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1、高中物理3 1 3 5细谈洛伦兹力 美丽的极光 知识回顾 磁场对电流的作用 安培力判断下列图中安培力的方向 及大小 I B 若导线的电流为I 磁场强度为B 导线长度L 则所受的安培力为多少 知识回顾 磁场对处于磁场中的电流有力的作用电流是怎样产生的呢 电荷的定向移动产生电流 电子射线管的原理 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 实验验证 用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用P95演示 实验观察到的现象 1 电子流在磁场中发生了偏转 运动轨迹发生弯曲2 当磁场的方向发生变化时 电子流的弯曲方向也发生了改
2、变结论 磁场对运动电荷有力的作用 运动电荷在磁场中所受的力 洛伦兹力 洛伦兹 1853 1928 洛伦兹是荷兰物理学家 数学家 1853年7月18日生于阿纳姆 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 理论推导 安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力是安培力微观表现 安培力方向用左手定则判定 猜想 洛伦兹力的方向可以用左手定则判定 洛伦兹力的方向 左手定则 1 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 若四指指向正电荷运动的方向
3、 那么大拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向 2 若四指指向负电荷运动的反方向 那么大拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向 F 课堂练习 判断下列粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向 F垂直纸面向里 F垂直纸面向外 zxxk zxxk 1 洛伦兹力的方向 F洛 B F洛 v F洛 vB平面 2 洛伦兹力的效果 洛伦兹力的方向永远与速度垂直 只改变运动电荷速度的方向 不改变运动电荷速度的大小 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 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
4、 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 3 洛伦兹力大小的推导 探究 电荷量为q的粒子以速度v运动时 如果速度方向与磁感应强度方向垂直 那么粒子所受的洛伦兹力为 v垂直B 问题 若带电粒子不垂直射入磁场 电子受到的洛伦兹力又如何呢 为B和v之间的夹角 三 洛伦兹力大小 电荷在电场中一定要受到电场力的作用 运动电荷在磁场中不一定要受到洛伦兹力的作用 电场力F qE 洛伦兹力F qvB 电场力方向与电场方向平行 洛伦兹力方向与磁场方向垂直 电场力对运动的电荷不一定做功 洛伦兹力对运动的电荷一定不做功 思考与讨论 你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同
5、吗 1 大小的不同 2 方向的不同 3 作用关系的不同 4 做功的不同 应用 电视显像管的工作原理 电子枪 阴极 偏转线圈 荧光屏等 主要构造 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 点 偏转磁场应该沿什么方向 2 若要使电子束打在 点 磁场应该沿什么方向 3 若要使电子束打在荧光屏上的位置由 逐渐向 点移动 偏转磁场应该怎样变化 电视显像管的工作原理 zxxk 原理 电视显像管的工作原理 电视显像管应用了电子束在磁场中的偏转原理 电子束射向荧光屏就能发光 一束电子束只能使荧光屏上的一个点发光 而通过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整个荧光屏发光 从太阳或其他星体上放射出的
6、宇宙射线中含有高能带电粒子 若到达地球 对地球上的生命将带来危害 图为地磁场的分布图 地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道和两极哪里强 地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强 两极地区最弱 四 应用 1 地磁场对宇宙射线的阻挡作用 思考 你能解释为什么极光只在两极出现吗 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 V 垂直纸面向外 垂直纸面向里 FL 0 FL 0 课堂练习 5 如图示 一带负电的小滑块从粗糙的斜面顶端滑至底端时的速率为v 若加一个垂直纸面向外的匀强磁场 并保证小滑块能滑至底端 则它滑至底端时的速率将 A 变大B 变小C 不变D 条件不足 无法判断 B 课堂练习 运动电荷在匀强磁场中的运动 知识回顾 若一带电粒子 不计重力 垂直进入到磁场中 则该粒子受到了洛伦兹力的作用 f洛 qvB方向始终与v的方向垂直 洛伦兹力只改变粒子的速度方向 不改变粒子速度大小 思考 在洛伦兹力的作用下 粒子将做何种运动 并说明你的理由 观察到的现象 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题 1 粒子做匀速圆周运动的向心力来自哪里 2 粒子做匀速圆周运动的周期跟哪些因素有关 3 粒子做匀速圆周运动的半径跟哪些因素有关
