磁场对运动电荷的作用--洛伦兹力

1、武胜中学武胜中学 吴建兵吴建兵课前预习检测课前预习检测一、洛伦兹力一、洛伦兹力1定义：定义：_在磁场中所受的磁场力在磁场中所受的磁场力2与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的安与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的培力是洛伦兹力的_，而洛伦兹力是安培，而洛伦兹力是安培力的力的_ 3洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内让并且都与手掌在同一平面内让_从掌心进入，从掌心进入，并使四指指向并使四指指向_，这时拇指所指的方，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受向就是运动

2、的正电荷在磁场中所受_的方的方向负电荷受力的方向与正电荷受力的方向向负电荷受力的方向与正电荷受力的方向_运动电荷运动电荷宏观表现宏观表现磁感线磁感线正电荷运动方向正电荷运动方向洛伦兹力洛伦兹力相反相反微观解释微观解释4洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小(1)当当_时，时，F洛洛_.(2)当当_时，时，F洛洛0.二、带电粒子在匀强磁场中的运动二、带电粒子在匀强磁场中的运动1洛伦兹力不改变带电粒子速度的洛伦兹力不改变带电粒子速度的_，或，或者说，洛伦兹力对带电粒子者说，洛伦兹力对带电粒子_vBqvBvB大小大小不不做功做功2沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，

3、在匀强磁场中做在匀强磁场中做_洛伦兹力方向总洛伦兹力方向总与速度方向垂直，正好起到了与速度方向垂直，正好起到了_的作用公的作用公式：式：_m .(1)半径：半径：r_.(2)周期：周期：T_.周期与运动速度、半径无关周期与运动速度、半径无关.匀速圆周运动匀速圆周运动向心力向心力qvB3洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力洛伦兹力电场力电场力作用作用对象对象仅在运动电荷的速度方向仅在运动电荷的速度方向与与B B不平行时，运动电荷不平行时，运动电荷才受到洛伦兹力才受到洛伦兹力带电粒子只要处在带电粒子只要处在电场中，一定受到电场中，一定受到电场力电场力大小大小方向方向F F洛洛q q

4、v vBsinBsin，方向与，方向与B B垂直，与垂直，与v v垂直，用左手垂直，用左手定则判断定则判断F FqEqE，F F的方向与的方向与E E同向或反向同向或反向特点特点洛伦兹力永不做功洛伦兹力永不做功电场力可做正功、电场力可做正功、负功或不做功负功或不做功相同点相同点反映了电场和磁场都具有力的性质反映了电场和磁场都具有力的性质 我们知道，磁场我们知道，磁场对通电导线有力的作对通电导线有力的作用用安培力安培力。 通电导体所受的安培力，则是运动电荷通电导体所受的安培力，则是运动电荷受磁场力作用的受磁场力作用的宏观表现宏观表现。新课知识学习新课知识学习实验：探究洛伦兹力与电荷的运动速度实验

5、：探究洛伦兹力与电荷的运动速度V V和磁场和磁场B B的关系的关系VNSF讨论与交流讨论与交流 判断下图中所示的带电粒子刚进入判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向磁场时所受的洛伦兹力的方向？ 例例1 1、试判断下列图中各带电粒子所、试判断下列图中各带电粒子所受洛仑兹力的方向、或带电粒子的电性、受洛仑兹力的方向、或带电粒子的电性、或带电粒子的运动方向。或带电粒子的运动方向。V VF FF FV VV VF F粒子垂直于粒子垂直于纸面向里运纸面向里运动动所受洛仑兹力所受洛仑兹力垂直于纸面向垂直于纸面向外外即时应用即时应用 (即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1带电粒子垂直匀

6、强磁场方向运动时，会受到洛带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用下列表述正确的是伦兹力的作用下列表述正确的是：A洛伦兹力对带电粒子做功洛伦兹力对带电粒子做功B洛伦兹力不改变带电粒子的动能洛伦兹力不改变带电粒子的动能C洛伦兹力的大小与速度无关洛伦兹力的大小与速度无关D洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向解析：解析：选选B.带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力始终带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力始终与其运动方向垂直，故洛伦兹力不会对带电粒子做与其运动方向垂直，故洛伦兹力不会对带电粒子做功，即不改变带电粒子的动能，或不改变带电粒子功，即不改变带电粒子的动能，或不改变

7、带电粒子的速度大小，只改变其速度方向，的速度大小，只改变其速度方向，A、D错，错，B对据对据FqvB知，洛伦兹力大小与带电粒子的速知，洛伦兹力大小与带电粒子的速度大小有关，度大小有关，C错错2分析思路分析思路(1)圆心的确定圆心的确定带电粒子垂直进入磁场后，一定做圆周运动，其带电粒子垂直进入磁场后，一定做圆周运动，其速度方向一定沿圆周的切线方向，因此圆心的位速度方向一定沿圆周的切线方向，因此圆心的位置必是两速度方向垂直的交点或某一速度方向的置必是两速度方向垂直的交点或某一速度方向的垂线与圆周上两点连线中垂线的交点，方向如图垂线与圆周上两点连线中垂线的交点，方向如图342所示所示图图342(2)

8、运动半径大小的确定运动半径大小的确定一般先作入射点、出射点对应的半径，并作出一般先作入射点、出射点对应的半径，并作出相应的辅助三角形，然后利用三角函数求解出相应的辅助三角形，然后利用三角函数求解出半径的大小半径的大小(3)运动时间的确定运动时间的确定(4)圆心角的确定圆心角的确定带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向间的夹角速度方向间的夹角叫偏向角偏向角等于圆心叫偏向角偏向角等于圆心角即角即，如图，如图343.某段圆弧所对应的圆心角是这段圆弧弦切角某段圆弧所对应的圆心角是这段圆弧弦切角的二倍，即的二倍，即2.图图343即时应用即时应用 (即时突破，

9、小试牛刀即时突破，小试牛刀)2两个粒子，电荷量相同，在同一匀强磁场中受磁两个粒子，电荷量相同，在同一匀强磁场中受磁场力而做匀速圆周运动场力而做匀速圆周运动：A若速率相等，则半径必相等若速率相等，则半径必相等B若动能相等，则周期必相等若动能相等，则周期必相等C若质量相等，则周期必相等若质量相等，则周期必相等D若质量与速度的乘积大小相等，则半径必相等若质量与速度的乘积大小相等，则半径必相等洛伦兹力方向的判断洛伦兹力方向的判断 如图如图344所示，在真空中，水平导所示，在真空中，水平导线中有恒定电流线中有恒定电流I通过，导线的正下方有一质通过，导线的正下方有一质子初速度方向与电流方向相同，则质子可能

10、的子初速度方向与电流方向相同，则质子可能的运动情况是运动情况是()A沿路径沿路径a运动运动B沿路径沿路径b运动运动C沿路径沿路径c运动运动 D沿路径沿路径d运动运动 图图344【思路点拨】【思路点拨】解答本题时应注意以下三点：解答本题时应注意以下三点：(1)明确电流周围磁场的特点明确电流周围磁场的特点(2)由左手定则判定质子所受洛伦兹力的方向由左手定则判定质子所受洛伦兹力的方向(3)确定质子的运动轨迹确定质子的运动轨迹【精讲精析】【精讲精析】由安培定则可知，电流在下方由安培定则可知，电流在下方产生的磁场方向指向纸外，由左手定则可知，产生的磁场方向指向纸外，由左手定则可知，质子刚进入磁场时所受洛

11、伦兹力方向向上则质子刚进入磁场时所受洛伦兹力方向向上则质子的轨迹必定向上弯曲，因此质子的轨迹必定向上弯曲，因此C、D必错；必错；由于洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直，由于洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直，故其运动轨迹必定是曲线，则故其运动轨迹必定是曲线，则B正确；正确；A错误错误【答案】【答案】B洛伦兹力大小的计算洛伦兹力大小的计算 有一质量为有一质量为m、电荷量为、电荷量为q的带正电的的带正电的小球停在绝缘平面上，并处在磁感应强度为小球停在绝缘平面上，并处在磁感应强度为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图方向垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图345所示，为了使小球飘离平面，匀强磁场在纸

12、所示，为了使小球飘离平面，匀强磁场在纸面内移动的最小速度应为多少？方向如何？面内移动的最小速度应为多少？方向如何？ 图图345【规律总结】【规律总结】要注意正确理解带电粒子受洛伦要注意正确理解带电粒子受洛伦兹力的条件：兹力的条件：(1)带电粒子必须是运动的，此运动是相对磁场而带电粒子必须是运动的，此运动是相对磁场而言的，相对于地面不一定运动言的，相对于地面不一定运动(2)应用洛伦兹力分析问题时，一定不要忘记应用洛伦兹力分析问题时，一定不要忘记FqvB中有一个速度中有一个速度v，v的变化会影响到洛伦兹力的变化会影响到洛伦兹力F的大小和方向的变化的大小和方向的变化变式训练变式训练1一初速度为零的质

13、子一初速度为零的质子(质量质量m1.671027 kg，电荷量，电荷量q1.61019 C)，经，经过电压为过电压为1880 V的电场加速后，垂直进入磁感的电场加速后，垂直进入磁感应强度为应强度为5.0104 T的匀强磁场中，质子所受的匀强磁场中，质子所受的洛伦兹力为多大？的洛伦兹力为多大？答案：答案：4.81017 N半径公式、周期公式的应用半径公式、周期公式的应用 已知氢核与氦核的质量之比已知氢核与氦核的质量之比m1m214，电荷量之比电荷量之比q1q212，当氢核与氦核以，当氢核与氦核以v1v241的速度，垂直于磁场方向射入磁场后，分的速度，垂直于磁场方向射入磁场后，分别做匀速圆周运动，

14、则氢核与氦核半径之比别做匀速圆周运动，则氢核与氦核半径之比r1r2_，周期之比，周期之比T1T2_.【思路点拨】【思路点拨】粒子在匀强磁场中做匀速圆周运粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，一般情况下，半径公式不要直接使用，特别动，一般情况下，半径公式不要直接使用，特别是做计算题时，应先列出洛伦兹力充当向心力的是做计算题时，应先列出洛伦兹力充当向心力的方程方程【答案】【答案】2 11 2【规律总结】【规律总结】(1)掌握粒子在匀强磁场中做圆周掌握粒子在匀强磁场中做圆周运动的轨道半径和周期公式是解决此题的关键运动的轨道半径和周期公式是解决此题的关键(2)比例法是解物理问题的有效方法之一使用的比例法是解物理问题的有效方法之一使用的程序一般是：根据研究对象的运动过程确定相应的程序一般是：根据研究对象的运动过程确定相应的物理规律，根据题意确定运动过程中的恒量，分析物理规律，根据题意确定运动过程中的恒量，分析剩余物理量之间的函数关系，建立比例式求解剩余物理量之间的函数关系，建立比例式求解变式训练变式训练2如图如图346所示，在所示，在x轴上方存在着垂轴上方存在着垂直于纸面