第五节：运动电荷在磁场中受到的力

3.5运动电荷在磁场中受到的力双峰县第五中学王业福知识回顾判断下列图中安培力的方向：FF电流是如何形成的？思考磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流是电荷的定向运动形成的，由此你会想到了什么？磁场可能对运动电荷有力的作用。导体中的电流是由电荷的定向移动产生的阴极阳极狭缝荧光板电子束实验：用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。实验验证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磁场对运动电荷有力的作用结论一、洛伦兹力1、运动电荷在磁场中受到的力称为洛仑兹力.2.洛伦兹力与安培力的关系：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。洛伦兹（1853—1928）洛伦兹，荷兰物理学家，首先提出磁场对运动电荷有作用力的观点。洛伦兹创立了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，1902年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从1945年起，把他的生日定为“洛伦兹节”。猜想：能不能用左手定则来判定？推理：我们曾经用左手定则判定安培力的方向。大量定向移动电荷所受洛伦兹力宏观表现为安培力，因此，可以用左手定则判定洛伦兹力的方向。洛仑兹力F洛的方向如何确定？思考洛伦兹力的方向----左手定则v1、伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线穿过手心，使四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向。2、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。FFvNS下图中电子束的偏转方向？1实验验证：SN２实验事实证明左手定则适用于洛伦兹力方向的判定。？既然安培力是导体中所有运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。安培力大小等于各个带电粒子所受洛伦兹力的合力。我们如何由F＝BIL推导出单个粒子所受洛伦兹力的大小公式？说说你的大致思路。vF洛伦兹力大小的推导：s•若导体单位体积内有n个带电粒子，粒子的电荷量为q，定向移动速度为v，导体横截面积为S，则导体中电流为•导体长度为L，则导体中带电粒子个数为•若把上述导体垂直放入磁感强度为B的匀强磁场中，安培力大小等于各个带点粒子所受洛伦兹力的合力，则每个粒子所受洛伦兹力大小为vLISqvBnSLLnqvSBNFFAL)(I=nqvSN=nSL说明：1、FL=qvB只适用于v⊥B的情况2、若v与B间的夹角为θ，则FL=qvBsinθ洛伦兹力的大小3、当速度V的方向与磁感应强度B的方向平行时：VB-qF＝0VB-q4、公式变形：qvFBL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×××××××××+×××××××××VV+VVV+VFL+V垂直纸面向外垂直纸面向里+VFLFLFLFL=0FL=0课堂练习:2：为了研究某种放射源发出的未知射线，物理探究者把放射源置于匀强磁场中，射线分裂成a、b、c三束，请分析三束射线的电性。小结1、洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力安培力是洛伦兹力的宏观表现2、洛伦兹力方向的判断：左手定则F⊥V，F⊥B，F⊥V、B所在的平面负电荷的方向与正电荷的相反3、洛伦兹力的大小：qvBFLVB试证明：带电粒子具有速度时，才能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器。【知识应用】：BEv××××××××v速度选择器1、（书98页第三题）在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。（2）若A、B两板相距为d，板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于B的方向射入磁场，该发电机的电动势是多大？(提示：复习第二章第二节电动势的有关知识。)2、（书98页第4题）如图所示，磁流体发电机是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能。平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，A、B两板间便产生电压。如果把A、B和用电器连接，A、B就是一个直流电源的两个电极。（1）图中A、B板哪一个是发电机的正极。NSNSNSNS显像管的工作原理1、电子束是怎样实现偏转的？思考与讨论2、在图2.4－3中，如图所示（1）要是电子打在A点，偏转磁场应该沿什么方向？（2）要是电子打在B点，偏转磁场应该沿什么方向？（3）要是电子束打在荧光屏上的位置由中心O逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？3、电子打在荧光屏上只能有一个亮点，为什么整个荧光屏都能发光能？如果带电粒子射入匀强磁场时，初速度跟磁场方向垂直（如图所示），粒子在洛仑兹力的作用下将做什么运动？-V0思考洛仑兹力有什么特点呢？fB-V0Vf-q洛仑兹力F的方向总跟运动电荷的速度v的方向垂直。洛仑兹力只能改变电荷运动的速度方向，不能改变速度的大小。洛仑兹力对在磁场中运动的电荷不做功。思考电子束的磁偏转图2.4-2洛伦兹力演示仪下图实验装置可以演示洛伦兹力的大小和方向。它由一个球形电子射线管和一组线圈组成。通过改变电子枪两极间的电压可以改变电子的速度；通过改变线圈中电流的强弱可以改变磁感应强度的大小。在演示仪中可以观察到，没有磁场时，电子束是直进的，外加磁场后，电子束的径迹变成圆形。磁场的强弱和电子的速度都能影响圆的半径。电子束的磁偏转【例1】如图所示的是磁感应强度B、正电荷速度v和磁场对电荷的作用力F三者方向的相互关系图（其中B垂直于F与v决定的平面，B、F、v两两垂直）。其中正确的是例2、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【例3】一个长螺线管中通有电流，把一个带电粒子沿中轴线方向射入（若不计重力影响），粒子将在管中A．做圆周运动B．沿轴线来回运动C．做匀加速直线运动D．做匀速直线运动课外作业1．答：由现象知这束射线含有不同的粒子。其中向左的射线为带正电的粒子组成；中间的射线为不带电粒子组成；向右的射线为带负电的粒子组成。2．答：甲竖直向上；乙竖直向下；丙垂直纸面向外；丁垂直纸面向里。课外作业课堂练习:1.判断下列粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向.-qv甲FL-qv丙FL垂直纸面向里+qv乙FL+qv丁FL垂直纸面向外【例2】关于带电粒子所受洛伦兹力F和磁感应强度B及粒子速度v三者之间的关系，下列说法中正确的是A．F、B、v三者必定均保持垂直B．F必定垂直于B、v，但B不一定垂直于vC．B必定垂直于F、v，但F不一定垂直于vD．v必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B1.产生：电场对运动电荷、静止电荷都有电场力的作用,磁场只对运动电荷才有磁场力的作用洛伦兹力与电场力的区别：2.大小：在匀强电场中,电荷所受的电场力与V无关，是一个恒力在匀强磁场中,洛伦兹力与V有关3.方向：电场力的方向与电场方向平行,正电荷的电场力方向就是电场方向无论是正电荷还是负电荷，它所受洛伦兹力永远与磁场方向垂直。4.做功：电场力对电荷可能做功，也可能不做功洛伦兹力始终与电荷速度方向垂直,永远不会做功小结