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人教版选修3-1第三章 磁场 第5节 运动电荷在磁场中受到的力 (共27张PPT)


第五节 运动电荷在磁场中受到的力

回顾复习:
1、安培力的定义:磁场对通电导线的作用力
方向的判断: 左手定则 大小的计算: F=ILBsinθ

2、电流是如何形成的?
电流是由电荷的定向移动形成的 猜想: 磁场可能对运动电荷有力的作用。

洛伦兹力的方向

1.实验探究: 磁场对运动电荷是否有力的作用 (1)探究过程

? 无外加磁场时,阴极射线管中电子束的运动轨迹为直线

? 外加蹄形磁铁时,阴极射线管中电子束运动轨迹发生弯曲
? 交换磁铁N、S极,电子束的偏转方向与之前相反 ? 换用两个蹄形磁铁时,电子束的偏转角度增大

(2)探究结论
?磁场对运动电荷会产生力的作用 ?磁场对运动电荷的作用力方向与磁场方向有关 ?磁场对运动电荷的作用力大小与磁感应强度有关

一、洛伦兹力:
1、定义:磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力

通电导线在磁场中受到的安培力,实际是 洛伦兹力的宏观表现 . 2、方向的判断:左手定则

伸开左手,使拇指与其余四指垂直,并且都 与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入, 并使四指指向正电荷运动的方向,这时拇指所 指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦 兹力的方向 。

F

v

v F

例: 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 B
F v v F
垂直纸面向外

v

反思:判断洛伦兹力方向时,要分清研究的是 正电荷还是负电荷,要是负电荷,四指要指向 负电荷运动的反方向,并且左右手也得分清。

变式训练: 试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向,或带 电粒子的电性、或带点粒子的运动方向。
v F v

v F

洛伦兹力方向垂直纸面向里

二、探究洛伦兹力的表达式:
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 (1)电流强度I。 (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。

I=nqsv F安=ILB=(nqsv)LB
总电荷数:nsL F洛=qVB

(适用条件:速度方向与磁场方向垂直)
速度v与磁场B的方向夹角为θ时
如果通电导线不和磁场方向垂直,怎么办?

F=qvBsinθ

洛伦兹力:F=qVB

(V垂直B)

[问题]若此电子不垂直射入磁场, 电子受到的洛伦兹力又如何呢 ?

V

B1

B2

F ? Bqv sin ? (?为B与v的夹角)

洛伦兹力与安培力的关系: 1.安培力是洛伦兹力的集体表现,洛伦兹力是 安培力微观表现。 2.大小关系:F安=NF洛(N是导体中运动的电 荷数) 3.方向关系:F安与F洛方向相同

4.F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力

思考与讨论:
1、洛伦兹力的方向与带电粒子的运动方向有 什么关系? 洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向,又垂直 于速度方向,即垂直于磁场和速度所组成的平面。

2、洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么样的影 响? 洛伦兹力只改变速度方向,不改变速度的大小。
3、洛伦兹力对带电粒子做的功是多少?

洛仑兹力对带电粒子永不做功。

洛伦兹力的特点:
(1)、洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向, 又垂直于速度方向,即垂直于磁场和速度 所组成的平面。 (2)、洛伦兹力对电荷不做功,即不改变 速度的大小,只改变速度的方向。

例、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,若不计重力,则 [ ] CD 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。
.

反思:带点粒子在磁场中受不受洛伦兹力决定于 速度的方向和磁场的方向,所以在速度已知的情 况下,一定要弄清磁场的分布特点。

变式训练:
有一匀强磁场,磁感应强度大小为1.2T,方向由南 指向北,如有一质子沿竖直向下的方向进入磁场,磁 场作用在质子上的力为9.6×10-14N,则质子射入时速 度为 5×105m/s ,质子在磁场中向 东 方向偏




二、应用 1、电视显像管的工作原理
主要构造:电子枪(阴极)、偏 转线圈、荧光屏等 【思考与讨论】 1.若要使电子束在水平方向偏离中心,打在荧光屏上的 A点,偏转磁场应该沿什么方向? 垂直纸面向外 2.若要使电子束打在B点,磁场应该沿什么方向? 垂直纸面向里 3.若要使电子束打在荧光屏上的位置由B逐渐向A点移 动,偏转磁场应该怎样变化? 先垂直纸面向里并逐渐减小,然后 垂直纸面向外并逐渐增大。

电视显像管
1. 原理 阳极发射电子,经过偏转线圈,偏转线圈产生的磁场和电子 运动方向垂直,电子受洛伦兹力作用发生偏转,偏转后打在

荧光屏上,使其发光。

2. 扫描

在偏转区的水平和竖直方向
都加有偏转磁场,其方向、 强弱都在不断变化,因此电 子束打在荧光屏上的点也在 不断移动,这在电视技术中

称为扫描。

例、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( B ) A.竖直向下沿直线射向. 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.

极光现象 以正电荷为例

+

+

在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中, 有一种能量被称为“太阳风”。这是一束可以 覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流,该太阳 风在地球上空环绕地球流动,以大约每秒400 公里的速度撞击地球磁场,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 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,产生出红、绿或蓝等色的 极光特征色彩,形成极光。在南极地区形成的 叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象, 称之为北极光。

当堂检测
1、如图所示,带电粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面 向外的是 ( C )

2、有关电荷所受电场力和洛伦兹力的说法中, 正确的是 ( BD ) A.电荷在磁场中一定受洛伦兹力的作用. B.电荷在电场中一定受电场力的作用. C.电荷受电场力的方向与该处的电场方向一致. D.电荷若受洛伦兹力,则受力方向与该处的磁 场方向垂直.

当堂检测
3、电子以4×106m/s的速率垂直 射入磁感应 强度为0.5T的匀强磁场中,受到的洛伦兹力 为 3.2×10-13 N,如果电子射入磁场时的速度v 与B的方向间的夹角是30°,则电子所受的 洛伦兹力为 1.6×10-13 N

小结:
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、洛伦兹力的方向:左手定则 F⊥v F⊥B 3、洛伦兹力大小: F=qVBsinθ V⊥B F=qVB V∥B F= 0 4、特点:洛伦兹力只改变速度的方向,不改变 速度的大小,即洛伦兹力对运动电荷不做功 。 5、电视显像管的工作原理 作业: 完成课后的“问题与练习”及课后延伸的“巩固练习


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