运动电荷在磁场中受到的力

1、产生生命的条件：产生生命的条件：外因：太阳外因：太阳内因：内因：1.1.温度温度 2.2.大气大气 3.3.水水4.4.地磁场地磁场地面附近的地磁场强度地面附近的地磁场强度5x105x10-5-5T T地磁场是地球的保护伞地磁场是地球的保护伞假如没有地磁场，从太阳发出的强大的带电粒假如没有地磁场，从太阳发出的强大的带电粒子流（通常叫太阳风），就不会受到地磁场的子流（通常叫太阳风），就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射地球。在这种高能粒子的作用发生偏转而直射地球。在这种高能粒子的轰击下，地球的大气成份将会发生变化，生命轰击下，地球的大气成份将会发生变化，生命无法存在。无法存在。洛伦兹（洛伦兹（1

2、853192818531928） 洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，18531853年年7 7月月1818日生于阿纳姆。洛伦兹日生于阿纳姆。洛伦兹创立了经典电子论，提出了洛伦兹创立了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，变换公式，19021902年与其学生塞曼共年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛同获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从19451945年起，把他的生日定为年起，把他的生日定为“洛伦洛伦兹节兹节”。爱因斯坦在洛伦兹墓前致。爱因斯坦在洛伦兹墓前致词说：洛伦兹的成就词说：洛伦兹的成就“对我产生了对我产生

3、了最伟大的影响最伟大的影响”，他是，他是“我们时代我们时代最伟大、最高尚的人最伟大、最高尚的人”。 阴极阴极阳极阳极狭缝狭缝荧光板荧光板电子束电子束阴极射线在磁场中的偏转阴极射线在磁场中的偏转当电子射线管的周围不存在磁场时，当电子射线管的周围不存在磁场时，电子的电子的运动轨迹运动轨迹是是直线直线当电子射线管的周围存在磁场当电子射线管的周围存在磁场时，时，电子的电子的运动轨迹运动轨迹是是曲线曲线磁场对运动电荷有力的作用磁场对运动电荷有力的作用结论结论安培力是磁场对电流的作用力安培力是磁场对电流的作用力. .电流是电荷的定向移动形成的电流是电荷的定向移动形成的. . 洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用

4、力洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力. .磁场对电流的作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力磁场对电流的作用力的实质是磁场对运动电荷的作用力. .既然安培力的方向可以用左手定则来判断既然安培力的方向可以用左手定则来判断, ,则洛伦兹力的则洛伦兹力的方向也可以用左手定则来判断方向也可以用左手定则来判断. .理论依据理论依据: :猜想：猜想：一、探究洛伦兹力的方向：一、探究洛伦兹力的方向：1.1.判断洛伦兹力的方向的方法：左手定则判断洛伦兹力的方向的方法：左手定则伸开左手，使大拇指和其余四伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过放入

5、磁场中，让磁感线垂直穿过手心，若四指指向正电荷运动的手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么大拇指所指的方向就方向，那么大拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向是正电荷所受洛伦兹力的方向. . vFvF若四指指向负电荷运动若四指指向负电荷运动的的反方向反方向，那么大拇指所，那么大拇指所指的方向就是负电荷所受指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向. .1.1.判断洛伦兹力的方向的方法：左手定则判断洛伦兹力的方向的方法：左手定则2.2.洛伦兹力洛伦兹力F F与与v v、B B三者之间的方向关系三者之间的方向关系+B B例例1. 试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹试判断下图中

6、的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向力的方向 。FFF 垂直于纸面垂直于纸面向外向外vBvBvB二、探究洛伦兹力的大小二、探究洛伦兹力的大小理论依据理论依据: :安培力是磁场对电流的作用力安培力是磁场对电流的作用力. .电流是电荷的定向移动形成的电流是电荷的定向移动形成的. . 洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力. .猜想：猜想：洛伦兹力应该是安培力的微观表现，其大洛伦兹力应该是安培力的微观表现，其大小就可以用安培力推导出来小就可以用安培力推导出来设有一段长为设有一段长为L L，横截面积为，横截面积为S S的直导线，单位体积内的自由电荷数为的直导线，单位体积内

7、的自由电荷数为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，自由电荷定向移动的速率为，自由电荷定向移动的速率为v.v.这段通电这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B B的匀强磁场中，求的匀强磁场中，求（1 1）电流强度）电流强度I.I.（2 2）通电导线所受的安培力）通电导线所受的安培力. .（3 3）这段导线内的自由电荷数）这段导线内的自由电荷数. .（4 4）每个电荷所受的洛伦兹力）每个电荷所受的洛伦兹力. .洛伦兹力推导洛伦兹力推导 F解：解：(1)(1)通电导线中的电流通电导线中的电流(2)(2)通电导线所受的安培力通电导线所受的安培

8、力(3)(3)这段导线内的自由电荷数这段导线内的自由电荷数(4)(4)每个电荷所受的洛伦兹力每个电荷所受的洛伦兹力qvBnSLLnqvSBNFF)(安洛nqvSI LnqvSBBILF)(安Ivvvv洛伦兹力公式：洛伦兹力公式：F F洛洛=qvB=qvB洛伦兹力与安培力洛伦兹力与安培力1.1.安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观表现微观表现. .2.2.大小关系：大小关系：F F安安NFNF洛洛（N N是导体中的运动电荷数）是导体中的运动电荷数）3.3.方向关系：方向关系：F F安安与与F F洛洛方向相同，都可以用左手定则来判断方向相

9、同，都可以用左手定则来判断三、洛伦兹力与安培力的关系三、洛伦兹力与安培力的关系练习：若地磁场的磁感应强度为练习：若地磁场的磁感应强度为5x105x10-5-5T,T,太空中有一束高能射线以太空中有一束高能射线以4x104x105 5m/sm/s向地向地球发射过来，已知这束高能射线中主要球发射过来，已知这束高能射线中主要成分是质子，求其运动时受到的洛伦兹成分是质子，求其运动时受到的洛伦兹力。（质子电量力。（质子电量1.6x101.6x10-19-19C C） 运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，运动方向会发生偏转，这一点作用，运动方向会发生偏转，这一点对于地球上的生

10、命来说有十分重要的对于地球上的生命来说有十分重要的意义。从太阳或其他星体上，时刻都意义。从太阳或其他星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为宇宙有大量的高能粒子流放出，称为宇宙射线，这些高能粒子流，如果都到达射线，这些高能粒子流，如果都到达地球，将对地球上的生物带来危害。地球，将对地球上的生物带来危害。 庆幸的是，地球周围存在地磁场，庆幸的是，地球周围存在地磁场，地磁场改变宇宙射线中带电粒子的运地磁场改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，动方向，磁场使该颗粒流偏向地磁极磁场使该颗粒流偏向地磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击下落，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，产生出些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩，形红、绿或蓝等色的极光特征色彩，形成了美丽的极光。成了美丽的极光。 工作原理：由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银工作原理：由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的蒸汽发出辉光，显示出电子的径径迹。两个平行的通电环形迹。两个平行的通电环形线圈可产生线圈可产生沿沿轴线方向的匀强磁场轴线方向的匀强磁场。洛伦兹力演示仪洛伦兹