中學(xué)物理體例洛倫茲力

磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力洛倫茲力北京市陳經(jīng)綸中學(xué)中學(xué)物理高中二年級(jí)選修3-1物理19第3課主講人吳愛兄

極光是如何產(chǎn)生的？

簡(jiǎn)單的說極光是太陽(yáng)的帶電粒子到達(dá)地球附近，會(huì)受到地球磁場(chǎng)的作用力迫使其中一部分沿著磁場(chǎng)線集中到南北兩極。

當(dāng)他們進(jìn)入極地的高層大氣時(shí)，與大氣中的原子和分子碰撞并激發(fā)產(chǎn)生光芒，形成極光

問題1：那在實(shí)驗(yàn)室如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用？NS一、洛倫茲力運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力稱為

洛倫茲力

洛倫茲荷蘭物理學(xué)家洛倫茲與洛倫茲力洛倫茲創(chuàng)立了經(jīng)典電子論，提出了洛倫茲變換公式1902年與其學(xué)生塞曼共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。問題2：你認(rèn)為應(yīng)該如何判斷洛倫茲力的方向？你猜想的依據(jù)是什么？二、洛倫茲力的方向磁場(chǎng)對(duì)電流有作用力，電流是電荷的定向移動(dòng)形成的，那磁場(chǎng)對(duì)電流作用力的實(shí)質(zhì)可能是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力

猜想與假設(shè)類比判斷安培力的方向，判斷

方法下面幾種情況洛倫茲力的

方向是否與實(shí)際情況相符vvIvIFvIFvIFvvIFvIvIFvIFF洛倫茲力的方向伸開左手：

vF洛倫茲力的方向伸開左手：磁感線——垂直穿入手心vF洛倫茲力的方向伸開左手：磁感線——垂直穿入手心四指—①指向正電荷的運(yùn)動(dòng)方向②指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反向

vF洛倫茲力的方向伸開左手：磁感線——垂直穿入手心四指—大拇指——所受洛倫茲力的方向①指向正電荷的運(yùn)動(dòng)方向②指向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反向

v洛倫茲力的方向既跟磁場(chǎng)方向垂直F⊥B，又跟電方荷的運(yùn)動(dòng)方向垂直F⊥v，故洛倫茲力的方向總是垂直于磁感線和運(yùn)動(dòng)電荷所在的平面，即：F⊥Bv平面比較洛倫茲力與安培力比較洛倫茲力與安培力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的力洛倫茲力比較洛倫茲力與安培力磁場(chǎng)對(duì)電流的力安培力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的力洛倫茲力比較洛倫茲力與安培力磁場(chǎng)對(duì)電流的力安培力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的力洛倫茲力微觀單個(gè)比較洛倫茲力與安培力磁場(chǎng)對(duì)電流的力安培力宏觀磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的力洛倫茲力微觀單個(gè)大量多個(gè)比較洛倫茲力與安培力磁場(chǎng)對(duì)電流的力安培力宏觀磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的力洛倫茲力微觀

實(shí)驗(yàn)說明安培力實(shí)際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)單個(gè)大量多個(gè)思考討論問題3：類比安培力的特點(diǎn)思考運(yùn)動(dòng)電子在磁場(chǎng)中一定會(huì)受到磁場(chǎng)力嗎？思考討論F安=0IB思考討論F安=0IB安培力實(shí)際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)F安=NF洛思考討論F安=0F洛=0IBvB三、洛倫茲力的大小

問題4：如何由F＝BIL推導(dǎo)出單個(gè)電子所受洛倫茲力的大小公式？三、洛倫茲力的大小

問題4:如何由F＝BIL推導(dǎo)出單個(gè)電子所受洛倫茲力的大小公式？（只討論比較簡(jiǎn)單的情況：導(dǎo)線的方向與磁場(chǎng)的方向垂直，安培力的大小可以表示為F＝BIL。這種情況導(dǎo)線中的運(yùn)動(dòng)電荷與磁場(chǎng)也垂直）步驟1：

一段通電導(dǎo)體受到的安培力等于各個(gè)自由電荷受到的洛倫茲力的矢量和vvvv步驟1：一段通電導(dǎo)體受到的安培力等于各個(gè)自由電荷受到的洛倫茲力的矢量和設(shè)所取導(dǎo)體中有N個(gè)自由電荷則F安=NF洛vvvv

步驟2：

寫出安培力的表達(dá)式F安=BILvvvv

步驟2：

寫出安培力的表達(dá)式F安=BILvvvv

步驟3：設(shè)處于截面a的自由電荷經(jīng)過時(shí)間t到達(dá)截面b，截面面積為S,此導(dǎo)體單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電荷vvvv

步驟3：設(shè)處于截面a的自由電荷經(jīng)過時(shí)間t到達(dá)截面b，截面面積為S,此導(dǎo)體單位體積內(nèi)有n個(gè)自由電荷vvvvtab

步驟3：據(jù)此推導(dǎo)出導(dǎo)體中電流I的表達(dá)式vvvvtab

步驟3：據(jù)此推導(dǎo)出導(dǎo)體中電流I的表達(dá)式vvvvtab

步驟3：據(jù)此推導(dǎo)出導(dǎo)體中電流I的表達(dá)式vvvvtab步驟4：由以上結(jié)論推導(dǎo)洛倫茲力的表達(dá)式步驟4：由以上結(jié)論推導(dǎo)洛倫茲力的表達(dá)式步驟4：由以上結(jié)論推導(dǎo)洛倫茲力的表達(dá)式其中N=nSL步驟4：由以上結(jié)論推導(dǎo)洛倫茲力的表達(dá)式其中N=nSL步驟4：由以上結(jié)論推導(dǎo)洛倫茲力的表達(dá)式F洛=qvB其中N=nSL運(yùn)動(dòng)電荷垂直進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)F洛=qvB

問題5：當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度v與磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直時(shí)，F(xiàn)洛=qvB;當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度v與磁感應(yīng)強(qiáng)度B平行時(shí)，F(xiàn)洛=？

問題5：當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度v與磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直時(shí)，F(xiàn)洛=qvB;當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度v與磁感應(yīng)強(qiáng)度B平行時(shí)，F(xiàn)洛=？類比安培力的特點(diǎn)：當(dāng)I∥B，F(xiàn)安=0

問題5：當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度v與磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直時(shí)，F(xiàn)洛=qvB;當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度v與磁感應(yīng)強(qiáng)度B平行時(shí)，F(xiàn)洛=？類比安培力的特點(diǎn)：當(dāng)I∥B，F(xiàn)安=0v∥B，F(xiàn)洛=0；Bv+qθ那么當(dāng)二者有一夾角θ時(shí)，洛倫茲力怎么計(jì)算呢？Bv+qθv1v2那么當(dāng)二者有一夾角θ時(shí)，洛倫茲力怎么計(jì)算呢？Bv+qθv1v2F洛=qv2B那么當(dāng)二者有一夾角θ時(shí)，洛倫茲力怎么計(jì)算呢？課堂小結(jié)一：洛侖茲力的特點(diǎn)

1、洛倫茲力的方向：左手定則

課堂小結(jié)一：洛侖茲力的特點(diǎn)

1、洛倫茲力的方向：左手定則

F洛⊥vF洛⊥vB平面F洛⊥B課堂小結(jié)一：洛侖茲力的特點(diǎn)

1、洛倫茲力的方向：左手定則

2、洛倫茲力的大小：F洛⊥vF洛⊥vB平面F洛⊥B課堂小結(jié)一：洛侖茲力的特點(diǎn)

1、洛倫茲力的方向：左手定則

2、洛倫茲力的大?。海?）v∥B，F(xiàn)洛=0；（2）v⊥B，F(xiàn)洛=qvB（3）v與B成θ，F(xiàn)=qvBsinθF洛⊥vF洛⊥vB平面F洛⊥B

1、下列各圖中帶電粒子剛剛進(jìn)入磁場(chǎng)，試判斷這時(shí)粒子所受洛倫茲力的方向×××××××××課堂練習(xí)++vvv

1、下列各圖中帶電粒子剛剛進(jìn)入磁場(chǎng)，試判斷這時(shí)粒子所受洛倫茲力的方向FL×××××××××課堂練習(xí)++vvv

1、下列各圖中帶電粒子剛剛進(jìn)入磁場(chǎng)，試判斷這時(shí)粒子所受洛倫茲力的方向FL×××××××××課堂練習(xí)++vvvFL

1、下列各圖中帶電粒子剛剛進(jìn)入磁場(chǎng)，試判斷這時(shí)粒子所受洛倫茲力的方向FL×××××××××課堂練習(xí)++vvvFL=0FL

2、電子以v=4.0105m/s的速度，垂直進(jìn)入B=0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，已知電子的質(zhì)量m=0.9110-30kg，電荷e=1.610-19C，它受到的洛侖茲力是多大？電子的加速度多大？課堂練習(xí)解：電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受到的洛侖茲力大小

解：電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受到的洛侖茲力大小

f=evB=1.610-194.01050.2N=1.2810-14N解：電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受到的洛侖茲力大小

f=evB=1.610-194.01050.2N=1.2810-14N解：電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受到的洛侖茲力大小

f=evB=1.610-194.01050.2N=1.2810-14N

說明：通常情況下，帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)重力的影響可忽略不計(jì)

問題5：帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，在洛侖茲力的作用下帶電粒子將做什么樣的運(yùn)動(dòng)？

四、洛侖茲力的作用

vvvvF在這樣的力的作用下電荷將做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

vvvvF因?yàn)槁鍌惼澚r(shí)刻與速度垂直，所以洛倫茲力不做功，他只改變速度的方向不改變速度的大小。

問題6：電荷的運(yùn)動(dòng)軌道半徑與哪些因素有關(guān)，關(guān)系如何？

帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，

問題6：電荷的運(yùn)動(dòng)軌道半徑與哪些因素有關(guān)，關(guān)系如何？

帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，

問題6：電荷的運(yùn)動(dòng)軌道半徑與哪些因素有關(guān)，關(guān)系如何？

帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，

問題6：電荷的運(yùn)動(dòng)軌道半徑與哪些因素有關(guān)，關(guān)系如何？

帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，

思考1、質(zhì)量不同電量相同的帶電粒子，以大小相等的動(dòng)量垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？

思考1、質(zhì)量不同電量相同的帶電粒子，以大小相等的動(dòng)量垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？

思考1、質(zhì)量不同電量相同的帶電粒子，以大小相等的動(dòng)量垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？

思考1、質(zhì)量不同電量相同的帶電粒子，以大小相等的動(dòng)量垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？

思考1、質(zhì)量不同電量相同的帶電粒子，以大小相等的動(dòng)量垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？

思考1、質(zhì)量不同電量相同的帶電粒子，以大小相等的動(dòng)量垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？半徑相同思考2、速度相同，質(zhì)荷比不同的帶電粒子垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？

思考2、速度相同，質(zhì)荷比不同的帶電粒子垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？思考2、速度相同，質(zhì)荷比不同的帶電粒子垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？思考2、速度相同，質(zhì)荷比不同的帶電粒子垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？思考2、速度相同，質(zhì)荷比不同的帶電粒子垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們的軌道半徑關(guān)系如何？質(zhì)荷比大的半徑大

思考3、在同一磁場(chǎng)中做半徑相等的圓周運(yùn)動(dòng)的氘核、氚核、氦核，哪個(gè)運(yùn)動(dòng)速度大？

思考3、在同一磁場(chǎng)中做半徑相等的圓周運(yùn)動(dòng)的氘核、氚核、氦核，哪個(gè)運(yùn)動(dòng)速度大？

思考3、在同一磁場(chǎng)中做半徑相等的圓周運(yùn)動(dòng)的氘核、氚核、氦核，哪個(gè)運(yùn)動(dòng)速度大？

思考3、在同一磁場(chǎng)中做半徑相等的圓周運(yùn)動(dòng)的氘核、氚核、氦核，哪個(gè)運(yùn)動(dòng)速度大？

思考3、在同一磁場(chǎng)中做半徑相等的圓周運(yùn)動(dòng)的氘核、氚核、氦核，哪個(gè)運(yùn)動(dòng)速度大？質(zhì)荷比大的速度小

問題7：帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期大小與哪些因素有關(guān)？關(guān)系如何？

圓周長(zhǎng)與圓半徑的關(guān)系周長(zhǎng)=2πR圓周長(zhǎng)與圓半徑的關(guān)系周長(zhǎng)=2πR圓周運(yùn)動(dòng)的周期與周長(zhǎng)和速率的關(guān)系圓周長(zhǎng)與圓半徑的關(guān)系周長(zhǎng)=2πR圓周運(yùn)動(dòng)的周期與周長(zhǎng)和速率的關(guān)系圓周長(zhǎng)與圓半徑的關(guān)系周長(zhǎng)=2πR圓周運(yùn)動(dòng)的周期與周長(zhǎng)和速率的關(guān)系圓周長(zhǎng)與圓半徑的關(guān)系周長(zhǎng)=2πR圓周運(yùn)動(dòng)的周期與周長(zhǎng)和速率的關(guān)系

思考：同一帶電粒子，在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它的速率增大時(shí)，其周期怎樣改變？

思考：同一帶電粒子，在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它的速率增大時(shí)，其周期怎樣改變？

思考：同一帶電粒子，在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它的速率增大時(shí)，其周期怎樣改變？

思考：同一帶電粒子，在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它的速率增大時(shí)，其周期怎樣改變？

思考：同一帶電粒子，在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它的速率增大時(shí)，其周期怎樣改變？不變課堂小結(jié)二：洛侖茲力的作用

1、洛倫茲力的方向永遠(yuǎn)與速度垂直只改變運(yùn)動(dòng)電荷速度的方向，不改變運(yùn)動(dòng)電荷速度的大小。洛倫茲力永遠(yuǎn)不做功！2、帶電粒子只在洛倫茲力作用下做圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)3、電子以初速度v垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則()A、磁場(chǎng)對(duì)電子的作用力始終不變。B、磁場(chǎng)對(duì)電子的作用力始終不做功。C、電子的速度始終不變。