第五節(jié)：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受力

1、編輯課件13.5 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力編輯課件2知識回顧知識回顧判斷下列圖中安培力的方向：判斷下列圖中安培力的方向：FF編輯課件3電流是如何形成的？電流是如何形成的？思考思考磁場對通電導(dǎo)線（電流）有力的作用，而電流是電磁場對通電導(dǎo)線（電流）有力的作用，而電流是電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成的，由此你會(huì)想到了什么？荷的定向運(yùn)動(dòng)形成的，由此你會(huì)想到了什么？磁場可能對運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用磁場可能對運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。編輯課件4陰極陰極陽極陽極狹縫狹縫熒光熒光板板電子電子束束實(shí)驗(yàn)：用陰極射線管研究磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用。實(shí)驗(yàn)：用陰極射線管研究磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用。 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證編輯課件5當(dāng)電子射線管的周圍不存

2、在磁場時(shí)，當(dāng)電子射線管的周圍不存在磁場時(shí)， 電子的電子的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)軌跡是是直線直線當(dāng)電子射線管的周圍存在磁場時(shí)，當(dāng)電子射線管的周圍存在磁場時(shí)，電子的電子的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)軌跡是是曲線曲線磁場對運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用磁場對運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用結(jié)論結(jié)論編輯課件6一、洛倫茲力一、洛倫茲力1 1、運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的、運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力稱為力稱為洛侖茲力洛侖茲力. .2.2.洛倫茲力與安培力的關(guān)系：洛倫茲力與安培力的關(guān)系： 安培力是洛倫茲力的安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。宏觀表現(xiàn)。洛倫茲力是安培力的洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)。微觀本質(zhì)。編輯課件7洛倫茲（洛倫茲（18531928）洛倫茲，荷蘭物理學(xué)洛倫茲

3、，荷蘭物理學(xué)家，家，首先提出磁場對首先提出磁場對運(yùn)動(dòng)電荷有作用力的運(yùn)動(dòng)電荷有作用力的觀點(diǎn)。觀點(diǎn)。 洛倫茲創(chuàng)立了洛倫茲創(chuàng)立了經(jīng)典電子論，提出了經(jīng)典電子論，提出了洛倫茲變換公式，洛倫茲變換公式，19021902年與其學(xué)生塞曼年與其學(xué)生塞曼共同獲得諾貝爾物理共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。為紀(jì)念洛倫茲學(xué)獎(jiǎng)。為紀(jì)念洛倫茲的卓著功勛，荷蘭政的卓著功勛，荷蘭政府決定從府決定從19451945年起，年起，把他的生日定為把他的生日定為“洛洛倫茲節(jié)倫茲節(jié)”。編輯課件8u猜想：猜想：能不能用左手定則來判定？能不能用左手定則來判定？u推理：推理：我們曾經(jīng)用左手定則判定安培力的方向。我們曾經(jīng)用左手定則判定安培力的方向。大量定

4、向移動(dòng)電荷所受洛倫茲力宏觀表現(xiàn)為安培力，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，可以用因此，可以用左手定則左手定則判定洛倫茲力的方向。判定洛倫茲力的方向。洛侖茲力洛侖茲力F F洛洛的方向如何確定？的方向如何確定？思考思考編輯課件9v1 1、伸開左手，使大拇指和其余四、伸開左手，使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內(nèi)，把手指垂直且處于同一平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線穿過手心，放入磁場中，讓磁感線穿過手心，使四指指向使四指指向正電荷正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，運(yùn)動(dòng)的方向，那么拇指所指的方向就使正電荷那么拇指所指的方向就使正電荷所受洛倫茲力的方向。所受洛倫茲力的方向。 2 2、 如果運(yùn)動(dòng)的是如

5、果運(yùn)動(dòng)的是負(fù)電荷負(fù)電荷，則四，則四指指向指指向負(fù)電荷負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的反方向反方向，那么拇指所指的方向就是負(fù)電那么拇指所指的方向就是負(fù)電荷所受洛倫茲力的方向。荷所受洛倫茲力的方向。FFv編輯課件10NS下圖中電子束的偏轉(zhuǎn)方向？下圖中電子束的偏轉(zhuǎn)方向？1實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：編輯課件11SN 實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明左手定則適用于洛倫茲力方向的判定。實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明左手定則適用于洛倫茲力方向的判定。編輯課件12 ？既然安培力是導(dǎo)體中所有運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏？既然安培力是導(dǎo)體中所有運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。安培力大小等于各個(gè)帶電粒子所受洛倫茲力的合觀表現(xiàn)。安培力大小等于各個(gè)帶電粒子所受洛倫茲力的合力。力。

6、 我們?nèi)绾斡晌覀內(nèi)绾斡蒄BIL推導(dǎo)出單個(gè)粒子所受洛倫茲力的大推導(dǎo)出單個(gè)粒子所受洛倫茲力的大小公式？說說你的大致思路。小公式？說說你的大致思路。vF洛倫茲力大小的推導(dǎo)：洛倫茲力大小的推導(dǎo)：編輯課件13s 若導(dǎo)體單位體積內(nèi)有若導(dǎo)體單位體積內(nèi)有n個(gè)帶電粒個(gè)帶電粒子，粒子的電荷量為子，粒子的電荷量為q，定向移動(dòng)，定向移動(dòng)速度為速度為v，導(dǎo)體橫截面積為，導(dǎo)體橫截面積為S，則，則導(dǎo)體中電流為導(dǎo)體中電流為導(dǎo)體長度為導(dǎo)體長度為L，則導(dǎo)體中帶電粒子個(gè)數(shù)為，則導(dǎo)體中帶電粒子個(gè)數(shù)為 若把上述導(dǎo)體垂直放入磁感強(qiáng)度為若把上述導(dǎo)體垂直放入磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場的勻強(qiáng)磁場中，安培力大小等于各個(gè)帶點(diǎn)粒子所受洛倫茲力的中，安培

7、力大小等于各個(gè)帶點(diǎn)粒子所受洛倫茲力的合力，則每個(gè)粒子所受洛倫茲力大小為合力，則每個(gè)粒子所受洛倫茲力大小為vLISqvBnSLLnqvSBNFFAL)( I=nqvSN=nSL編輯課件14說明說明： 1、FL = qvB只適用于只適用于vB的情況的情況 2、若、若v與與B間的夾角為間的夾角為，則，則FL =qvBsin 洛倫茲力的大小洛倫茲力的大小編輯課件153 3、當(dāng)速度、當(dāng)速度V V的方向的方向與與磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B B的方向的方向平行平行時(shí)：時(shí)：F04 4、公式變形：、公式變形：qvFBL編輯課件161 1、下列各圖中帶電粒子剛剛進(jìn)入磁場，試判斷、下列各圖中帶電粒子剛剛進(jìn)入磁場，試判斷

8、這時(shí)粒子所受洛倫茲力的方向這時(shí)粒子所受洛倫茲力的方向 + V VV V+V VV VV V+V VF FL+V V垂直紙面向外垂直紙面向外 垂直紙面向里垂直紙面向里+V VF FLF FL LF FLFL=0FL=0課堂練習(xí)課堂練習(xí): :編輯課件17 2 2：為了研究某種放射源發(fā)出的未知射線，：為了研究某種放射源發(fā)出的未知射線，物理探究者把放射源置于勻強(qiáng)磁場中，射物理探究者把放射源置于勻強(qiáng)磁場中，射線分裂成線分裂成a a、b b、c c三束，請分析三束射線的三束，請分析三束射線的電性。電性。編輯課件18小結(jié)小結(jié)1 1、洛倫茲力：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的作用力、洛倫茲力：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的作用

9、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 2、洛倫茲力方向的判斷：、洛倫茲力方向的判斷： 左手定則左手定則FVFV， FB FB ，F(xiàn) VF V、B B 所在的平面所在的平面負(fù)電荷的方向與正電荷的相反負(fù)電荷的方向與正電荷的相反3 3、洛倫茲力的大?。?、洛倫茲力的大?。簈vBFLV B 編輯課件19試證明：帶電粒子具有速度 時(shí)，才能沿著圖示虛線路徑通過這個(gè)速度選擇器?！局R應(yīng)用】：BEv v 速度選擇器速度選擇器1、（書98頁第三題）在如圖所示的平行板器件中，電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直。具有不同水平速度的帶電粒子射入后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同。這種裝置能把具有某一特定速度的粒

10、子選擇出來，所以叫做速度選擇器。編輯課件20（2）若A、B兩板相距為d，板間的磁場按勻強(qiáng)磁場處理，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，等離子體以速度v沿垂直于B的方向射入磁場，該發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢是多大？(提示：復(fù)習(xí)第二章第二節(jié)電動(dòng)勢的有關(guān)知識。)2、（書98頁第4題）如圖所示，磁流體發(fā)電機(jī)是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能。平行金屬板A、B之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場，將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量正、負(fù)帶電粒子）噴入磁場，A、B兩板間便產(chǎn)生電壓。如果把A、B和用電器連接，A、B就是一個(gè)直流電源的兩個(gè)電極。（1）圖中A、B板哪一個(gè)是發(fā)電機(jī)的正極。NSNSNSNS編輯課件21顯像管的工作原理顯像管

11、的工作原理 1、電子束是怎樣實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的？、電子束是怎樣實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的？ 思考與討論思考與討論2、在圖、在圖2.43中，如圖所示中，如圖所示 （1）要是電子打在）要是電子打在A點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？場應(yīng)該沿什么方向？ （2）要是電子打在）要是電子打在B點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)點(diǎn)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？磁場應(yīng)該沿什么方向？ （3）要是電子束打在熒光屏上）要是電子束打在熒光屏上的位置由中心的位置由中心O逐漸向逐漸向A點(diǎn)移動(dòng)，點(diǎn)移動(dòng)，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？3、電子打在熒光屏上只能有一個(gè)亮點(diǎn)，為什么整個(gè)熒光屏、電子打在熒光屏上只能有一個(gè)亮點(diǎn)，為什么整個(gè)熒光屏都能發(fā)光能？都能發(fā)光能？

12、編輯課件22 如果帶電粒子射入勻強(qiáng)磁場時(shí)，初速度跟磁如果帶電粒子射入勻強(qiáng)磁場時(shí)，初速度跟磁場方向垂直（如圖所示），粒子在洛侖茲力的作場方向垂直（如圖所示），粒子在洛侖茲力的作用下將做什么運(yùn)動(dòng)？用下將做什么運(yùn)動(dòng)？思考思考編輯課件23洛侖茲力有什么特點(diǎn)呢？洛侖茲力有什么特點(diǎn)呢？fVf-q洛侖茲力洛侖茲力F的方向總跟運(yùn)動(dòng)電的方向總跟運(yùn)動(dòng)電荷的速度荷的速度v的方向垂直。的方向垂直。洛侖茲力只能改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度方向，洛侖茲力只能改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度方向，不能改變速度的大小。不能改變速度的大小。洛侖茲力對在磁場中運(yùn)動(dòng)的電荷不做功。洛侖茲力對在磁場中運(yùn)動(dòng)的電荷不做功。思考思考編輯課件24電子束的磁偏轉(zhuǎn)電子束

13、的磁偏轉(zhuǎn) 圖圖2.4-2洛倫茲力演示儀洛倫茲力演示儀下圖實(shí)驗(yàn)裝置可以演示洛倫茲力的大小和方向。它由下圖實(shí)驗(yàn)裝置可以演示洛倫茲力的大小和方向。它由一個(gè)球形電子射線管和一組線圈組成。通過改變電子一個(gè)球形電子射線管和一組線圈組成。通過改變電子槍兩極間的電壓可以改變電子的速度；通過改變線圈槍兩極間的電壓可以改變電子的速度；通過改變線圈中電流的強(qiáng)弱可以改變磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。中電流的強(qiáng)弱可以改變磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。 編輯課件25在演示儀中可以觀察到，沒有磁場時(shí)，電子束是直進(jìn)的，外加磁場后，電子束的徑跡變成圓形。磁場的強(qiáng)弱和電子的速度都能影響圓的半徑。電子束的磁偏轉(zhuǎn)電子束的磁偏轉(zhuǎn) 編輯課件26編輯課件27科學(xué)

14、漫步科學(xué)漫步編輯課件28科學(xué)足跡科學(xué)足跡編輯課件29【例【例1】如圖所示的是磁感應(yīng)強(qiáng)度】如圖所示的是磁感應(yīng)強(qiáng)度B、正電荷速度、正電荷速度v和和磁場對電荷的作用力磁場對電荷的作用力F三者方向的相互關(guān)系圖（其中三者方向的相互關(guān)系圖（其中B垂直于垂直于F與與v決定的平面，決定的平面，B、F、v兩兩垂直）。其兩兩垂直）。其中正確的是中正確的是編輯課件30例例2、來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道、來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點(diǎn)，則這些質(zhì)子在進(jìn)入地球周圍的空間時(shí)，將上空的某一點(diǎn)，則這些質(zhì)子在進(jìn)入地球周圍的空間時(shí)，將_A豎直向下沿直線射向地面豎直向下沿直線射向地

15、面B相對于預(yù)定地面向東偏轉(zhuǎn)相對于預(yù)定地面向東偏轉(zhuǎn)C相對于預(yù)定點(diǎn)稍向西偏轉(zhuǎn)相對于預(yù)定點(diǎn)稍向西偏轉(zhuǎn)D相對于預(yù)定點(diǎn)稍向北偏轉(zhuǎn)相對于預(yù)定點(diǎn)稍向北偏轉(zhuǎn)編輯課件31【例【例3】一個(gè)長螺線管中通有電流，把一個(gè)帶電粒子沿中軸線方】一個(gè)長螺線管中通有電流，把一個(gè)帶電粒子沿中軸線方向射入（若不計(jì)重力影響），粒子將在管中向射入（若不計(jì)重力影響），粒子將在管中A做圓周運(yùn)動(dòng)做圓周運(yùn)動(dòng)B沿軸線來回運(yùn)動(dòng)沿軸線來回運(yùn)動(dòng)C做勻加速直線運(yùn)動(dòng)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)D做勻速直線運(yùn)動(dòng)做勻速直線運(yùn)動(dòng)編輯課件32課外作業(yè)課外作業(yè)1答：由現(xiàn)象知這束射線含有不答：由現(xiàn)象知這束射線含有不同的粒子。同的粒子。其中向左的射線為帶其中向左的射線為帶正電的粒

16、子組成；正電的粒子組成；中間的射線為中間的射線為不帶電粒子組成；不帶電粒子組成；向右的射線為向右的射線為帶負(fù)電的粒子組成。帶負(fù)電的粒子組成。編輯課件332答：甲答：甲 豎直向上；乙豎直向上；乙 豎直向下；丙豎直向下；丙 垂直紙面向外；垂直紙面向外；丁丁 垂直紙面向里。垂直紙面向里。課外作業(yè)課外作業(yè)編輯課件34課堂練習(xí)課堂練習(xí): 1.1.判斷下列粒子判斷下列粒子剛進(jìn)入剛進(jìn)入磁場時(shí)所受的磁場時(shí)所受的洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向. .-qv甲甲FL-qv丙丙FL垂直紙面向里垂直紙面向里+qv乙乙FL+qv丁丁FL垂直紙面向外垂直紙面向外編輯課件35【例【例2】關(guān)于帶電粒子所受洛倫茲力】關(guān)于帶電粒子所

17、受洛倫茲力F和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B及粒子速度及粒子速度v三者之間的關(guān)系，下列說法中正確的是三者之間的關(guān)系，下列說法中正確的是AF、B、v三者必定均保持垂直三者必定均保持垂直BF必定垂直于必定垂直于B、v，但，但B不一定垂直于不一定垂直于vCB必定垂直于必定垂直于F、v，但，但F不一定垂直于不一定垂直于vDv必定垂直于必定垂直于F、B，但，但F不一定垂直于不一定垂直于B編輯課件361.1.產(chǎn)生產(chǎn)生：電場對運(yùn)動(dòng)電荷、靜止電荷都有電場力的：電場對運(yùn)動(dòng)電荷、靜止電荷都有電場力的 作用作用, ,磁場只對磁場只對運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)電荷才有磁場力的作用電荷才有磁場力的作用洛倫茲力與電場力的區(qū)別洛倫茲力與電場力的區(qū)別：2.2.大小大?。涸趧驈?qiáng)電場中：在勻強(qiáng)電場中, ,電荷所受的電場力與電荷所受的電場力與V V無