5.洛伦兹力的应用

1、第三章 磁 场 第4节 磁场对运动电荷的作用力,教科版选修3-1,学习目标,1、与先贤为伴学习科学家合作探究、坚韧严谨的科学精神 2、和科学为舞以已学知识为基垫，通过建立物理模型推导洛伦兹力的大小和方向 3、体物理之美通过对生活现象的观察，提出问题，用所学的知识解决问题,2、电荷的定向移动形成的,1、磁场对通电导线的作用力,理论依据,探究一、磁场对电荷有没有作用力？,电子射线管的原理: 从阴极发射出来电子，在阴阳两极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹。,让事实说话,在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电

2、子束运动轨迹发生了弯曲。,磁场对运动电荷有作用力.,实验现象：,实验结论：,运动电荷在磁场中受到的作用力磁场对运动电荷的作用力,一、洛伦兹力的定义,安培力,洛伦兹力,磁场对电流的作用,磁场对运动电荷的作用,因,果,微观原因,宏观表现,+,FA=NF洛,洛伦兹力大小可能会与哪些因素有关?,1.磁感应强度B,2.电荷量q,3.电荷运动快慢v,探究二、洛伦兹力的大小,建模,v,v,v,v,设有一段长为L，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率为v.这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求,问题设置,(1)通电导线中的电流的

3、微观表达式 (2)通电导线所受的安培力 (3)这段导线内的自由电荷数 (4)每个电荷所受的洛伦兹力,单位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T),电荷量为q的粒子以速度v运动时,如果速度方向与磁感应强度方向垂直,那么粒子所受的洛伦兹力为,(v垂直B),问题:磁场对所有运动电荷都有力的作用呢？,不垂直,B,v,F,V2,V1,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,单位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T),探究三、洛伦兹力的方向,1、理论探究,2、实验验证,左手定则:,安培力的方向,洛伦兹力的方向,磁场,四指,拇指,垂直穿过手掌心,指向正电荷运

4、动方向,指向洛伦兹力方向,与负电荷运动方向相反,建模,1.判定安培力方向。 2.电流方向和电荷运动方向的关系。 3.安培力方向和洛伦兹力方向的关系。 4.电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系。,想一想,负电荷,如果是负电荷,我们应如何判定洛伦兹力的方向?,推理,四指的方向,电流的方向,正电荷的运动方向 负电荷运动的反方向,B,F垂直于纸面向外,F垂直于纸面向外,甲,乙,丙,丁,训练巩固：试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向,B,B,B,问题引导,1、以相同速度进入同一磁场的 正、负电荷受到的洛伦兹力方向相反,2、洛伦兹力的方向 垂直于v和B组成的平面,B,F洛,v,心得体

5、会,根据洛伦兹力的方向与带电粒子运动方向的关系(FV FB) ,请你推测: 1、洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么影响? 2、带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功?,思考与讨论：,洛伦兹力只改变速度的方向, 不改变速度的大小.,洛伦兹力对电荷不做功.,洛伦兹力的特点：,2、洛伦兹力只改变速度的方向, 不改变速度的大小.,3、洛伦兹力对电荷总是不做功.,1、洛伦兹力的方向总是既垂直于速度,又垂直于磁场, 即垂直于V和B所组成的平面.,总是:FV FB FSVB,1、沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场的带电粒子,在磁场中将做什么运动? 2、沿着磁场方向射入呢？,探究四：带电粒子在磁场中

6、的运动,带电粒子在匀强磁场中的运动,1、理论推导,沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动 沿着磁场的方向做匀速直线运动,问题：,推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径r和运动周期T，与粒子的速度v和磁场的磁感应强度B的关系表达式,1）、圆周运动的半径,2）、圆周运动的周期,1、当一带正电q的粒子以速度V沿螺线管中轴线进入该通电螺线管中，若不计重力，则 ( ) A、带电粒子速度大小改变 B、带电粒子速度方向改变 C、带电粒子速度大小不变 D、带电粒子速度方向不变,CD,课 堂 练 习,2、电子以初速度v垂直进入磁感应强度为B的 匀强磁场中,则( ) A、磁场对电子

7、的作用力始终不变. B、磁场对电子的作用力始终不做功 C、电子的速度始终不变. D、电子的动能始终不变,BD,3、在长直导线AB附近，有一带电小球由绝缘丝线悬挂在M点，如图所示。当导线中有恒定电流通过时，下列说法正确的是 （ ） A 小球受到磁场力的作用，磁场力的方向与导线AB垂直且向外； B 小球受到磁场力的作用，磁场力的方向与导线AB垂直且向内； C 小球受到磁场力的作用，磁场力的方向与导线AB垂直且向左； D 小球不受磁场力作用。,D,4、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，则这些质子在进入地球周围的空间时，将( ) A竖直向下沿直线 射向地面 B相对于预定地面 向东偏转 C相对于预定点稍向西偏转 D相对于预定点稍向北偏转,B,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。庆幸的是，地球周围存在地磁场，改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，对宇宙射线起了一定的阻挡作用。,在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它们和空气分子碰撞产生辐射就形成了绚丽多彩的极光。,1、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 2、洛伦兹力大小 VB F洛=qVB VB F洛