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文檔簡介
第一章安培力與洛倫茲力2磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力問題導(dǎo)入
我們知道,磁場對通電導(dǎo)線有作用力;我們還知道,帶電粒子的定向移動(dòng)形成了電流。那么,磁場對運(yùn)動(dòng)電荷有作用力嗎?如果有,力的方向和大小又是怎樣的呢?陰極射線管——觀察電子束運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置一、洛倫茲力的方向觀察電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn)演示無磁場時(shí)電子束是一條直線課堂探究磁鐵靠近陰極射線管,發(fā)現(xiàn)電子束運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了彎曲。演示觀察電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn)
實(shí)驗(yàn)表明,電子束受到磁場的力的作用,徑跡發(fā)生了彎曲。運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力稱為洛倫茲力。1.洛倫茲力與安培力的關(guān)系導(dǎo)線在磁場中受到的安培力,實(shí)際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)安培力大小等于各個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的矢量和
磁場對電流的作用安培力洛倫茲力磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用宏觀微觀F安=N·F洛BvF洛洛倫茲力垂直于B垂直于v,即垂直于Bv所在的平面
洛倫茲力的方向與電子的運(yùn)動(dòng)方向并不在同一條直線上,導(dǎo)致了電子運(yùn)動(dòng)方向變化。
實(shí)驗(yàn)表明運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場中所受洛倫茲力的方向,與運(yùn)動(dòng)方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直。BvF洛
我們曾經(jīng)用左手定則判定安培力的方向。能不能用類似的方法判定運(yùn)動(dòng)電荷的受力方向?IF左手定則微觀正電荷v同樣符合左手定則F洛安培力洛倫茲力思考與討論2.洛倫茲力的方向F洛v左手定則:手掌垂直磁感線四指正電荷運(yùn)動(dòng)方向拇指正電荷受力方向負(fù)電荷受力方向與正電荷受力方向相反vF洛S
N
I電子束就向上彎曲,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。S
N
I電子束就向上彎曲,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。例1試判斷下圖中的帶電粒子剛進(jìn)入磁場時(shí)所受洛倫茲力的方向FFF垂直于紙面向外F
垂直于紙面向里vBvBvBvB思考與討論如何由安培力的表達(dá)式推導(dǎo)出洛倫茲力的表達(dá)式?1、設(shè)靜止導(dǎo)線中定向運(yùn)動(dòng)的帶電粒子的速度都是v,單位體積的粒子數(shù)為n。算出一段導(dǎo)線中的粒子數(shù),這就是在時(shí)間t內(nèi)通過橫截面S的粒子數(shù)。如果每個(gè)粒子的電荷量記為q,由此可以算出q與電流I的關(guān)系。I=nqsv2、寫出這段長為vt的導(dǎo)線所受的安培力F安。F安=BIl=B·nqsv·vt3、求出每個(gè)粒子所受的力,它等于洛倫茲力F洛。這時(shí)許多中間量,如n、v、s、t等都應(yīng)不再出現(xiàn)。
二、洛倫茲力的大小
電荷量為q的粒子以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí),如果速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直,那么粒子所受的洛倫茲力為:F洛
=qvB單位:磁感應(yīng)強(qiáng)度→T力→N電荷量→C速度→m/s②當(dāng)v∥B
時(shí):
F洛
=0①當(dāng)
v垂直B時(shí):
F洛
=qvB若帶電粒子不垂直也不平行射入磁場,粒子受到的洛倫茲力又如何呢?v2v1vθ③當(dāng)速度方向與磁場方向的夾角為θ時(shí):F洛
=qvBsin
θ
參照討論安培力一般式時(shí)的方法:θ=0時(shí)平行:F洛=0θ=90°時(shí)垂直:F洛=qvB三、電子束的磁偏轉(zhuǎn)
洛倫茲力的方向與粒子的運(yùn)動(dòng)速度方向垂直,當(dāng)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí),因受到洛倫茲力的作用,就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。顯像管電視機(jī)中就應(yīng)用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理。三、電子束的磁偏轉(zhuǎn)
洛倫茲力的方向與粒子的運(yùn)動(dòng)速度方向垂直,當(dāng)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí),因受到洛倫茲力的作用,就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。顯像管電視機(jī)中就應(yīng)用了電子束磁偏轉(zhuǎn)的原理。從圖中可以看出,沒有磁場時(shí)電子束打在熒光屏正中的O點(diǎn)。為使電子束偏轉(zhuǎn),由安裝在管頸的偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場。1、如果要使電子束在水平方向偏離中心,打在熒光屏上的A點(diǎn),偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向?垂直紙面向外2、如果要使電子束打在B點(diǎn),磁場應(yīng)該沿什么方向?垂直紙面向里3、如果要使電子束在熒光屏上的位置由B逐漸向A點(diǎn)移動(dòng),偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化?思考與討論磁場先垂直紙面向里逐漸減小,再垂直紙面向外逐漸增大實(shí)際上,在偏轉(zhuǎn)區(qū)水平方向和豎直方向都有偏轉(zhuǎn)磁場。這樣光點(diǎn)就可以移動(dòng),這技術(shù)叫掃描。我國的電視機(jī)每秒要進(jìn)行50場掃描,所以我們才看到整個(gè)屏幕都是亮的。
解:由電場特性知帶正電粒子受到向下的電場力,大小是F電=qE。由左手定則知收到的向上的洛倫茲力,大小F洛=qvBF洛F電當(dāng)兩者大小相等時(shí),粒子才沿圖示的直線運(yùn)動(dòng),即:qE=qvB
1.洛倫茲力:運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的作用力2.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)3.洛倫茲力的方向既垂直于磁場,又垂直于速度,即垂直于v和B所組成的平面。但是B與v不一定垂直。4.左手定則:手掌垂直磁感線四指正電荷運(yùn)動(dòng)方向拇指正電荷受力方向5.F洛
=qvBsin
θ
θ=0時(shí)平行:F洛=0θ=90°時(shí)垂直:F洛
=qvB課堂小結(jié)備用工具&資料
解:由電場特性知帶正電粒子受到向下的電場力,大小是F電=qE。由左手定則知收到的向上的洛倫茲力,大小F洛=qvBF洛F電當(dāng)兩者大小相等時(shí),粒子才沿圖示的直線運(yùn)動(dòng),即:qE=qvB
從圖中可以看出,沒有磁場時(shí)電子束打在熒光屏正中的O點(diǎn)。為使電子束偏轉(zhuǎn),由安裝在管頸的偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場。1、如果要使電子束在水平方向偏離中心,打在熒光屏上的A點(diǎn),偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向?垂直紙面向外2、如果要使電子束打在B點(diǎn),磁場應(yīng)該沿什么方向?垂直紙面向里3、如果要使電子束在熒光屏上的位置由B逐漸向A點(diǎn)移動(dòng),偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化?思考與討論磁場先垂直紙面向里逐漸減小,再垂直紙面向外逐漸增大一、洛倫茲力的方向觀察電子束在磁場中的偏轉(zhuǎn)演示無磁場時(shí)電子束是一條直線課堂探究BvF洛洛倫茲力垂直于B垂直于v,即垂直于Bv所在的平面
洛倫茲力的方向與電子的運(yùn)動(dòng)方向并不在同一條直線上,導(dǎo)致了電子運(yùn)動(dòng)方向變化。
實(shí)驗(yàn)表明運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場中所受洛倫茲力的方向,與運(yùn)動(dòng)方向和磁感應(yīng)
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