5、洛伦兹力课件分解

5、磁场对运动电荷的作用力------洛伦兹力方向:安培力:磁场对通电导线的作用力大小:sinBILF左手定则θ为B和IL之间的夹角【思考】既然磁场对电流有力的作用,而电流是由电荷的定向移动形成的.那么磁场是否对运动电荷也有作用力呢?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。阴极射线管结构:现象：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，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。结论：磁场对运动电荷有作用力.一、洛伦兹力荷兰物理学家，他是电子论的创始人、相对论中洛伦兹变换的建立者，并因在原子物理中的重要贡献（塞曼效应）获得第二届（1902年）诺贝尔物理学奖。被爱因斯坦称为“我们时代最伟大，最高尚的人”。荷兰物理学家洛伦兹(Lorentz，1853—1928)磁场对电流有安培力的作用,而电流是由电荷定向运动形成的,且磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用.所以安培力是洛伦兹力的宏观表现.为什么磁场对通电导线有作用力?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+IF-IF（1）洛伦兹力的方向左手定则：伸开左手,使拇指与其余四指垂直且处于同一平面内;让磁感线从掌心进入,使四指指向正电荷运动的方向（或负电荷运动的反方向）,拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向FFvqv-q利用左手定则判断电子束弯曲方向未加磁场时的电子束运动径迹vFvFvBF垂直于纸面向外甲乙丙训练巩固：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BBvvvv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（2）洛伦兹力的大小IFvvvv(1)通电导线中的电流(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qvBnSLLnqvSBNFF)(安洛nSLNnqvSILnqvSBBILF)(安当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B方向的夹角为θ，电荷所受的洛伦兹力大小为sinqvBF洛V2V1qvBF洛(v⊥B)(v∥B)0洛FqvFB=磁感应强度的另一种定义方式(v⊥B)BF洛v对洛伦兹力的深入理解1、洛伦兹力的方向2、洛伦兹力的大小①F⊥B，F⊥v但v与B不一定垂直。②F垂直于v和B构成的平面。3、洛伦兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小.洛伦兹力对电荷总是不做功.F=qVBsinθθ为v与B之间的夹角BvqF×=F垂直于纸面向外v丁B二、带电粒子在匀强磁场中的运动①从理论上分析②从实验上验证利用力与运动的关系牛顿运动定律+运动学公式(2)当υ⊥B时，所受洛仑兹力提供向心力，做匀速圆周运动；(1)当υ∥B时，所受洛仑兹力为零，做匀速直线运动；1、圆周运动的半径mvRqB2、圆周运动的周期2mTqB2vqvBmR2RTvVV1V2Bθ垂直于B方向上：匀速圆周运动平行于B方向上：匀速直线运动垂直磁场方向半径：R＝mvsinθ/qBT=2πm/qB平行磁场方向螺距：d＝2πmvcosθ/qB等距螺旋3)当υ与B夹一般角度时I电子√非匀强磁场带电粒子在汽泡室运动径迹的照片.有的粒子运动过程中能量降低,速度减小,径迹就呈螺旋形.ρ2vmqvB=一般的曲线运动：Ft=mat，Fn=man实验验证：洛伦兹力演示仪励磁线圈电子枪加速电压选择挡磁场强弱选择挡构造:两个平行的通电环形线圈可产生沿轴线方向的匀强磁场工作原理：由电子枪发出的电子射线可以使管的低压水银蒸汽发出辉光，显示出电子的径迹。①不加磁场时观察电子束的径迹②给励磁线圈通电,观察电子束的径迹③保持出射电子的速度不变,改变磁感应强度,观察电子束径迹的变化④保持磁感应强度不变,改变出射电子的速度,观察电子束径迹的变化2)实验演示（验证）①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③磁感应强度不变，粒子射入的速度增加,轨道半径增大④粒子射入速度不变，磁感应强度增大，轨道半径减小②洛伦兹力提供带电粒子做匀速圆周运动所需的向心力3)实验结论动态圆（1）速度大小相同，方向不同（2）速度方向相同，大小不同（3）速度大小方向相同，入射位置不同带电粒子在有界磁场中的运动Bv•C.•D.•A.•B.带电粒子在有界磁场中的运动如图所示，宽为d的有界匀强磁场的边界为PQ、MN，一个质量为m，带电量为-q的微粒子沿图示方向以速度v0垂直射入磁场，磁感应强度为B，要使粒子不能从边界MN射出，粒子的入射速度v0的最大值是多大？带电粒子在有界磁场中的运动找圆心画轨迹求半径解决这类问题需要用到：物理中的洛伦兹力，圆周运动的知识数学中的几何知识，如圆的性质带电粒子（不计重力）在匀强磁场中的运动解题思路①圆心的确定a、两个速度方向垂直线的交点。（常用在有界磁场的入射与出射方向已知的情况下）VOb、一个速度方向的垂直线和一条弦的中垂线的交点O基本思路：圆心一定在与速度方向垂直的直线上，通常有两种方法：②半径的确定主要由三角形几何关系求出（一般是三角形的边边关系、边角关系、全等、相似等）。例如：已知出射速度与水平方向夹角θ，磁场宽度为d，则有关系式r=d/sinθ，如图所示。再例如：已知出射速度与水平方向夹角θ和圆形磁场区域的半径r，则有关系式R=rcot,如图所示。2沿径向射入必沿径向射出③运动时间的确定先确定偏向角。带电粒子射出磁场的速度方向对射入磁场的速度的夹角θ，即为偏向角，它等于入射点与出射点两条半径间的夹角（圆心角或回旋角）。由几何知识可知，它等于弦切角的2倍，即θ=2α=ωt,如图所示。qBmT2然后确定带电粒子通过磁场的时间。粒子在磁场中运动一周的时间为,当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为θ时，其运动时间由下式表示：TtTt2360或速率弧长时间=例题．如图所示，一束电子（电量为e）以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与电子原来射入方向的夹角是30º，则电子的质量是多大？穿透磁场的时间是多少?Bdvrr300dr2rvmqvB2vqBdm2vdqBmT42vdvdTt341213603000CDBvα1、无界磁场磁场边界类型2、直线边界（进出磁场具有对称性）O1Bυ②正负电子进入磁场3、平行边界（存在临界条件）4、圆形边界（沿径向射入必沿径向射出）B•vvO’OrrOABvBCDE与内壁碰撞弧长一定，最小磁场面积问题：以端点连线为直径的圆面积最小OABvBCDEovBdabcθvB5、矩形边界同一粒子速度大小不变时，弧越长，运动时间越大，圆心角越大1v1RED1o2oF2RG6、三角形边界