1、3.5 3.5 磁場對運動電荷的作用力磁場對運動電荷的作用力物理新人教版選修物理新人教版選修3-13-1IIFF運動電荷在磁場中會受到作用力嗎？運動電荷在磁場中會受到作用力嗎？I洛倫茲（洛倫茲（1853185319281928） 洛倫茲是荷蘭物理洛倫茲是荷蘭物理學家、數(shù)學家，學家、數(shù)學家，18531853年年7 7月月1818日生于阿納姆。日生于阿納姆。洛倫茲創(chuàng)立了經典電子洛倫茲創(chuàng)立了經典電子論，提出了洛倫茲變換論，提出了洛倫茲變換公式，公式，19021902年與其學生年與其學生塞曼共同獲得諾貝爾物塞曼共同獲得諾貝爾物理學獎。為紀念洛倫茲理學獎。為紀念洛倫茲的卓著功勛，荷蘭政府的卓著功勛，荷蘭

2、政府決定從決定從19451945年起，把他年起，把他的生日定為的生日定為“洛倫茲洛倫茲節(jié)節(jié)”。演示：陰極射線在磁場中的偏轉演示：陰極射線在磁場中的偏轉1 1、沒有磁場時，接通高壓電源可以觀察到什么現(xiàn)象。、沒有磁場時，接通高壓電源可以觀察到什么現(xiàn)象。2 2、光束實質上是什么？、光束實質上是什么？3 3、若在電子束的路徑上加磁場，可以觀察到什么現(xiàn)象？、若在電子束的路徑上加磁場，可以觀察到什么現(xiàn)象？4 4、改變磁場的方向，通過觀查從而判斷運動的電子在各個方、改變磁場的方向，通過觀查從而判斷運動的電子在各個方向磁場中的受力方向。向磁場中的受力方向。磁場對運動電荷的作用力叫做磁場對運動電荷的作用力叫做

3、洛倫茲力洛倫茲力二、探究洛倫茲力的方向：二、探究洛倫茲力的方向：安培力是磁場對電流的作用力安培力是磁場對電流的作用力電流是電荷的定向移動形成的電流是電荷的定向移動形成的 洛倫茲力是磁場對運動電荷的作用力洛倫茲力是磁場對運動電荷的作用力 磁場對電流的作用力實質是磁場對運磁場對電流的作用力實質是磁場對運 動電動電荷的作用力荷的作用力洛倫茲力的方向可以用洛倫茲力的方向可以用 左手定則判定左手定則判定 實驗驗證：實驗驗證：理論推導理論推導: :猜想：猜想：猜想正確猜想正確vvffvvBvff垂直紙面向外垂直紙面向外 試判斷下圖中的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲試判斷下圖中的帶電粒子剛進入磁場時所受的

4、洛倫茲力的方向力的方向 1 1、可見：以相同速度進入同一磁場的正負電荷受到的洛、可見：以相同速度進入同一磁場的正負電荷受到的洛倫茲力方向相反。倫茲力方向相反。2 2、安培力方向由左手定則判斷。我們知道安培力的方向、安培力方向由左手定則判斷。我們知道安培力的方向既垂直于磁場方向，又垂直于電流方向，同樣也用左手定既垂直于磁場方向，又垂直于電流方向，同樣也用左手定則判斷洛倫茲力則判斷洛倫茲力f f的方向也既垂直于磁場的方向也既垂直于磁場B B的方向又垂直于的方向又垂直于電荷運動速度電荷運動速度v v的方向的方向練一練：練一練：練一練：練一練： 試判斷各圖中帶電粒子受洛倫茲力的方向，或帶電粒試判斷各圖

5、中帶電粒子受洛倫茲力的方向，或帶電粒子的電性、或帶點粒子的運動方向。子的電性、或帶點粒子的運動方向。vffvv洛倫茲力方向垂直紙面向里洛倫茲力方向垂直紙面向外v v0vqBVsin(FBqvBv 為與 的 夾 角 ）B1B2四、探究洛倫茲力的表達式：四、探究洛倫茲力的表達式： 設有一段長為設有一段長為L L，橫截面積為，橫截面積為S S的直導線，單位體積內的直導線，單位體積內的自由電荷數(shù)為的自由電荷數(shù)為n n，每個自由電荷的電荷量為，每個自由電荷的電荷量為q q，自由電荷，自由電荷定向移動的速率為定向移動的速率為v v。這段通電導線垂直磁場方向放入磁。這段通電導線垂直磁場方向放入磁感應強度為感

6、應強度為B B的勻強磁場中，求的勻強磁場中，求（1 1）電流強度）電流強度I I。（2 2）通電導線所受的安培力通電導線所受的安培力。（3 3）這段導線內的自由電荷數(shù)。）這段導線內的自由電荷數(shù)。（4 4）每個電荷所受的洛倫茲力。）每個電荷所受的洛倫茲力。如果通電導線不和磁場方向垂直，怎么辦？如果通電導線不和磁場方向垂直，怎么辦？F F= =q qv vB Bs si in n( (適用條件：速度方向與磁場方向垂直適用條件：速度方向與磁場方向垂直) )速度速度v v與磁場與磁場B B的方向夾角為的方向夾角為時時I=nqsvF F安安ILBILB（nqsvnqsv）LBLB總電荷數(shù)：總電荷數(shù)：ns

7、LnsLF F洛洛VBVBV 問題若此電子不垂直射入磁場，問題若此電子不垂直射入磁場，電子受到的洛倫茲力又如何呢電子受到的洛倫茲力又如何呢 ？洛倫茲力：洛倫茲力：F=F=qVBqVB (V(V垂直垂直B B）sin (FBqvBv 為 與 的夾角）B1B21.1.安培力是洛倫茲力的集體表現(xiàn)安培力是洛倫茲力的集體表現(xiàn)，洛倫茲力是安，洛倫茲力是安培力微觀表現(xiàn)。培力微觀表現(xiàn)。2.2.大小關系：大小關系：F F安安NFNF洛洛（N N是導體中運動的電荷數(shù)）是導體中運動的電荷數(shù)）3.3.方向關系：方向關系：F F安安與與F F洛洛方向相同方向相同4.F4.F安安與與F F洛洛本質都是磁場對運動電荷的作用

8、力本質都是磁場對運動電荷的作用力洛倫茲力與安培力的關系：洛倫茲力與安培力的關系：洛倫茲力和電場力的區(qū)別：洛倫茲力和電場力的區(qū)別：1.1.電荷在電場中一定受到電場力的作用，與其運動狀態(tài)無電荷在電場中一定受到電場力的作用，與其運動狀態(tài)無關；而電荷在磁場中不一定受到磁場力作用，只有相對于關；而電荷在磁場中不一定受到磁場力作用，只有相對于磁場運動且運動方向與磁場方向不平行的電荷才受磁場力磁場運動且運動方向與磁場方向不平行的電荷才受磁場力作用。作用。2.2.大小：大?。篎 F電電Eq,FEq,F洛洛= =BqvsinBqvsin。3.3.電荷所受電場力方向總是平行于電場線的切線方向；而電荷所受電場力方向

9、總是平行于電場線的切線方向；而電荷所受磁場力的方向總是既垂直于磁場方向，又垂直于電荷所受磁場力的方向總是既垂直于磁場方向，又垂直于運動方向。運動方向。4.4.電場力要對運動電荷做功（電荷在等勢面上運動除電場力要對運動電荷做功（電荷在等勢面上運動除外）；而電荷在磁場中運動時，磁場力一定不會對電荷外）；而電荷在磁場中運動時，磁場力一定不會對電荷做功。做功。1 1、當一帶正電、當一帶正電q q的粒子以速度的粒子以速度v v沿螺線管中軸線進入該通沿螺線管中軸線進入該通電螺線管，若不計重力，則電螺線管，若不計重力，則 A A帶電粒子速度大小改變；帶電粒子速度大小改變；B B帶電粒子速度方向改變；帶電粒子

10、速度方向改變；C C帶電粒子速度大小不變；帶電粒子速度大小不變；D D帶電粒子速度方向不變。帶電粒子速度方向不變。CD練一練：練一練： 2、擺長為擺長為L L的單擺在勻強磁場中擺動，擺動中擺的單擺在勻強磁場中擺動，擺動中擺線始終繃緊，若擺球帶正電，電量為線始終繃緊，若擺球帶正電，電量為q q，質量為，質量為m m，磁感應強度為磁感應強度為B B，當小球從最高處擺到最低處，擺，當小球從最高處擺到最低處，擺線上拉力線上拉力T T多大？多大？解析：解析： 擺球在運動中洛倫茲力不做功，由動能擺球在運動中洛倫茲力不做功，由動能定理得：定理得： 211cos2mgLmv21 cosvgL 擺球在最低點時的

11、速度方向不同，洛倫茲力方擺球在最低點時的速度方向不同，洛倫茲力方向不同，繩受到的拉力大小不同向不同，繩受到的拉力大小不同 21FvTm gmL洛121 cosTmgmgBqv32cos21 cosmgmgBqgL1.當擺球向右擺時，當擺球向右擺時，2。當擺球向左擺時，。當擺球向左擺時，例題： 質量質量m=0.1m=0.11010-3-3kgkg的小物塊，帶有電量為的小物塊，帶有電量為 q=5q=51010- -4 4C C的正電荷，放在斜面上，斜面的傾角的正電荷，放在斜面上，斜面的傾角=30=30，物塊與，物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)斜面間的動摩擦因數(shù)=0.4=0.4。設整個斜面放在勻強磁場中，。

12、設整個斜面放在勻強磁場中，B=0.5TB=0.5T，方向如圖，若斜面足夠長，問：，方向如圖，若斜面足夠長，問：（1 1）物塊下滑時，能達到的最大速率為多少？）物塊下滑時，能達到的最大速率為多少？（2 2）如果將磁場反向，其他條件不變，物塊下滑時將發(fā)）如果將磁場反向，其他條件不變，物塊下滑時將發(fā)生什么情況？生什么情況？ 五 電視顯像管的工作原理主要構造:電子槍（陰極）、偏轉線圈、熒光屏等電子槍（陰極）、偏轉線圈、熒光屏等1 1若要使電子束在水平方向偏離中心，打在熒光屏上若要使電子束在水平方向偏離中心，打在熒光屏上的點，偏轉磁場應該沿什么方向？的點，偏轉磁場應該沿什么方向？五 電視顯像管的工作原理2 2若要使電子束打在點，磁場應該沿什么方向？若要使電子束打在點，磁場應該沿什么方向？3 3若要使電子束打在熒光屏上的位置由逐漸向點若要使電子束打在熒光屏上的位置由逐漸向點移動，偏轉磁場應該怎樣變化？移動，偏轉磁場應該怎樣變化