移動(dòng)形成的大?。捍?/p>

2、?。篎 FI I L BsinL Bsin方向：左手定則方向：左手定則原來：原來：導(dǎo)體中的電流是由電荷導(dǎo)體中的電流是由電荷的定向移動(dòng)形成的的定向移動(dòng)形成的iiiI=I=nqvsnqvs磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體有力的作用有力的作用I IF F=ILB=nqvsLB=ILB=nqvsLBiiifffF=NF=NF F洛洛磁場(chǎng)對(duì)通電磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體的導(dǎo)體的安培安培力力是作用在是作用在運(yùn)動(dòng)電荷上運(yùn)動(dòng)電荷上的的洛倫茲力洛倫茲力的的宏觀表現(xiàn)宏觀表現(xiàn)L長(zhǎng)導(dǎo)體長(zhǎng)導(dǎo)體中有中有N個(gè)個(gè)帶電粒子帶電粒子（一）運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的作用力,我們把這個(gè)力稱為洛倫茲力。安培力安培力洛侖茲力洛侖茲力磁場(chǎng)對(duì)磁場(chǎng)對(duì)電流電流的作

3、用的作用磁場(chǎng)對(duì)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷的作用的作用因因果果微觀原因微觀原因宏觀表現(xiàn)宏觀表現(xiàn)荷蘭物理學(xué)家，他是電子論的創(chuàng)始人、相對(duì)論中洛倫茲變換的建立者，并因在原子物理中的重要貢獻(xiàn)（塞曼效應(yīng)）獲得第二屆（1902年）諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。被愛因斯坦稱為“我們時(shí)代最偉大，最高尚的人”。（18531928）洛倫茲洛倫茲+IF-IF1.1.判定安培力方向。判定安培力方向。2.2.電流方向和電荷運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系。電流方向和電荷運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系。3.F3.F安安的方向和洛倫茲力方向的關(guān)系。的方向和洛倫茲力方向的關(guān)系。4.4.電荷運(yùn)動(dòng)方向、磁場(chǎng)方向、洛倫茲力電荷運(yùn)動(dòng)方向、磁場(chǎng)方向、洛倫茲力方向的關(guān)系。方向的關(guān)系。 想一

4、想 伸開左手，使拇指和其余四指垂直，伸開左手，使拇指和其余四指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向從掌心進(jìn)入，并使四指指向正正電荷運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是正正電電荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向。荷在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向。（二）洛倫茲力方向的判斷左手定則 四指指向四指指向負(fù)負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的電荷運(yùn)動(dòng)的反反方向，拇方向，拇指所指的方向就是指所指的方向就是負(fù)負(fù)電荷所受洛倫茲力電荷所受洛倫茲力的方向。的方向。1.以相同速度進(jìn)入同一磁場(chǎng)的以相同速度進(jìn)入同一磁場(chǎng)的正、負(fù)正、負(fù)電荷受到的洛倫茲力方向電荷

5、受到的洛倫茲力方向相反相反2.洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向垂直垂直于于v和和B組成的組成的平面平面B F洛洛v+v-v-v+v 試判斷下圖中所示的帶電粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受的洛倫茲力的方向。 FFF向內(nèi)向內(nèi)F向外向外vvvv三、洛倫茲力的大小三、洛倫茲力的大小IFvvvv(1)通電導(dǎo)線中的電流通電導(dǎo)線中的電流qvBnSLLnqvSBNFF)(安洛nSLN LnqvSBBILF)(安(2)通電導(dǎo)線所受的安培力通電導(dǎo)線所受的安培力(3)這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電荷數(shù)這段導(dǎo)線內(nèi)的自由電荷數(shù)(4)每個(gè)電荷所受的洛倫茲力每個(gè)電荷所受的洛倫茲力I = Q/t = nqSvqvBF洛(v垂直垂直B)三、洛倫茲力的大小

6、三、洛倫茲力的大小qvBF洛(v垂直垂直B)三、洛倫茲力的大小三、洛倫茲力的大小v2v1v2v1單位：?jiǎn)挝唬篎(N)，q(C)，v(m/s), B(T)三、洛倫茲力的大小三、洛倫茲力的大小sinqvBF 洛(vB)(vB)特例特例: :qvBF 洛0洛F(vB)(vB)特例特例: :qvBF 洛0洛F課課 堂堂 練練 習(xí)習(xí)B課課 堂堂 練練 習(xí)習(xí)B課課 堂堂 練練 習(xí)習(xí)vv（四）鞏固練習(xí) C221mvmgR RmvqvBmgN2 gRqBmgqvBmgN233 單位：?jiǎn)挝唬篎(N)，q(C)，v(m/s), B(T)三、洛倫茲力的大小三、洛倫茲力的大小sinqvBF 洛(vB)(vB)特例特例

7、: :qvBF 洛0洛F(vB)(vB)特例特例: :qvBF 洛0洛F問題問題1:1:帶電粒子平行射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)帶電粒子平行射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)? ?問題問題2:2:帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)? ?勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題問題3:3:帶電粒子以一定角度射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)帶電粒子以一定角度射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)? ?1 1）圓周運(yùn)動(dòng)的半徑）圓周運(yùn)動(dòng)的半徑2 2）圓周運(yùn)動(dòng)的周期）圓周運(yùn)動(dòng)的周期問題問題3:3:推導(dǎo)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓半徑推導(dǎo)

8、粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓半徑r r和運(yùn)動(dòng)周期和運(yùn)動(dòng)周期T,T,與粒子的速度與粒子的速度v v和磁場(chǎng)的強(qiáng)度和磁場(chǎng)的強(qiáng)度B B的關(guān)系表達(dá)式的關(guān)系表達(dá)式RvmqvB2qBmvR vRT2qBmT2一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況研究：Tt2qBmT2注意：注意：用弧度表示幾何法求半徑向心力公式求半徑利用vR利用弦的中垂線1.如圖，虛線上方存在無(wú)窮大的磁場(chǎng)，一帶正電的粒子質(zhì)如圖，虛線上方存在無(wú)窮大的磁場(chǎng)，一帶正電的

9、粒子質(zhì)量量m m、電量、電量q q、若它以速度、若它以速度v v沿與虛線成沿與虛線成30300 0、60600 0、90900 0、1201200 0、1501500 0、1801800 0角分別射入，請(qǐng)你作出上述幾種情況下角分別射入，請(qǐng)你作出上述幾種情況下粒子的軌跡、并求其在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。粒子的軌跡、并求其在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。有界磁場(chǎng)問題：有界磁場(chǎng)問題：入射角入射角300時(shí)時(shí)qBmqBmt3261入射角入射角1500時(shí)時(shí)qBmqBmt35265粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱規(guī)律：粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱規(guī)律：從同一直線邊界射入的粒子，從同一邊界射出時(shí)，從同一直線邊界射入的粒子，從同一邊

10、界射出時(shí)，速度與邊界的夾角相等。速度與邊界的夾角相等。1 1、兩個(gè)對(duì)稱規(guī)律、兩個(gè)對(duì)稱規(guī)律：H21H31He42V V0 0P PM MO OV VV VP PM MO O(偏向角）偏向角）vvO 例：垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)僅限于寬度為d的條形區(qū)域內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的粒子以一定的速度垂直于磁場(chǎng)邊界方向從點(diǎn)垂直飛入磁場(chǎng) 區(qū)，如圖所示，當(dāng)它飛離磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)角試求粒子的運(yùn)動(dòng)速度v以及在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t臨界問題臨界問題例題講解例題講解帶電粒子在帶電粒子在無(wú)界無(wú)界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)F洛洛=0勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)F洛洛=Bqv勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)F洛洛=Bqv等距螺旋（等距螺旋（090）V/BVBv與與B成成角角mVRqB2 mTqB在在只只有有洛洛侖侖茲茲力力的的作作用用下下qBmvR qBmT2RvmqvB2vRT2 1. 1.