《3.5 运动电荷在磁场中受到的力》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3.5 运动电荷在磁场中受到的力（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 从宇宙深处射来的带电粒子为什么只在南北两极从宇宙深处射来的带电粒子为什么只在南北两极 形成神秘莫测的极光？形成神秘莫测的极光？思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论电视机的内部显像管中，电子枪射出的是电视机的内部显像管中，电子枪射出的是 一束细细的电子束，为什么整个屏幕都能发一束细细的电子束，为什么整个屏幕都能发 光？若在电视机附近放置一个很强的磁铁，光？若在电视机附近放置一个很强的磁铁， 电视画面将会出现颜色失真的现象，这又是电视画面将会出现颜色失真的现象，这又是 为什么？为什么？阴极射线管阴极射线管阴极阴极阳极阳极荧光屏荧光屏狭缝狭缝若在阴阳两极间加上一高电压，阴极中若在阴阳两极间加上
2、一高电压，阴极中 的炽热的金属丝发射出的电子束，将在荧光屏的炽热的金属丝发射出的电子束，将在荧光屏 上激发出荧光。上激发出荧光。演示实验演示实验实验现象实验现象：没有加磁场时，电子束直线前进：没有加磁场时，电子束直线前进 ；加了磁场后，电子束的运动径迹发生弯曲。；加了磁场后，电子束的运动径迹发生弯曲。了解洛伦兹了解洛伦兹洛伦兹是荷兰物理学家、数学家。洛伦兹是荷兰物理学家、数学家。18531853年年 7 7月月1818日生于阿纳姆。日生于阿纳姆。18701870年入莱顿大学学习年入莱顿大学学习 数学、物理学，数学、物理学，18751875年获博士学位。年获博士学位。2525岁起任岁起任 莱顿大
3、学理论物理学教授，达莱顿大学理论物理学教授，达3535年。洛伦兹是年。洛伦兹是 经典电子论的创立者。他以电子概念为基础来经典电子论的创立者。他以电子概念为基础来 解释物质的电性质，并从电子论推导出运动电解释物质的电性质，并从电子论推导出运动电 荷在磁场中要受到力的作用，即洛伦兹力。荷在磁场中要受到力的作用，即洛伦兹力。洛伦兹把物体的发光解释为原子内部洛伦兹把物体的发光解释为原子内部 电子的振动产生，并预言光源放在磁场中时，原子内电子的电子的振动产生，并预言光源放在磁场中时，原子内电子的 振动将发生改变，从而导致光谱线的增宽或分裂振动将发生改变，从而导致光谱线的增宽或分裂 。18961896年年
4、 1010月，洛伦兹的学生塞曼发现，在强磁场中钠光谱的月，洛伦兹的学生塞曼发现，在强磁场中钠光谱的D D线有线有 明显的增宽，即产生塞曼效应，证实了洛伦兹的预言。在明显的增宽，即产生塞曼效应，证实了洛伦兹的预言。在 19021902年塞曼和洛伦兹共同获得诺贝尔物理学奖。洛伦兹于年塞曼和洛伦兹共同获得诺贝尔物理学奖。洛伦兹于 19281928年年2 2月月4 4日在哈勒姆逝世。在举行葬礼那天，荷兰全国的日在哈勒姆逝世。在举行葬礼那天，荷兰全国的 电讯、电话中止电讯、电话中止3 3分钟，以示哀悼。分钟，以示哀悼。洛伦兹力洛伦兹力( (Lorentz forceLorentz force) )1 1
5、、定义定义：运动电荷运动电荷在磁场中受到的作用力，叫洛在磁场中受到的作用力，叫洛 伦兹力。伦兹力。 2 2、洛伦兹力的、洛伦兹力的方向方向：v vF F洛洛v vF F洛洛洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向伸开伸开左手左手： 磁感线磁感线垂直穿入手心垂直穿入手心 四指四指大拇指大拇指 所受洛伦兹力的方向所受洛伦兹力的方向指向指向正电荷正电荷的运动方向的运动方向 指向指向负电荷负电荷运动的反向运动的反向v vF F洛洛实验结论实验结论：洛伦兹力的方向既：洛伦兹力的方向既 跟磁场方向垂直跟磁场方向垂直F FB B，又跟电方荷，又跟电方荷 的运动方向垂直的运动方向垂直F Fv v，故洛伦兹力，故洛伦兹力
6、的方向总是垂直于磁感线和运动电的方向总是垂直于磁感线和运动电 荷所在的平面，即：荷所在的平面，即：F F安安B Bv v平面平面思考与讨论思考与讨论如图所示，若将电荷的运动方向和磁场的方如图所示，若将电荷的运动方向和磁场的方 向同时反向，则洛伦兹力的方向是不是也跟向同时反向，则洛伦兹力的方向是不是也跟 着反向？着反向？结论：当电荷的运动方向和磁场方向结论：当电荷的运动方向和磁场方向 同时反向时，同时反向时，洛伦兹力方向不变洛伦兹力方向不变。v vF F洛洛2 2、研究表明，洛伦兹力的大小与电荷的运、研究表明，洛伦兹力的大小与电荷的运 动方向及磁场的方向有关。动方向及磁场的方向有关。1 1、通电
7、导线在磁场中所受的安培力就是、通电导线在磁场中所受的安培力就是 洛伦兹力的宏观表现。洛伦兹力的宏观表现。思考与讨论思考与讨论磁场对通电导线能产生安培力的作用磁场对通电导线能产生安培力的作用 ，当磁场方向与电流方向垂直时，安培力，当磁场方向与电流方向垂直时，安培力 的大小为的大小为F F安安=B=BI IL L，而电流就是电荷的定向，而电流就是电荷的定向 移动形成的，那么，磁场对运动电荷所产移动形成的，那么，磁场对运动电荷所产 生的洛伦兹力与安培力有什么关系？洛伦生的洛伦兹力与安培力有什么关系？洛伦 兹力的大小又与什么因素有关？兹力的大小又与什么因素有关？如图所示，设有一段长度为如图所示，设有一
8、段长度为L L，横截面，横截面 积为积为S S的导线，导线单位体积内含有的自由的导线，导线单位体积内含有的自由 电荷数为电荷数为n n，每个自由电荷的电荷量为，每个自由电荷的电荷量为q q，定，定 向移动速率为向移动速率为v v，将这段通电导线垂直磁场，将这段通电导线垂直磁场 方向放入磁感应强度为方向放入磁感应强度为B B的磁场中。的磁场中。洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小安培力为安培力为F F安安=B=BI IL L电流的微观表电流的微观表 达式为达式为设导线中共有设导线中共有N N个自由电子个自由电子N=nsLN=nsL每个电子受的磁场力为每个电子受的磁场力为F F洛洛 = F= F安安/N/
9、N 故可得故可得F F洛洛=e=ev vB BI I=nes=nesv v( (条件是条件是v vBB) )洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小洛仑兹力的特点洛仑兹力的特点1 1、洛伦兹力的大小：、洛伦兹力的大小：v vBB，F F洛洛=0=0；v vBB，F F洛洛=q=qv vB B2 2、洛伦兹力的方向：、洛伦兹力的方向：F F洛洛B BF F洛洛v vF F洛洛v vB B平面平面3 3、洛伦兹力的效果：只改变运动电荷速度的方、洛伦兹力的效果：只改变运动电荷速度的方 向，不改变运动电荷速度的大小。向，不改变运动电荷速度的大小。重要结论：洛伦兹力永远不做功！重要结论：洛伦兹力永远不做功！v v与
10、与B B成成 时时时时，F F洛洛=q=qv vBsinBsin v vv v电视显像管的工作原理电视显像管的工作原理电视显像管应用了电视显像管应用了电子束在磁场中的偏电子束在磁场中的偏 转转原理。电子束射向荧光屏就能发光，一束原理。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过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整个荧光 屏发光。屏发光。思考与讨论思考与讨论如图所示，电视显像管中，要使电子束如图所示，电视显像管中，要使电子束 从从B B逐渐向逐渐向A A点扫描，必须加一个怎样变化的点扫描，必须加一
11、个怎样变化的 偏转磁场？偏转磁场？荧光屏中点荧光屏中点O O的下的下 方，应加一垂直向内方，应加一垂直向内 的磁场，且越下方磁的磁场，且越下方磁 场越强，而在场越强，而在O O点的上点的上 方，应加一垂直向外方，应加一垂直向外 的磁场，且越上方的的磁场，且越上方的 磁场越强。磁场越强。电视显像管中的扫描电视显像管中的扫描在电视显像管的偏转区在电视显像管的偏转区 中存在水平方向和竖直方向中存在水平方向和竖直方向 强弱和方向都在不断变化的强弱和方向都在不断变化的 偏转磁场，于是，电子枪发偏转磁场，于是，电子枪发 出的电子束在荧光屏上的发出的电子束在荧光屏上的发 光点不断移动，对图像进行光点不断移动
12、，对图像进行 扫描，扫描的路线如图所示扫描，扫描的路线如图所示 ，从，从a a开始，逐行进行，直开始，逐行进行，直 到到b b，且每秒要进行，且每秒要进行5050场扫场扫 描，结果，我们就感觉到荧描，结果，我们就感觉到荧 光屏上整个都发光了。光屏上整个都发光了。 太阳磁暴太阳磁暴地磁场的磁层分布图地磁场的磁层分布图宇宙射线宇宙射线从太阳或其他星体上，从太阳或其他星体上， 时刻都有大量的高能粒子流时刻都有大量的高能粒子流 放出，称为放出，称为宇宙射线宇宙射线。这些。这些 高能粒子流若都到达地球，高能粒子流若都到达地球， 将对地球上的生物带来危害将对地球上的生物带来危害 。但由于地球周围存在磁场。
13、但由于地球周围存在磁场 ，在洛伦兹力的作用下，改，在洛伦兹力的作用下，改 变了宇宙射线中带电粒子的变了宇宙射线中带电粒子的 运动方向，从而对宇宙射线运动方向，从而对宇宙射线 起了一定的阻挡作用。起了一定的阻挡作用。宇宙射线宇宙射线思考与讨论思考与讨论由由F F洛洛=q=qv vB B，可得，可得B=FB=F洛洛/q/qv v，与电场强度，与电场强度 E=F/qE=F/q对比，可知磁场与电场有着怎样的不同对比，可知磁场与电场有着怎样的不同 之处？之处？磁场只与运动电荷有关。磁场只与运动电荷有关。静止的电荷和运动的电荷周围都能产静止的电荷和运动的电荷周围都能产 生电场，而磁场只能由运动电荷产生。故
14、生电场，而磁场只能由运动电荷产生。故 静止的电荷只能受库仑力的作用，而运动静止的电荷只能受库仑力的作用，而运动 的电荷既受库仑力的作用，还会受到洛伦的电荷既受库仑力的作用，还会受到洛伦 兹力的作用。兹力的作用。电荷在电场中电荷在电场中一定一定要受到电场力的作用要受到电场力的作用 运动电荷在磁场中运动电荷在磁场中不一定不一定要受到洛伦兹力的作用要受到洛伦兹力的作用电场力电场力F=qEF=qE洛伦兹力洛伦兹力F=qF=qv vB B电场力方向与电场方向电场力方向与电场方向平行平行 洛伦兹力方向与磁场方向洛伦兹力方向与磁场方向垂直垂直电场力对运动的电荷电场力对运动的电荷不一定不一定做功做功 洛伦兹力
15、对运动的电荷洛伦兹力对运动的电荷一定不一定不做功做功思考与讨论思考与讨论你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同吗？你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同吗？1 1、大小的不同：、大小的不同：2 2、方向的不同：、方向的不同：3 3、作用关系的不同：、作用关系的不同：4 4、做功的不同：、做功的不同：1 1、试判断下列运动的带电粒子在磁场中所、试判断下列运动的带电粒子在磁场中所 受洛伦兹力的方向：受洛伦兹力的方向：课堂练习课堂练习2 2、带电量为、带电量为q q的粒子，在匀强磁场中运的粒子，在匀强磁场中运 动，下面说法正确的是（动，下面说法正确的是（ ）A A、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相、
16、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相 同同B B、如果把、如果把q q改为改为q q，且速度反向大小不变，且速度反向大小不变 ，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变C C、只要带电粒子在磁场中运动，就一定受洛、只要带电粒子在磁场中运动，就一定受洛 伦兹力作用伦兹力作用D D、带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁感、带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁感 应强度小应强度小B B课堂练习课堂练习3 3、电子以初速度、电子以初速度v v垂直进入磁感应强度为垂直进入磁感应强度为B B的的匀强磁场中匀强磁场中, ,则则( )( )A A、磁场对电子的作用力始终不变、磁场对电子的作用力始终不变. .B B、磁场对电子的作用力始终不做功、磁场对电子的作用力始终不做功C C、电子的速度始终不变、电子的速度始终不变. .D D、电子的动能始终不变、电子的动能始终不变BDBD课堂练习课堂练习
