51磁场对运动电荷的作用(优秀课件)

磁场对运动电荷的作用美丽的北极极光同学们知道极光是怎样形成的吗？答：电荷的定向移动形成电流.物理学中规定正电荷定向移动的方向为电流方向.电流的微观表达式为问题思考1、电流是怎样形成的?电流的方向是怎样规定的?电流的微观表达式（决定式）是什么?Snq答：磁场对电流的作用力称为安培力.安培力的方向用左手定则来判断.其大小为F=BIL(B⊥L)2、什么叫做安培力?怎样判断安培力的方向?安培力的大小为多少?猜想:既然磁场对电流有力的作用，而电流又是由电荷定向移动形成的，那么很有可能是磁场对定向移动的电荷有力的作用。实验：用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。实验验证在真空玻璃管内安装一个阴极、一个阳极.阴极接高电压的负极、阳极接正极.阴极能够发射电子,电子束在两极之间的电场力的作用下从阴极飞向阳极.这个管子叫做阴极射线管.为了显示电子束运动的情况,管内装有长条形的荧光屏,屏上的物质受到电子的撞击时能够发光,显示出电子束的运动轨迹。[实验现象]当电子射线管的周围不存在磁场时，电子的运动轨迹是直线。当电子射线管的周围存在磁场时，电子的运动轨迹是曲线。[实验结论]运动电荷确实受到了磁场的作用力，这个力通常叫做洛伦兹力。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。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”。世界各地科学界的著名人物参加了葬礼。洛伦兹（1853—1928）一.洛伦兹力1.概念：磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力。2.F洛与F安的关系：F安＝NF洛（N为受到的洛伦兹力的运动电荷的总个数）◆安培力是洛伦兹力的宏观表现。◆洛伦兹力是安培力的微观本质。既然安培力为洛伦兹力的宏观表现，那么我们用导体所受的安培力来除以这段导体所含有的自由电荷数，不就可以求出每个自由电荷所受的洛伦兹力了吗？想一想1.公式推导：F=qvB二.洛伦兹力的大小设通电导体的长度：L横截面积：S单位体积内的电荷数：n每个电荷的带电量：q电荷定向移动的速率：vI=nqvSF安＝qvB(nLS)F安=BIL若v与B间的夹角为θ，则F=qvBsinθ2.公式：F=qvB(只适用于v⊥B的情况)vv2v1B当速度方向与磁场方向有夹角时可采用把速度分解的办法来求洛伦兹的大小.用左手定则来判定伸开左手，使大姆指跟其余四个手指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，四指指向正电荷运动的方向，那么，拇指所指的方向就是正电荷所受洛仑兹力的方向．三、洛伦兹力的方向vF思考:如果运动的是负电荷而不是正电荷，该怎样判定它所受到的洛伦兹力的方向呢？vF如果运动的是负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。判定方法：VF×××××××××B×××××××××B++++FVV垂直纸面向外VFV习题1、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的方向垂直纸面向里F2、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带电性×××××××××VFV垂直纸面向外VFVB垂直纸面向里思考与讨论：带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？四、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:F⊥VF⊥BF⊥SVB思考与讨论：带电粒子在磁场中运动时受洛伦兹力.而带电粒子在电场中受电场力.那么洛伦兹力与电场力有何区别?洛伦兹力和电场力的区别：1.受力：电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其运动状态无关；而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用.2.大小：F电＝qEF洛=qvBsinθ3、方向：电荷所受电场力方向总是平行于电场强度方向；电荷所受磁场力方向总是垂直于磁场方向，垂直于运动方向。4、做功：电场力对运动电荷要做功(电荷在等势面上运动除外)；磁场力对运动电荷一定不做功。[例1]一个电子的速率V=3×106m/s，垂直射入B=0.1T的匀强磁场中，它所受的洛伦兹力为多大？（e=1.6×10-19C）解：F=qvB=evB=1.6×10-19×3×106×0.1N=4.8×10-14N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。3、方向判定：左手定则.F⊥B,F⊥V(F垂直于v和B所决定的平面)2、产生条件：电荷在磁场中运动，且V与B不平行.☆小结洛伦兹力1、定义：磁场对运动电荷的作用力.施力物体：磁场；受力物体：运动电荷.4、大小（公式）：F=qvB(只适用于v⊥B的情况).5、做功与能量转化：洛伦兹力对电荷不做功，无能量转化.•例1.如图所示，用绝缘细线栓一绝缘小球，线上固定于O点，线长为L,小球带正电，当它摆过竖直线OC时,便进入或离开一个匀强磁场，磁场方向垂直于小球的摆动平面，摆球沿着圆弧来回摆动，下列说法中正确的是（）A.A点和B点处于同一水平面上B.在A点和B点处线上的拉力大小相等C.单摆向右或向左摆过D点时，洛伦兹力相同D.单摆向右或向左摆过D点时，线上的拉力相同•例2.一个质量m=0.1g的小滑块，带有q=5×10-4C的电荷量，放置在倾角α=30°的光滑绝缘斜面上，整个斜面置于B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，若斜面足够长，小滑块由静止开始沿斜面滑下，滑至某一位置时，小滑块开始离开斜面，求：•(1)小滑块带何种电荷?•(2)小滑块离开斜面时的瞬时速度多大?•(3)小物块在斜面上滑行的最大距离是多少?