探究洛伦兹力

1、 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束第第5 5节节 磁场对磁场对运动电荷运动电荷的作用力的作用力美丽的极光只出现在地球的两极美丽的极光只出现在地球的两极 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束一、回顾复习：一、回顾复习：1 1、安培力的定义：、安培力的定义： 方向的判断：方向的判断： 大小的计算：大小的计算：左手定则左手定则FBIL2、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3 3、由上述的两个问题你可以想到什么？、由上述的两个问题你可以想到什么

2、？磁场对通电导线（电流）的作用力磁场对通电导线（电流）的作用力n n：单位体积内的电荷数：单位体积内的电荷数S S：导体截面积：导体截面积v v：电荷运动速度：电荷运动速度q q: : 电荷的电量电荷的电量（1）定义式 I=q/t（2电流的微观解释式：nqsvI 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束二、洛仑兹力和安培力的关系二、洛仑兹力和安培力的关系FI Iv vv vv vv vv vv vv vfffffff 作用于通电导线上的作用于通电导线上的安培力安培力就是作就是作用于运动电荷上的用于运动电荷上的洛仑兹力洛仑兹力的的宏观表宏观表现。现。

3、20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束图图162 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束运动电荷在磁场中会受到作用力吗？运动电荷在磁场中会受到作用力吗？I演示：阴极射线在磁场中的偏转演示：阴极射线在磁场中的偏转洛伦兹力：洛伦兹力：磁场对磁场对运动运动电荷的作用力电荷的作用力 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束洛伦兹（洛伦兹（1853185319281928） 洛伦兹是荷兰物洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，理学家、数学家，18531853年年7 7月月181

4、8日生于阿日生于阿纳姆。洛伦兹创立了纳姆。洛伦兹创立了经典电子论，提出了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，洛伦兹变换公式，19021902年与其学生塞曼年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理共同获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹学奖。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政的卓著功勋，荷兰政府决定从府决定从19451945年起，年起，把他的生日定为把他的生日定为“洛洛伦兹节伦兹节”。 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束三、洛仑兹力的方向三、洛仑兹力的方向IBB时时vVBB时时磁感线垂直穿过手心磁感线垂直穿过手心磁感线垂直穿过手心磁感线垂直穿过手心四指四指I的方向

5、的方向大拇指大拇指安培力方向验证阴极射线偏转猜想四指四指正电荷运动方向正电荷运动方向 负电荷运动的反方负电荷运动的反方向向大拇指洛仑兹力的方向大拇指洛仑兹力的方向 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束判断下列粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的判断下列粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向方向. .FF F垂直纸面向里垂直纸面向里F-qv甲甲-qv丙丙+qv乙乙+qv丁丁F F垂直纸面向外垂直纸面向外思考思考1: F 、B 、V三个量的方向之间满足什么特点？三个量的方向之间满足什么特点？ 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一

6、页 返回返回结束结束f、v（正电荷）与B的方向关系示意BvfBB 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束2.2.洛伦兹力方向的洛伦兹力方向的特点特点： (1)(1)洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向垂直于垂直于v v和和B B二者所决定的平面。二者所决定的平面。（ F F必定垂直于必定垂直于B B、v v，但，但B B不一定垂直于不一定垂直于v v）(2)(2)洛伦兹力洛伦兹力总总是跟运动的电荷的速度方向垂直，是跟运动的电荷的速度方向垂直，所以洛伦兹力只能改变运动电荷的速度所以洛伦兹力只能改变运动电荷的速度 ， 方向方向大小大小而不改变速度的而不改变速度

7、的 思考思考2: 粒子垂直进入磁场会最什么运动？粒子垂直进入磁场会最什么运动？ 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束例题 1、下列说法中正确的是：（）、下列说法中正确的是：（）A磁场方向、电荷运动方向、洛仑兹力方向磁场方向、电荷运动方向、洛仑兹力方向三者总是互相垂直的三者总是互相垂直的B洛仑兹力方向一定既垂直于磁场方向，又洛仑兹力方向一定既垂直于磁场方向，又垂直于电荷运动方向垂直于电荷运动方向C电荷运动方向与磁场方向可能垂直，也可电荷运动方向与磁场方向可能垂直，也可能不垂直，但洛仑兹力方向一定与磁场方向和运能不垂直，但洛仑兹力方向一定与磁场方向和

8、运动方向都垂直动方向都垂直D根据电荷运动方向和洛仑兹力方向，一定根据电荷运动方向和洛仑兹力方向，一定能确定磁场方向能确定磁场方向BCD 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束例题 3、在阴极射线管上方平行放置一根通有、在阴极射线管上方平行放置一根通有强电流的长直导线，其电流方向从右向强电流的长直导线，其电流方向从右向左，如图，阴极射线将（左，如图，阴极射线将（ ）A向纸内偏转向纸内偏转 B向纸外偏转向纸外偏转C向上偏转向上偏转 D向下偏转向下偏转C 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束二、洛仑兹力的大

9、小二、洛仑兹力的大小问题讨论：问题讨论：1 1、在长、在长L L的体积内的电荷数为的体积内的电荷数为N=N=_,_,这些电这些电荷完全通过截面积荷完全通过截面积S S的时间的时间t=_,t=_,n n：单位体积内：单位体积内的电荷数的电荷数S S：导体截面积：导体截面积v v：电荷运动速：电荷运动速度度q q: :电荷的电量电荷的电量LS2 2、通过导线的电流强度、通过导线的电流强度I=_I=_长度为长度为L L的的导线所受的导线所受的安培力安培力F=_F=_3 3、电量为、电量为q q, ,速度为速度为v v在垂直磁场在垂直磁场( (磁感应强度为磁感应强度为B B) )中中运动受到的洛仑兹力

10、运动受到的洛仑兹力f=_f=_LSnL/vnqSvBnqSvLqvB原理：原理：安培力安培力可以看作是大量运动电荷可以看作是大量运动电荷所受所受洛仑兹力洛仑兹力的合力的的合力的宏观表现宏观表现 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束2.2.若带电粒子不垂直射入磁场若带电粒子不垂直射入磁场1.1.洛伦兹力：洛伦兹力：F=qVB F=qVB (V(V B B）sin (FBqvBv 为 与 的夹角）VB B 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束说明：说明：1 1、当带电粒子的运动方向与磁场方向互相平行时，

11、、当带电粒子的运动方向与磁场方向互相平行时，F=0F=0；2 2、当带电粒子的运动方向与磁场方向互相垂直时，、当带电粒子的运动方向与磁场方向互相垂直时，F=qF=qvBvB; ;3 3、静止电荷在磁场中受到的磁场对电荷的作用力一定为、静止电荷在磁场中受到的磁场对电荷的作用力一定为0 0二、洛仑兹力二、洛仑兹力f f大小的计算大小的计算计算公式：计算公式： sinqvBf 为磁场为磁场B与速度与速度v的夹角的夹角 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束2.2.大小关系：大小关系：F F安安NFNF洛洛（N N是导体中运动的电是导体中运动的电荷数）荷数

12、）3.3.方向关系：方向关系：F F安安与与F F洛正洛正方向相同方向相同4.F4.F安安与与F F洛洛本质都是磁场对运动电荷的作用力本质都是磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力与安培力的关系：洛伦兹力与安培力的关系：1.1.安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力微观表现。安培力微观表现。 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束洛伦兹力洛伦兹力电场力电场力力的概念力的概念产生条件产生条件方向方向大小大小做功情况做功情况磁场磁场对其中的对其中的运动运动电荷电荷的作用的作用电场对放入其中的电场对放入其中的电荷电荷的

13、作用的作用磁场中的磁场中的运动电荷运动电荷，且，且运动方向与磁场方向运动方向与磁场方向不不共线共线电荷将受到洛伦兹电荷将受到洛伦兹力作用力作用电场中的电荷电场中的电荷无论静止无论静止还还是沿是沿任意方向运动任意方向运动都要受都要受到电场到电场力力方向由电荷正负、磁方向由电荷正负、磁场方向以及电荷运动方场方向以及电荷运动方向决定，方向之间关系向决定，方向之间关系遵循遵循左手定则左手定则洛伦兹洛伦兹力方向一定力方向一定垂直垂直于磁场于磁场方向及电荷运动方向方向及电荷运动方向fqvBsinFqE一定一定不做功不做功可能做正功，可能做负可能做正功，可能做负功，也可能不做功功，也可能不做功方向由电荷正负

14、、电方向由电荷正负、电场方向决定场方向决定正电荷正电荷受受力方向与电场方向力方向与电场方向一致一致，负电荷负电荷受力方向与电场受力方向与电场方向方向相反相反 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束1 1、带电量为、带电量为q的粒子，在匀强磁场中运动，的粒子，在匀强磁场中运动，下面说法正确的是下面说法正确的是（ ）A A只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同相同B B如果把如果把q改为改为q，且速度反向大小不且速度反向大小不变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变CC只要带电粒子在磁场

15、中运动，就一定受只要带电粒子在磁场中运动，就一定受洛伦兹力作用洛伦兹力作用D D带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁感应强度可能大感应强度可能大基础巩固基础巩固D 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束例题 2、一个电子以速度、一个电子以速度v逆着磁感线方向进入逆着磁感线方向进入一匀强磁场，它在磁场中将做（一匀强磁场，它在磁场中将做（ ）A加速直线运动加速直线运动B减速直线运动减速直线运动C匀速圆周运动匀速圆周运动D匀速直线运动匀速直线运动D 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返

16、回结束结束 从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线中含有高能带电粒子，若到达地球，对地球中含有高能带电粒子，若到达地球，对地球上的生命将带来危害，图为地磁场的分布图，上的生命将带来危害，图为地磁场的分布图，地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道和两极哪里强？赤道和两极哪里强？ 地磁场对直射地球的宇地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在宙射线的阻挡作用在赤道附赤道附近最强，两极地区最弱近最强，两极地区最弱四、应用：四、应用：1、地磁场对宇宙射线的阻挡作用：、地磁场对宇宙射线的阻挡作用：思考：思考：你能解释为什么极光你能解释为

17、什么极光只在两极出现吗？只在两极出现吗？ 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束思考：若一束质子流垂思考：若一束质子流垂直赤道平面射向地球，直赤道平面射向地球，将偏向哪一方向？将偏向哪一方向？（向东）（向东）美丽的极光只出现在地球的两极美丽的极光只出现在地球的两极 在地磁两极附近在地磁两极附近 由于磁感线与地面垂直由于磁感线与地面垂直 外层外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内 它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光 20212021年年6 6月月1717日

18、日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束电视显像管的工作原理电视显像管的工作原理主要构造主要构造: :电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束一、洛伦兹力的方向：一、洛伦兹力的方向：左手定则左手定则1. 1.洛伦兹力永远垂直于洛伦兹力永远垂直于v v和和B B组成的平面。组成的平面。2. 2.洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小。的大小。3. 3.洛伦兹力对电荷不做功洛伦兹力对电荷不做功二、洛伦兹力大小：二、洛伦兹力大小：五、小结：五、

19、小结：V V与与B B成成角：角：sinFBqv090 洛洛时: F 0时: F qvB 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束课堂练习课堂练习:1.D 2.BD 3. 1图：竖直向上，图：竖直向上，2图：垂直纸面向外，图：垂直纸面向外， 3图：负电荷，图：负电荷， 4图：垂直纸面向里图：垂直纸面向里 5图图 不受力不受力4A 5B.课后练习：课后练习：1.BD 2 A 3.B 4.D 5.BD 6. B 7C 8A 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束 判断下图中带电粒子（电量判断下图中带电粒子（电

20、量q，重力不计）所，重力不计）所受洛伦兹力的大小和方向：受洛伦兹力的大小和方向： - B v + v B 一、运动形式1、匀速直线运动。、匀速直线运动。2、 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束 如果带电粒子射入匀强磁场时如果带电粒子射入匀强磁场时, ,初速度方向与磁场方向初速度方向与磁场方向垂直垂直, ,粒子仅在洛伦兹力的作用下将作什么运动粒子仅在洛伦兹力的作用下将作什么运动? ? 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束1、圆周运动的半径、圆周运动的半径mvRqB2、圆周运动的周期、圆周运动的周期2

21、 mTqB2vqvBmR2 RTv思考：周期与速度、半径什么关系？思考：周期与速度、半径什么关系？ 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束2若带电粒子（重力不计）以速度若带电粒子（重力不计）以速度v垂直进入匀强垂直进入匀强磁场中（磁场中（ vB），仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁场的平面内以入射速度场的平面内以入射速度v做做 运动运动 (1) 洛伦兹力提供向心力：洛伦兹力提供向心力：qvBmv2/r (2)轨道半径公式：轨道半径公式：r =mv/qB (3)周期：周期：T ；(周期周期T与速度与速度v、轨道半径、轨道半径R无

22、关无关) (4)频率：频率：f ； (5)角速度：角速度：匀速圆周匀速圆周 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束带电粒子在磁场中运动情况研究带电粒子在磁场中运动情况研究 1、找圆心：方法、找圆心：方法 2、定半径：、定半径： 3、确定运动时间：、确定运动时间：Tt2qBmT2注意：用弧度表示用弧度表示几何法求半径几何法求半径向心力公式求半径向心力公式求半径利用利用vR利用弦的中垂线利用弦的中垂线 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束质谱仪质谱仪通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子通过测出粒子圆周运动

23、的半径，计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器的比荷或质量及分析同位素的仪器. 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束练习教材练习教材P102页第页第1,2,3 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束6 6带电粒子在匀强磁场中的运动第课时 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束1、圆周运动的半径、圆周运动的半径mvRqB2、圆周运动的周期、圆周运动的周期2 mTqB2vqvBmR2 RTv思考：周期与速度、半径什么关系？思考：周期与速度、半径什么关系？复习回

24、顾复习回顾 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束 练习：如图所示的正交电场和磁场中，有一粒练习：如图所示的正交电场和磁场中，有一粒子沿垂直于电场和磁场的方向飞入其中，并沿子沿垂直于电场和磁场的方向飞入其中，并沿直线运动直线运动( (不考虑重力作用不考虑重力作用) )，则此粒（，则此粒（ ）A A一定带正电一定带正电B B一定带负电一定带负电C C可能带正电或负电，也可能不带电可能带正电或负电，也可能不带电D D一定不带电一定不带电 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束 例：如图所示，质量为例：如图所

25、示，质量为m m、带电量为、带电量为q q的小球，的小球，在倾角为在倾角为的光滑斜面上由静止开始下滑，匀的光滑斜面上由静止开始下滑，匀强磁场的磁感应强度为强磁场的磁感应强度为B B，方向垂直纸面向内，方向垂直纸面向内，若带电小球下滑到某一位置时离开斜面（设斜若带电小球下滑到某一位置时离开斜面（设斜面足够长），面足够长）， 求：（求：（1)1)小球带何种电荷？小球带何种电荷？mgqvBmgcos （1 1）小球带负电）小球带负电 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束 （2 2）小球离开斜面时的速度为多少？）小球离开斜面时的速度为多少？ （3 3）小

26、球在斜面上滑行的最大位移？）小球在斜面上滑行的最大位移？sin2cossin.021)3(coscos)2(22222BqgmsmgsmvqBmgvmgqvB据动能定理当支持力为零时，有sin2cossin.021)3(coscos)2(22222BqgmsmgsmvqBmgvmgqvB据动能定理当支持力为零时，有 20212021年年6 6月月1717日日下一页下一页上一页上一页 返回返回结束结束例例1 1、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沿螺线沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则则 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