第2节磁场对运动电荷的作用

1、美丽的极光美丽的极光 第五节第五节 运动电荷在运动电荷在磁场中受到磁场中受到的力的力 回顾复习：回顾复习： 1 1、安培力的定义：、安培力的定义：磁场对通电导线的作用力磁场对通电导线的作用力 方向的判断：方向的判断： 左手定则左手定则 大小的计算：大小的计算： 2、电流是如何形成的？电流是如何形成的？ 电流是由电荷的定向移动形成的电流是由电荷的定向移动形成的 F FBILsinBILsin 猜想：猜想： 磁场可能对运动电荷有力的作用。磁场可能对运动电荷有力的作用。 1.实验探究：实验探究： 磁场对运动电荷是否有力的作用磁场对运动电荷是否有力的作用 （1）探究过程）探究过程 外加蹄形磁铁外加蹄形

2、磁铁时，阴极射线管中电子束运动时，阴极射线管中电子束运动轨迹轨迹 发生弯曲发生弯曲 无外加磁场无外加磁场时，阴极射线管中电子束的时，阴极射线管中电子束的运动轨运动轨 迹为直线迹为直线 交换磁铁交换磁铁N N、S S极极，电子束的偏转方向与之前相反，电子束的偏转方向与之前相反 （2）探究结论）探究结论 磁场对运动电荷会磁场对运动电荷会产生力的作用产生力的作用 磁场对运动电荷的磁场对运动电荷的作用力方向与磁场方向有关作用力方向与磁场方向有关 1 1、定义：磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力、定义：磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力 2 2、方向的判断：、方向的判断： 通电导线在磁场中受到的安培力，

3、实际是通电导线在磁场中受到的安培力，实际是 洛伦兹力的宏观表现洛伦兹力的宏观表现 . . 伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都 与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入， 并使四指指向并使四指指向正电荷正电荷运动的方向，这时拇指所运动的方向，这时拇指所 指的方向就是指的方向就是运动的正电荷运动的正电荷在磁场中所受洛伦在磁场中所受洛伦 兹力的方向兹力的方向 。 左手定则左手定则 v v F F v v B v F F 垂直纸面向外垂直纸面向外 例：例： 试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受试判断下图中的带电粒子刚

4、进入磁场时所受 的洛伦兹力的方向的洛伦兹力的方向 反思反思: :判断洛伦兹力方向时，要分清研究的是判断洛伦兹力方向时，要分清研究的是 正电荷还是负电荷，要是负电荷，四指要指向正电荷还是负电荷，要是负电荷，四指要指向 负电荷运动的反方向负电荷运动的反方向, ,并且左右手也得分清。并且左右手也得分清。 请同学们解释阴极射线管中电子束运动请同学们解释阴极射线管中电子束运动 轨迹为什么向上弯曲？轨迹为什么向上弯曲？ 变式训练：变式训练： 试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向，或带试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向，或带 电粒子的电性、或带点粒子的运动方向。电粒子的电性、或带点粒子的运动方向。 v F

5、 F v v 洛伦兹力方向垂直纸面向里洛伦兹力方向垂直纸面向里 思考与讨论： 1 1、洛伦兹力的方向与带电粒子的运动方向有、洛伦兹力的方向与带电粒子的运动方向有 什么关系？什么关系？ 洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，又垂直洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，又垂直 于速度方向，即垂直于磁场和速度所组成的平面。于速度方向，即垂直于磁场和速度所组成的平面。 3 3、洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么样的影洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么样的影 响？响？ 洛伦兹力只改变速度方向，不改变速度的大小。洛伦兹力只改变速度方向，不改变速度的大小。 2 2、洛伦兹力对带电粒子做的功是多少？洛伦兹力对带电粒子做的

6、功是多少？ 洛仑兹力对带电粒子永不做功。洛仑兹力对带电粒子永不做功。 洛伦兹力的特点：洛伦兹力的特点： （1）、洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，）、洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向， 又垂直于速度方向，即垂直于磁场和速度又垂直于速度方向，即垂直于磁场和速度 所组成的平面。所组成的平面。 （2）、洛伦兹力对电荷不做功，即不改变）、洛伦兹力对电荷不做功，即不改变 速度的大小，只改变速度的方向。速度的大小，只改变速度的方向。 洛伦兹力的大小 1.洛伦兹力大小的推导 有一通电直导线长为L，横截面积为S，电流为I，导线中单 位体积的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，运动 速率为v，垂直放入磁感应强度

7、为B的匀强磁场中。 vt v s v 导体受到的安培力： 自由电荷数： I 的微观表达式 ： F=BIL I=nqsv N=nLs 每个自由电荷所受的洛伦兹力大小 ： (vB） (vB） 特例: qvBF 洛 0 洛 F sinqvBF 洛 当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B方向的夹角 为，电荷所受的洛伦兹力大小为 ： 即磁场对静止电荷没有力的作用即磁场对静止电荷没有力的作用 运动的电荷在磁场中一定会受到洛伦兹力的作用吗？运动的电荷在磁场中一定会受到洛伦兹力的作用吗？ 人类首次拍到南北极光人类首次拍到南北极光“同放光彩同放光彩”奇奇 景景 在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，在太阳创造的诸

8、如光和热等形式的能量中， 有一种能量被称为有一种能量被称为“太阳风太阳风”。这是一束可以。这是一束可以 覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳 风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400 公里的速度撞击地球磁场，公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏磁场使该颗粒流偏 向地磁极下落向地磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击，它们与氧和氮的原子碰撞，击 走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发 射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的 极光特

9、征色彩，形成极光。在南极地区形成的极光特征色彩，形成极光。在南极地区形成的 叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象，叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象， 称之为北极光。称之为北极光。 人类首次拍到南北极光人类首次拍到南北极光“同放光彩同放光彩”奇奇 景景 以正电荷为例以正电荷为例 当堂检测当堂检测 1、如图所示，带电粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面、如图所示，带电粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面 向外的是向外的是 （ ）C 2.电子的速率电子的速率v=3.0106m/s，沿，沿 着与磁场垂直的方向射入着与磁场垂直的方向射入B=0.10T 的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力

10、 大小为大小为_N 4.810-14 小结：小结： 1、洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力、洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力 安培力是洛伦兹力的宏观表现安培力是洛伦兹力的宏观表现. 2、洛伦兹力的方向：左手定则、洛伦兹力的方向：左手定则 F v F B 3、洛伦兹力大小：、洛伦兹力大小： F=qVBsin VB F=qVB VB F= 0 5、电视显像管的工作原理、电视显像管的工作原理 4、特点：洛伦兹力只改变速度的方向，不改变、特点：洛伦兹力只改变速度的方向，不改变 速度的大小，即洛伦兹力对运动电荷不做功速度的大小，即洛伦兹力对运动电荷不做功 。 作业：作业： 完成课后的完成课后的“问题与练习

11、问题与练习”及课后延伸的及课后延伸的“巩固练习巩固练习 ”。 课堂练习：完成课本98页1、2题 例、例、当一带正电当一带正电q q的粒子以速度的粒子以速度v v沿螺线管中轴线进沿螺线管中轴线进 入该通电螺线管，若不计重力，则入该通电螺线管，若不计重力，则 A A带电粒子速度大小改变；带电粒子速度大小改变； B B带电粒子速度方向改变；带电粒子速度方向改变； C C带电粒子速度大小不变；带电粒子速度大小不变； D D带电粒子速度方向不变。带电粒子速度方向不变。 CD . 反思：带点粒子在磁场中受不受洛伦兹力决定于反思：带点粒子在磁场中受不受洛伦兹力决定于 速度的方向和磁场的方向，所以在速度已知的

12、情速度的方向和磁场的方向，所以在速度已知的情 况下，一定要弄清磁场的分布特点。况下，一定要弄清磁场的分布特点。 有一匀强磁场，磁感应强度大小为有一匀强磁场，磁感应强度大小为1.2T，方向由南，方向由南 指向北，如有一质子沿竖直向下的方向进入磁场，磁指向北，如有一质子沿竖直向下的方向进入磁场，磁 场作用在质子上的力为场作用在质子上的力为9.610-14N，则质子射入时速，则质子射入时速 度为度为 ,质子在磁场中向质子在磁场中向 方向偏方向偏 转转 。 变式训练：变式训练： 510 m/s 东 1 1、电视显像管的工作原理、电视显像管的工作原理 主要构造:电子枪（阴极）、偏电子枪（阴极）、偏 转线

13、圈、荧光屏等转线圈、荧光屏等 【思考与讨论思考与讨论】 1 1若要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的若要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的 点，偏转磁场应该沿什么方向？点，偏转磁场应该沿什么方向？ 2 2若要使电子束打在点，磁场应该沿什么方向？若要使电子束打在点，磁场应该沿什么方向？ 3 3若要使电子束打在荧光屏上的位置由逐渐向点移若要使电子束打在荧光屏上的位置由逐渐向点移 动，偏转磁场应该怎样变化？动，偏转磁场应该怎样变化？ 二、应用二、应用 垂直纸面向外垂直纸面向外 垂直纸面向里垂直纸面向里 先垂直纸面向里并逐渐减小，然后先垂直纸面向里并逐渐减小，然后 垂直纸面向外并逐渐增

14、大。垂直纸面向外并逐渐增大。 电视显像管 1. 原理 阳极发射电子，经过偏转线圈，偏转线圈产生的磁场和电子 运动方向垂直，电子受洛伦兹力作用发生偏转，偏转后打在 荧光屏上，使其发光。 2. 扫描 在偏转区的水平和竖直方向 都加有偏转磁场，其方向、 强弱都在不断变化，因此电 子束打在荧光屏上的点也在 不断移动，这在电视技术中 称为扫描。 例、例、来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直 的方向射向赤道上空的某一点，则这些质的方向射向赤道上空的某一点，则这些质 子在进入地球周围的空间时，将子在进入地球周围的空间时，将( ) A.竖直向下沿直线射向竖直向下沿直线射向. B

15、.相对于预定地面向东偏转相对于预定地面向东偏转. C.相对于预定点稍向西偏转相对于预定点稍向西偏转. D.相对于预定点稍向北偏转相对于预定点稍向北偏转. B 在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中， 有一种能量被称为有一种能量被称为“太阳风太阳风”。这是一束可以。这是一束可以 覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳 风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400 公里的速度撞击地球磁场，公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏磁场使该颗粒流偏 向地磁极下落向地磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击，它们与氧和氮的原子碰撞，击 走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发 射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的 极光特征色彩，形成极光。在南极地区形成的极光特征色彩，形成极光。在南极地