磁场对运动电荷的作用--洛伦兹力

1、 第三章第三章 第四节第四节 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力洛伦兹力 背景：安培力背景：安培力磁场对通电导体有力的作用（即安培力）磁场对通电导体有力的作用（即安培力）I IF=ILBF=ILB猜想：那在上图中如果有一个向右运猜想：那在上图中如果有一个向右运 动动的电荷会受到磁场对它的力的作用吗？的电荷会受到磁场对它的力的作用吗？实验演示实验演示猜想：猜想：安培力是安培力是怎样形成的？怎样形成的？导体中的电流是由电荷导体中的电流是由电荷的定向移动形成的。的定向移动形成的。电流的微观表达式：电流的微观表达式：I=nsvqI=nsvq磁场对通电导体有磁场对通电导体有力的作用力的作

2、用-安培力安培力I IF F安安=ILB=ILB磁场对通电导体的力实际上是磁场对通电导体的力实际上是作用在运动电荷上的作用在运动电荷上的,安培力是安培力是这些力的这些力的宏观表现宏观表现。F F安安=NF=NF洛洛 F F洛洛=F=F安安/N/NFFF把磁场对运动电荷的作用把磁场对运动电荷的作用力叫力叫洛伦兹力洛伦兹力。实验：用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。实验：用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。 实验验证实验验证在真空玻璃管内安装一个在真空玻璃管内安装一个阴极、一个阳极阴极、一个阳极. .阴极接高阴极接高电压的负极、阳极接正极电压的负极、阳极接正极. .阴极能够发射电子阴极能够发射

3、电子, ,电子束电子束在两极之间的电场力的作在两极之间的电场力的作用下从阴极飞向阳极用下从阴极飞向阳极. .这个这个管子叫做管子叫做阴极射线管阴极射线管. .为了为了显示电子束运动的情况显示电子束运动的情况, ,管管内装有长条形的荧光屏内装有长条形的荧光屏, ,屏屏上的物质受到电子的撞击上的物质受到电子的撞击时能够发光时能够发光, ,显示出电子束显示出电子束的运动轨迹。的运动轨迹。实验现象实验现象 当电子射线管的周围当电子射线管的周围不存在磁场时，电子的不存在磁场时，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当电子射线管的周围存在磁场时，电子的场时，电子的运动轨迹运动轨迹是

4、是曲线曲线。实验结论实验结论 运动电荷确实受到了运动电荷确实受到了磁场的作用力，这个力通常叫做磁场的作用力，这个力通常叫做洛伦兹力洛伦兹力。IFvvvv（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nSLN nqvSI LnqvSBBILF)(安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，单位体积内的自的直导线，单位体积内的自由电荷数为由电荷数为n n，每个自由电荷的电荷

5、量为，每个自由电荷的电荷量为q q，自由电荷定向移动，自由电荷定向移动的速率为的速率为v v。这段。这段通电导线垂直磁场方向放入通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为磁感应强度为B B的的匀强磁场中，求匀强磁场中，求洛仑兹力大小的研究洛仑兹力大小的研究F F洛洛=qvB=qvB =1.60 =1.601010-19-193 310106 60.10N0.10N =4.8 =4.81010-14-14N N 电子的速率电子的速率v v=3=310106 6m/s,m/s,垂直射入垂直射入B B=0.10T=0.10T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？课课

6、堂堂 练练 习习 解：因为解：因为v v垂直垂直B B，所以所受洛伦兹力大小，所以所受洛伦兹力大小安培力与洛仑兹力安培力与洛仑兹力安培力安培力FF安安=ILB（BL)安培力方向：安培力方向：左手定则左手定则安培力大小：安培力大小：洛仑兹力洛仑兹力f洛仑兹力方向：洛仑兹力方向：?洛仑兹力大小：洛仑兹力大小：F洛洛=qvB(BV)微观微观宏观宏观FIfffffffI+洛仑兹力方向的研究洛仑兹力方向的研究实验验证实验验证能否从安培力的方向能否从安培力的方向上作科学的猜想呢？上作科学的猜想呢？猜想方向猜想方向:左手定则左手定则注意注意:带电粒子定向移动形成的带电粒子定向移动形成的等效电流方向等效电流方

7、向：1.电流方向与正电荷定向移动方电流方向与正电荷定向移动方向向2.电流方向与负电荷定向移动方电流方向与负电荷定向移动方向向得出结论得出结论判断洛伦兹力的方向方法判断洛伦兹力的方向方法:左手定则（四指指向等效左手定则（四指指向等效电流方向）电流方向）（四指指向等效电流方向四指指向等效电流方向）左手定则：左手定则：伸开左手伸开左手, ,使大拇使大拇指和其余四指垂直且处于同指和其余四指垂直且处于同一平面内一平面内, ,把手放入磁场中把手放入磁场中, ,让让磁感线垂直穿入手心磁感线垂直穿入手心, ,若四指若四指指向指向正电荷运动的方向正电荷运动的方向, ,那么那么拇指所指的方向就使拇指所指的方向就使

8、正电荷正电荷所受洛伦兹力的方向所受洛伦兹力的方向 。见课本见课本P95图图3-4-3左手定则左手定则vF洛vF洛BvBB洛垂直于纸垂直于纸面向外面向外洛垂直于纸垂直于纸面向里面向里Bv1 1、以相同速度进入同一磁场的、以相同速度进入同一磁场的正、负正、负电荷电荷 受到的洛伦兹力方向受到的洛伦兹力方向相反相反2 2、洛伦兹力的方向、洛伦兹力的方向垂直垂直于于v v和和B B组成的平面组成的平面B B F洛v v甲乙丙丁训练加固：训练加固：试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向 当一带正电当一带正电q q的粒子以速度的粒子以速度

9、v v沿螺线管中轴沿螺线管中轴线进入该通电螺线管线进入该通电螺线管, ,若不计重力若不计重力, ,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B课课 堂堂 练练 习习 电荷量为电荷量为q q的粒子在匀强磁场中运动，下列的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的是说法正确的是( )( )A A只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B B如果把如果把q q改为改为-q-q，且速度反向，大小不变，则，且速度反向，大小不变

10、，则洛伦兹力的大小方向不变洛伦兹力的大小方向不变C C洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直方向一定与电荷运动方向垂直D D粒子的速度一定变化粒子的速度一定变化课课 堂堂 练练 习习 问题讨论：带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动1、带电粒子的轨迹在、带电粒子的轨迹在哪个方位？哪个方位？ 2、速度如何变化？、速度如何变化？ 3、受力如何变化？、受力如何变化？ 4、轨迹是什么形状、轨迹是什么形状? v轨迹平轨迹平面面与与磁磁场场垂垂直直因为带电粒子的初速度和所受洛伦因为带电粒子的初速度和所受洛伦兹力的方向都在跟磁

11、场方向垂直的兹力的方向都在跟磁场方向垂直的平面内，没有任何作用使粒子离开平面内，没有任何作用使粒子离开这个平面这个平面速度大速度大小小不不变变因为洛伦兹力总是跟粒子的运动方因为洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直向垂直,所以洛伦兹力不对粒子做功，所以洛伦兹力不对粒子做功，粒子的速度大小不变粒子的速度大小不变速度方速度方向向时时刻刻改改变变因为洛伦兹力总是跟粒子的运动因为洛伦兹力总是跟粒子的运动方向垂直，所以速度方向改变方向垂直，所以速度方向改变受力大小不变因为速度大小不变,所以洛伦兹力大小也不变受力方向时刻改变因为速度方向改变，所以洛伦兹力方向也改变轨迹形状圆 因为带电粒子受到一个大小不变，方向总与粒子运动方向垂直的力，因此带电粒子做匀速圆周运动，其向心力就是洛伦兹力电荷的匀强磁场中的三种运动形式电荷的匀强磁场中的三种运动形式 带电粒子带匀强磁场中的运动分析带电粒子带匀强磁场中的运动分析Bqvrvm2Bqmvr BqmT2vr2T带电粒子带电粒子垂直垂直进入匀强磁场后做进入匀强磁场后做 所以洛伦兹力不做功。所以洛伦兹力不做功。 匀速圆周运动匀速圆周运动,向洛FF 1v2v3v例题例题1 1：如图所示，一束带正电的相同的粒子