运动电荷在磁场中受到的力.ppt

运动电荷在磁场中受到的力弥勒县第四中学 张辉美丽的极光美丽的极光美丽的极光美丽的极光美丽的极光美丽的极光美丽的极光美丽的极光 美丽的极光是来自哪里？怎么样形成的？知识回顾：磁场对电流的作用安培力判断下列图中安培力的方向，及大小。判断下列图中安培力的方向，及大小。IB若导线的电流为若导线的电流为I、磁场强度为、磁场强度为B，导线长度，导线长度L，则所受的，则所受的安培力为多少？安培力为多少？知识回顾：磁场对处于磁场中的电流有力的作用电流是怎样产生的呢？电荷的定向移动产生电流电荷的定向移动产生电流【思考与讨论】磁场对放入其中的电流（垂直）有力的作用，而电流是因为电荷的定向作用移动形成的，那么是不是磁场对运动电荷也有力的作用？观察阴极射线在磁场中的偏转阴极射线-高速运动的电子流实验观察到的现象：1、电子流在磁场中发生了偏转，运动轨迹发生弯曲2、当磁场的方向发生变化时，电子流的弯曲方向也发生了改变结论：1、磁场对运动电荷有力的作用2、磁场对运动电荷力的方向与磁场的方向及电荷的运动方向有关运动电荷在磁场中所受的力洛伦兹力洛伦兹与洛伦兹力洛伦兹，荷兰物理学家，洛伦兹，荷兰物理学家，首首先提出磁场对运动电荷有作先提出磁场对运动电荷有作用力的观点。用力的观点。洛伦兹创立洛伦兹创立了经典电子论，提出了洛伦了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，兹变换公式，1902年与其年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物学生塞曼共同获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹的卓理学奖。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从著功勋，荷兰政府决定从1945年起，把他的生日定年起，把他的生日定为为“洛伦兹节洛伦兹节”。洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力(Lorentz forceLorentz forceLorentz forceLorentz force)1 1 1 1、定义定义定义定义：运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷在磁场中受到的作用力，叫洛在磁场中受到的作用力，叫洛在磁场中受到的作用力，叫洛在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力。伦兹力。伦兹力。伦兹力。2 2 2 2、洛伦兹力的、洛伦兹力的、洛伦兹力的、洛伦兹力的方向方向方向方向：vF F F F洛洛洛洛vF F F F洛洛洛洛洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向伸开伸开伸开伸开左手左手左手左手：磁感线磁感线磁感线磁感线垂直穿入手心垂直穿入手心垂直穿入手心垂直穿入手心四指四指四指四指大拇指大拇指大拇指大拇指所受洛伦兹力的方向所受洛伦兹力的方向所受洛伦兹力的方向所受洛伦兹力的方向指向指向指向指向正电荷正电荷正电荷正电荷的运动方向的运动方向的运动方向的运动方向指向指向指向指向负电荷负电荷负电荷负电荷运动的反向运动的反向运动的反向运动的反向vF F F F洛洛洛洛 实验结论实验结论实验结论实验结论：洛伦兹力的方向既：洛伦兹力的方向既：洛伦兹力的方向既：洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直跟磁场方向垂直跟磁场方向垂直跟磁场方向垂直F F F FB B B B，又跟电方荷，又跟电方荷，又跟电方荷，又跟电方荷的运动方向垂直的运动方向垂直的运动方向垂直的运动方向垂直F F F Fv v，故洛伦兹力，故洛伦兹力，故洛伦兹力，故洛伦兹力的方向总是垂直于磁感线和运动电的方向总是垂直于磁感线和运动电的方向总是垂直于磁感线和运动电的方向总是垂直于磁感线和运动电荷所在的平面，即：荷所在的平面，即：荷所在的平面，即：荷所在的平面，即：F F F F安安安安B B B Bv v平面平面平面平面思考与讨论思考与讨论如图所示，若将电荷的运动方向和磁场的方如图所示，若将电荷的运动方向和磁场的方向同时反向，则洛伦兹力的方向是不是也跟向同时反向，则洛伦兹力的方向是不是也跟着反向？着反向？结论：当电荷的运动方向和磁场方向结论：当电荷的运动方向和磁场方向同时反向时，同时反向时，洛伦兹力方向不变洛伦兹力方向不变。vF F F F洛洛洛洛请你分析洛伦兹力和安培力方向的判断方请你分析洛伦兹力和安培力方向的判断方法，找出判断两力方向的共同规律法，找出判断两力方向的共同规律安培力：伸出左手，让磁安培力：伸出左手，让磁感线穿过手心，感线穿过手心，四指指向四指指向电流方向电流方向，拇指所指的方，拇指所指的方向就是安培力的方向向就是安培力的方向洛伦兹力：伸出左手，让磁感线洛伦兹力：伸出左手，让磁感线穿过手心，穿过手心，四指指向正电荷的四指指向正电荷的运动方向，（指向负电荷的运动运动方向，（指向负电荷的运动反方向）反方向）拇指所指的方向就是拇指所指的方向就是安培力的方向安培力的方向通电导线在磁场中所受的安培力就是洛伦兹通电导线在磁场中所受的安培力就是洛伦兹力的宏观表现。力的宏观表现。安培力：大量运动电荷的在磁场中受到的力安培力：大量运动电荷的在磁场中受到的力洛伦兹力：一个运动电荷在磁场中受到的力洛伦兹力：一个运动电荷在磁场中受到的力思考与讨论思考与讨论 磁场对通电导线能产生安培力的作用，磁场对通电导线能产生安培力的作用，当磁场方向与电流方向垂直时，安培力的当磁场方向与电流方向垂直时，安培力的大小为大小为F F安安=B=BI IL L，而电流就是电荷的定向移，而电流就是电荷的定向移动形成的，那么，磁场对运动电荷所产生动形成的，那么，磁场对运动电荷所产生的洛伦兹力与安培力有什么关系？洛伦兹的洛伦兹力与安培力有什么关系？洛伦兹力的大小又与什么因素有关？力的大小又与什么因素有关？如图所示，设有一段长度为如图所示，设有一段长度为L L，横截面横截面积为积为S S的导线，导线单位体积内含有的自由的导线，导线单位体积内含有的自由电荷数为电荷数为n n，每个自由电荷的电荷量为每个自由电荷的电荷量为q q，定定向移动速率为向移动速率为v v，将这段通电导线垂直磁场，将这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为方向放入磁感应强度为B B的磁场中。的磁场中。洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小安培力为安培力为F F安安=B=BI IL L电流的微观表电流的微观表达式为达式为设导线中共有设导线中共有N N个自由电子个自由电子N=N=nsLnsL每个电子受的磁场力为每个电子受的磁场力为F F洛洛 =F=F安安/N/N 故可得故可得F F洛洛=e evB BI I=nesnesv(条件是条件是vBB)洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小洛仑兹力的特点洛仑兹力的特点洛仑兹力的特点洛仑兹力的特点1 1 1 1、洛伦兹力的大小：、洛伦兹力的大小：、洛伦兹力的大小：、洛伦兹力的大小：（1）vBB，F F洛洛=0=0；（2 2）vBB，F F洛洛=q qvB B（3 3）v与与B成成时，时，F=qvBsinv vv v1 1 1 1、洛伦兹力的方向：、洛伦兹力的方向：、洛伦兹力的方向：、洛伦兹力的方向：F F洛洛B BF F洛洛vF F洛洛vB B平面平面重要结论：洛伦兹力永远不做功！重要结论：洛伦兹力永远不做功！2 2 2 2、洛伦兹力的效果：洛伦兹力的方向永远与速、洛伦兹力的效果：洛伦兹力的方向永远与速、洛伦兹力的效果：洛伦兹力的方向永远与速、洛伦兹力的效果：洛伦兹力的方向永远与速度垂直，只改变运动电荷速度的方向，不改变运度垂直，只改变运动电荷速度的方向，不改变运度垂直，只改变运动电荷速度的方向，不改变运度垂直，只改变运动电荷速度的方向，不改变运动电荷速度的大小。动电荷速度的大小。动电荷速度的大小。动电荷速度的大小。电荷在电场中电荷在电场中电荷在电场中电荷在电场中一定一定一定一定要受到电场力的作用要受到电场力的作用要受到电场力的作用要受到电场力的作用运动电荷在磁场中运动电荷在磁场中运动电荷在磁场中运动电荷在磁场中不一定不一定不一定不一定要受到洛伦兹力的作用要受到洛伦兹力的作用要受到洛伦兹力的作用要受到洛伦兹力的作用电场力电场力电场力电场力F=F=F=F=qEqEqEqE洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力F=F=F=F=q q q qv vB B B B电场力方向与电场方向电场力方向与电场方向电场力方向与电场方向电场力方向与电场方向平行平行平行平行洛伦兹力方向与磁场方向洛伦兹力方向与磁场方向洛伦兹力方向与磁场方向洛伦兹力方向与磁场方向垂直垂直垂直垂直电场力对运动的电荷电场力对运动的电荷电场力对运动的电荷电场力对运动的电荷不一定不一定不一定不一定做功做功做功做功洛伦兹力对运动的电荷洛伦兹力对运动的电荷洛伦兹力对运动的电荷洛伦兹力对运动的电荷一定不一定不一定不一定不做功做功做功做功思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论 你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同吗？你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同吗？你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同吗？你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同吗？1 1 1 1、大小的不同：、大小的不同：、大小的不同：、大小的不同：2 2 2 2、方向的不同：、方向的不同：、方向的不同：、方向的不同：3 3 3 3、作用关系的不同：、作用关系的不同：、作用关系的不同：、作用关系的不同：4 4 4 4、做功的不同：、做功的不同：、做功的不同：、做功的不同：电视显像管的工作原理电视显像管的工作原理电视显像管的工作原理电视显像管的工作原理 电视显像管应用了电视显像管应用了电子束在磁场中的偏电子束在磁场中的偏转转原理。电子束射向荧光屏就能发光，一束原理。电子束射向荧光屏就能发光，一束电子束只能使荧光屏上的一个点发光，而通电子束只能使荧光屏上的一个点发光，而通过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整个荧光过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整个荧光屏发光。屏发光。宇宙射线宇宙射线 从太阳或其他星体上，从太阳或其他星体上，从太阳或其他星体上，从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流时刻都有大量的高能粒子流时刻都有大量的高能粒子流时刻都有大量的高能粒子流放出，称为放出，称为放出，称为放出，称为宇宙射线宇宙射线宇宙射线宇宙射线。这些。这些。这些。这些高能粒子流若都到达地球，高能粒子流若都到达地球，高能粒子流若都到达地球，高能粒子流若都到达地球，将对地球上的生物带来危害。将对地球上的生物带来危害。将对地球上的生物带来危害。将对地球上的生物带来危害。但由于地球周围存在磁场，但由于地球周围存在磁场，但由于地球周围存在磁场，但由于地球周围存在磁场，在洛伦兹力的作用下，改变在洛伦兹力的作用下，改变在洛伦兹力的作用下，改变在洛伦兹力的作用下，改变了宇宙射线中带电粒子的运了宇宙射线中带电粒子的运了宇宙射线中带电粒子的运了宇宙射线中带电粒子的运动方向，从而对宇宙射线起动方向，从而对宇宙射线起动方向，从而对宇宙射线起动方向，从而对宇宙射线起了一定的阻挡作用。了一定的阻挡作用。了一定的阻挡作用。了一定的阻挡作用。1 1 1 1、试判断下列运动的带电粒子在磁场中所、试判断下列运动的带电粒子在磁场中所、试判断下列运动的带电粒子在磁场中所、试判断下列运动的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向：受洛伦兹力的方向：受洛伦兹力的方向：受洛伦兹力的方向：课堂练习课堂练习1 1、下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，试判断、下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，试判断这时粒子所受洛伦兹力的方向这时粒子所受洛伦兹力的方向 +V VV V+V VV VV V+V VF FL+V V垂直纸面向外垂直纸面向外 垂直纸面向里垂直纸面向里+V VF FLF FL LF FLFL=0FL=0课堂练习课堂练习:2 2 2 2、带带带带电电电电量量量量为为为为q q q q的的的的粒粒粒粒子子子子，在在在在匀匀匀匀强强强强磁磁磁磁场场场场中中中中运运运运动，下面说法正确的是（动，下面说法正确的是（动，下面说法正确的是（动，下面说法正确的是（）A A A A、只只只只要要要要速速速速度度度度大大大大小小小小相相相相同同同同，所所所所受受受受的的的的洛洛洛洛伦伦伦伦兹兹兹兹力力力力就就就就相相相相同同同同B B B B、如如如如果果果果把把把把q q q q改改改改为为为为q q q q，且且且且速速速速度度度度反反反反向向向向大大大大小小小小不不不不变变变变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变则所受的洛伦兹力大小、方向均不变则所受的洛伦兹力大小、方向均不变则所受的洛伦兹力大小、方向均不变C C C C、只只只只要要要要带带带带电电电电粒粒粒粒子子子子在在在在磁磁磁磁场场场场中中中中运运运运动动动动，就就就就一一一一定定定定受受受受洛洛洛洛伦兹力作用伦兹力作用伦兹力作用伦兹力作用D D D D、带带带带电电电电粒粒粒粒子子子子受受受受洛洛洛洛伦伦伦伦兹兹兹兹力力力力小小小小，则则则则该该该该磁磁磁磁场场场场的的的的磁磁磁磁感感感感应强度小应强度小应强度小应强度小B B课堂练习课堂练习3 3、电子以初速度、电子以初速度v垂直进入垂直进入磁感应强度磁感应强度为为B B的的匀强磁场中匀强磁场中,则则()()A A、磁场对电子的作用力始终不变、磁场对电子的作用力始终不变.B B、磁场对电子的作用力始终不做功、磁场对电子的作用力始终不做功 C C、电子的速度始终不变、电子的速度始终不变.D D、电子的动能始终不变、电子的动能始终不变BD课堂练习课堂练习5 5、如图示，一带负电的小滑块从粗糙的斜、如图示，一带负电的小滑块从粗糙的斜面顶端滑至底端时的速率为面顶端滑至底端时的速率为v；若加一个垂若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，并保证小滑块能滑直纸面向外的匀强磁场，并保证小滑块能滑至底端，则它滑至底端时的速率将（至底端，则它滑至底端时的速率将（）A A、变大变大 B B、变、变小小 C C、不变不变 D D、条件不足，无法判断条件不足，无法判断B课堂练习课堂练习思考与深化思考与深化若带电粒子垂直于磁场方向射入匀强磁场中，若带电粒子垂直于磁场方向射入匀强磁场中，带电粒子在磁场中将会如何运动？带电粒子在磁场中将会如何运动？运动电荷在匀强磁场中的运动运动电荷在匀强磁场中的运动知识回顾：知识回顾：若一带电粒子（不计重力）垂直进入到磁场中，则该粒子受到了洛伦兹力的作用，f洛=qvB 方向始终与v的方向垂直，洛伦兹力只改变粒子的速度方向，不改变粒子速度大小。思考在洛伦兹力的作用下，粒子将做何种运动，并说明你的理由。运动电荷在匀强磁场中的运动运动电荷在匀强磁场中的运动观察到的现象：观察到的现象：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动匀速圆周运动问题：问题：1、粒子做匀速圆周运动的向心力来自哪里？、粒子做匀速圆周运动的向心力来自哪里？2、粒子做匀速圆周运动的周期跟哪些因素有、粒子做匀速圆周运动的周期跟哪些因素有关？关？3、粒子做匀速圆周运动的半径跟哪些因素有、粒子做匀速圆周运动的半径跟哪些因素有关？关？