磁场对运动电荷的作用(优秀课件).ppt

1、磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用+ v B 受力吗？受力吗？美丽的北极极光美丽的北极极光同学们知道极光是怎样形成的吗？同学们知道极光是怎样形成的吗？答：答：电荷的定向移动形成电流电荷的定向移动形成电流. 物理学中规定物理学中规定正电荷正电荷定向移动定向移动的方向为电流方向的方向为电流方向.电流的微观表达式为电流的微观表达式为问题思考问题思考1、电流是怎样形成的、电流是怎样形成的?电流的电流的方向是怎样规定的方向是怎样规定的?电流的微观电流的微观表达式（决定式）是什么表达式（决定式）是什么?nqS答：磁场对电流的作用力称为答：磁场对电流的作用力称为安培力安培力.安培力的方向用左手定则来判

2、安培力的方向用左手定则来判断断. 其大小为其大小为 F=BIL(BL)2、什么叫做安培力、什么叫做安培力?怎样判断怎样判断安培力的方向安培力的方向?安培力的大小安培力的大小为多少为多少?猜想猜想: 既然磁场对电流有既然磁场对电流有力的作用，而电流又是力的作用，而电流又是由电荷定向移动形成的，由电荷定向移动形成的，那么很有可能是那么很有可能是磁场磁场对对定向移动的电荷定向移动的电荷有力的有力的作用作用。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

3、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

4、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。洛伦兹，荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆，并在该地上小学和中学，成绩优异，少年时就对物理学感兴趣，同时还广泛地阅读历史和小说，并且熟练地掌握多门外语。 1870年洛伦兹考入莱顿大学，学习数学、物理和天文。1875年获博士学位。 1895年，洛伦兹首先提出了运动电荷产生磁场和磁场对运动电荷有作用力的观点，为纪念他，人们称这种力为洛伦兹力。 洛伦兹认为一切物质

5、分子都含有电子，阴极射线的粒子就是电子。把以太与物质的相互作用归结为以太与电子的相互作用。这一理论成功地解释了塞曼效应，与塞曼一起获1902年诺贝尔物理学奖。 洛伦兹于1928年2月4日在荷兰的哈勃姆去世，终年75岁。为了悼念这位荷兰近代文化的巨人，举行葬礼的那天，荷兰全国的电信、电话中止三分钟。世界各地科学界的著名人物参加了葬礼。爱因斯坦在洛伦兹墓前致词说：洛伦兹的成就“对我产生了最伟大的影响”，他是“我们时代最伟大、最高尚的人”。 洛伦兹（洛伦兹（18531928）一一.洛伦兹力洛伦兹力1.概念：概念：磁场磁场对对运动电荷运动电荷的的作作用力用力叫做叫做洛伦兹力洛伦兹力。2. F洛洛与与F

6、安安的关系：的关系：F安安NF洛洛（N为受到的洛伦兹力的运动为受到的洛伦兹力的运动电荷的总个数）电荷的总个数） 安培力安培力是洛伦兹力的是洛伦兹力的宏观表现宏观表现。 洛伦兹力洛伦兹力是是安培力安培力的的微观本质微观本质。用用左手定则左手定则来判定来判定 伸开左手，使大姆伸开左手，使大姆指跟其余四个手指垂直，指跟其余四个手指垂直，且处于同一平面内，把且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，四指线垂直穿入手心，四指指向正电荷运动的方向指向正电荷运动的方向 ，那么，拇指所指的方向那么，拇指所指的方向就是正电荷所受洛仑兹就是正电荷所受洛仑兹力的方向力的方向二、洛伦

7、兹力的方向二、洛伦兹力的方向vF思考思考: 如果运动的是如果运动的是负电负电荷荷而不是而不是正电荷，正电荷，该怎样判定它所受该怎样判定它所受到的到的洛伦兹力洛伦兹力的方的方向呢？向呢？vF如果运动的是如果运动的是负电负电荷荷，则四指指向，则四指指向负负电荷电荷运动的运动的反方向反方向，那么那么拇指拇指所指的方所指的方向就是向就是负电荷负电荷所受所受洛伦兹力的方向。洛伦兹力的方向。判定方法：判定方法：V VF F B B +F FV VV V垂直纸面向外垂直纸面向外V VV VF FV V习题习题1 1、下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，、下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，试判断这时粒子所受洛伦兹力

8、的方向试判断这时粒子所受洛伦兹力的方向垂直纸面向里垂直纸面向里F F2 2、判断下列各图带电粒子所受、判断下列各图带电粒子所受的洛伦兹力的方向或带电粒子的的洛伦兹力的方向或带电粒子的带电性带电性 V VF FV V垂直纸面向外垂直纸面向外V VF FV VB B垂直纸面向里垂直纸面向里既然安培力为洛伦兹力既然安培力为洛伦兹力的宏观表现，那么我们用导的宏观表现，那么我们用导体所受的安培力来除以这段体所受的安培力来除以这段导体所含有的自由电荷数，导体所含有的自由电荷数，不就可以求出每个自由电荷不就可以求出每个自由电荷所受的洛伦兹力了吗？所受的洛伦兹力了吗？想一想想一想1.公式推导：公式推导：F =

9、qvB三三 . 洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小设通电导体的长度：设通电导体的长度：L 横截面积：横截面积：S单位体积内的电荷数：单位体积内的电荷数：n每个电荷的带电量：每个电荷的带电量：q电荷定向移动的速率：电荷定向移动的速率：vI=nqvSF安qvB(nLS)F安=BIL若若v与与B间的夹角为间的夹角为，则则 F =qvBsin 2.2.公式：公式：F = qvB (只适用于只适用于vB的情况的情况)vv2v1B 当速度方向与磁场方向有夹当速度方向与磁场方向有夹角时可角时可采用把速度分解的办法来求洛采用把速度分解的办法来求洛伦兹的大小伦兹的大小.=0度时，度时，f=0; =90度时，度时，f=

10、qvB思考与讨论：思考与讨论：带电粒子在磁带电粒子在磁场中运动时，洛场中运动时，洛伦兹力对带电粒伦兹力对带电粒子是否做功？子是否做功？3.3.特点：特点： F F洛洛B, F F洛洛V(垂直于垂直于v v和和B B所所决定的平面决定的平面) ) 洛伦兹力对电荷不做功洛伦兹力对电荷不做功 例例11 一个电子的速率一个电子的速率V=3V=310106 6 m/sm/s，垂直射入，垂直射入B=0.1TB=0.1T的匀强磁场的匀强磁场中，它所受的洛伦兹力为多大？中，它所受的洛伦兹力为多大？（e=1.6e=1.61010-19-19 C C）解：解：F = qvB = evB=1.6 10-19 3 1

11、06 0.1N =4.8 10-14N 从太阳或其他星体上，从太阳或其他星体上， 时刻都有大量的高能粒子时刻都有大量的高能粒子流放出，称为流放出，称为宇宙射线宇宙射线。这些高能粒子流，如果都这些高能粒子流，如果都到达地球，将对地球上的到达地球，将对地球上的生物带来危害。庆幸的是，生物带来危害。庆幸的是，地球周围存在地磁场，改地球周围存在地磁场，改变了宇宙射线中带电粒子变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，对宇宙射线的运动方向，对宇宙射线起了一定的阻挡作用。起了一定的阻挡作用。3、方向判定：、方向判定：左手定则左手定则. FB, FV (F垂直于垂直于v和和B所决定的平面所决定的平面)2、产生条件：

12、电荷在磁场中运动，且、产生条件：电荷在磁场中运动，且 V 与与 B不平行不平行.小结小结洛伦兹力洛伦兹力1、定义：磁场对运动电荷的作用力、定义：磁场对运动电荷的作用力.施力施力物体物体：磁场；：磁场；受力物体受力物体：运动电荷：运动电荷.4、大小（公式）：、大小（公式）：F = qvB (只适用于只适用于vB的情况的情况).5、做功与能量转化：、做功与能量转化：洛伦兹力对电荷不洛伦兹力对电荷不做功做功，无能量转化，无能量转化.带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动1、运动方向与磁场平行时不受洛伦兹力，做、运动方向与磁场平行时不受洛伦兹力，做匀速直线运动。匀速直线运动。2、运动方向与磁场垂

13、直时做匀速圆周运动。、运动方向与磁场垂直时做匀速圆周运动。 由由qvB=mv2/R 得R=mv/qB 由qvB=mR42/ T2得T=2m/qB判断下图中带电粒子（电量判断下图中带电粒子（电量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 F一、运动形式1、运动方向与磁场平行时不受洛伦兹力，做匀速、运动方向与磁场平行时不受洛伦兹力，做匀速直线运动。直线运动。2、运动方向与磁场垂直时做运动方向与磁场垂直时做匀速圆周运动。匀速圆周运动。带电粒子在匀强磁场中带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦做匀速圆周运动，洛伦兹力就是它做圆周运动兹力就是它

14、做圆周运动的向心力的向心力由由qvB=mv2/R 得得R=mv/qB由由qvB=mR42/ T2得得T=2m/qB1 1、如图所示，一束电子（电量为、如图所示，一束电子（电量为e e）以速度）以速度v v垂直垂直从从A A点射入磁感应强度为点射入磁感应强度为B B，宽度为，宽度为d d的匀强磁场中，的匀强磁场中，且与磁场的边界垂直，通过磁场时速度方向与电且与磁场的边界垂直，通过磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是子原来入射方向的夹角是3030，则：，则：电子的质量是电子的质量是 ，通过磁场的时间是通过磁场的时间是 。300vBABvd一、磁场作用下粒子的偏转解：因为速度方向与电子解：因为速

15、度方向与电子原来入射方向的夹角是原来入射方向的夹角是30，所以粒子转过的角，所以粒子转过的角度是度是30即角即角AOB=30，所以半，所以半径径r=2d由由r=mv/qB得，得，m=qBr/v=2dqB/vt=T/12=m/6qB =d/3v方法总结方法总结 画轨迹画轨迹 找圆心找圆心 定半径定半径2 . 图中图中MN表示真空室中垂直于纸面的平板，它的表示真空室中垂直于纸面的平板，它的一侧有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感一侧有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为应强度大小为B 。一带电粒子从平板上的狭缝一带电粒子从平板上的狭缝O处处以垂直于平板的初速以垂直于平板的初速v射入磁场区域，最后到达平射入磁场区域，最后到达平板上的板上的P 点。已知点。已知B 、v以及以及P 到到O的距离的距离l 不计不计重力重力,求此粒子的电荷求此粒子的电荷q与质量与质量m 之比。之比。POMNBvl解：解：粒子初速粒子初速v垂直于磁场，粒子在磁场中受洛伦兹垂直于磁场，粒子在磁场中受洛伦兹力而做匀速圆周运动，设其半径为力而做匀速圆周运动，设其半径为R ， 由洛伦兹力公式和牛顿第二定律，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律， 有有 qvB=mv2/R因粒子经因粒子经O点时的速度垂直于点时的速度垂直于OP 故故OP 是直径，是直径，l=2R 由此得由此得 q/m=2vBl