探究洛仑兹力概述

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1、美丽的极光,在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，有一种能量被称为“太阳风”。太阳风是太阳喷射出的带电粒子，是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流。太阳风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场。地球磁场形如漏斗，尖端对着地球的南北两个磁极，因此太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个“漏斗”沉降，进入地球的两极地区。两极的高层大气，受到太阳风的轰击后会发出光芒，形成极光。,北京电子对撞机 欧洲加速器,回旋加速器的工作原理：在回旋加速器中心部位的离子源经高压电弧放电而使气体电离发射出粒子束流，该粒子束流在半圆形电极盒(简称D型盒)中运动。D型盒与高频振荡电源相联为加速粒子提供

2、交变的电场。在电场的作用下被加速的粒子，在磁场中偏转，最终以近似于螺旋的轨道中运动飞行。,安培力产生的本质原因是什么？,安培力研究的是通电导线，即电流， 而电流是电子的定向移动产生的,一、洛仑兹力,1、洛仑兹力：运动电荷在磁场中所受到的力。,2、方向：在用左手定则时，四指必须指电流方向(不是速度方向)，即正电荷定向移动的方向； 对负电荷，四指应指负电荷定向移动的反方向。,3、大小F=qVB,4、适用条件：vB,洛仑兹力是安培力的微观表现,二、洛仑兹力的方向判断,2、方向：在用左手定则时， 四指必须指电流方向(不是速度或运动方向)， 即正电荷定向移动的方向； 对负电荷，四指应指负电荷定向移动的反

3、方向。,三、洛仑兹力大小的推导,F安=BIL I=nqvS L导线长度，S横截面积，n单位体积的自由电荷数，v自由电荷的速度，q自由电荷的电量,F安 = nqvS BL = nLS qvB,根据“洛仑兹力是安培力的微观表现”，nLS是该导线内的自由电荷总数，则每个自由电荷受力,F洛 = nLS qvB/nLS = qvB,适用条件：vB,四、洛仑兹力的理解,1、洛仑兹力永远不做功，FV，F只改变V的方向，不改变V的大小；但可能会引起其它力做功的变化。,2、带电粒子仅在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动， 所以带电粒子在磁场中运动时方向会发生偏转。 但在其它力共同作用下时可能做直线运动，,3、带电粒子

4、的运动方向与磁场方向平行时，不受洛仑兹力作用，可能做直线运动，,1、一带正电的粒子以速度V沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则 A、该粒子的速度大小改变 B、该粒子的速度方向改变 C、该粒子的速度大小不变 D、该粒子的速度方向不变,CD 因为VB,思考：如果粒子是沿电场线进入电场，则选哪个？如果是垂直进入电场呢？,2、课本P90，3 3、右图是表示磁场磁感强 度B，负电荷运动方向v和磁 场对电荷作用力f的相互关 系图，这四个图中画得正确 的是(B、v、f两两垂直),4、一带电粒子以垂直于磁场方向的初速度飞入匀强磁场后做圆周运动，磁场方向和运动轨迹如图所示，下列情况可能的是 A粒子带正

5、电，沿逆时针方向运动 B粒子带正电，沿顺时针方向运动 C粒子带负电，沿逆时针方向运动 D粒子带负电，沿顺时针方向运动,A D,因为做圆周运动 洛仑兹力要指向圆心 提供向心力,5、运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，运动方向会发生偏转，这一点对地球上的生命来说有十分重要的意义从太阳和其他星体发射出的高能粒子流，称为宇宙射线，在射向地球时，由于地磁场的存在，改变了带电粒子的运动方向，对地球起到了保护作用如图所示为地磁场对宇宙射线作用的示意图现有来自宇宙的一束质子流，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将 A竖直向下沿直线射向地面 B向东偏转 C向西偏转 D向北

6、偏转,B,1、有关洛仑兹力和安培力的描述，正确的是 A、通电直导线处于匀强磁场中一定受到安培力的作用 B、安培力是大量运动电荷所受洛仑兹力的宏观表现 C、带电粒子在匀强磁场中运动受到洛仑兹力做正功 D、通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行,B,五、带电粒子在磁场中做直线运动的条件：,1、沿磁感线运动，(带电粒子的运动方向V与磁场方向B平行时)，此时洛伦磁力F=qVB=0 2、必须有一个力(mg或qE)来平衡 qVB=mg、qVB=qE或F合=0,1、质量m，电量q的带电粒子，以速度V垂直进入图中的匀强磁场，恰好做匀速直线运动，求带电粒子的电性及磁感应强度B,正电，qvB=mg,如果

7、粒子重力忽略，又要做匀速直线运动，可加一电场，求电场大小及方向。,不管正电、负电，电场均向下：qVB=qE,2、一个质子以速度V=5107m/s沿图中方向进入的匀强磁场B=2T，质子所受洛仑兹力多大？,V不垂直B，应把V或B分解， 取垂直分量，保证V B， 如V=V cos30,F=qB V cos30,3、有一质量m，带电量q的小球在光滑绝缘平面上运动，并处于磁感应强度为B、方向垂直并指向纸面内部的匀强磁场中，为了使小球飘离地面，其最小速度是多少？方向呢？,qVB=mg V向右,假如小球静止,则相应的磁场应向哪个方向运动？,假如小球原来处于静止状态，空间存在一个水平向右的电场，场强为E，则小

8、球运动的距离和时间各是多少?,qU=qEd=mv2/2 V=at=(qE/m)t,4、磁流体发电机原理图如右。等离子体高速从左向右喷射，两极板间有如图方向的匀强磁场。发电机哪个极板为正极？两板间最大电压为多少？,由左手定则，正、负离子受的洛伦兹力分别向上、向下。所以上极板为正。正、负极板间会产生电场。当刚进入的正负离子受的洛伦兹力与电场力等值反向时，达到最大电压：U=Bdv。当外电路断开时，这也就是电动势E。当外电路接通时，极板上的电荷量减小，板间场强减小，洛伦兹力将大于电场力，进入的正负离子又将发生偏转。这时电动势仍是E=Bdv，但路端电压将小于Bdv。,作业：1、课本98 8 2、将倾角为

9、的光滑绝缘斜面，放置在一个足够大的、磁感应强度为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，一个质量为m，电量为-q的小滑块，在竖直平面内沿斜面由静止开始下滑，问： 、经过多少时间，滑块将脱离斜面？ 、滑行的距离是多少？,、洛伦磁力以外的其它力的合力为0， 如mg=qE、mg=FN,1、带电粒子在磁场中做圆周运动的条件：,六、带电粒子在磁场中的运动圆周运动,、仅受洛伦磁力F=qVB，当带电粒子速度方向与磁场垂直时，带电粒子在垂直于磁感应线的平面内做匀速圆周运动,2、推论： 带电粒子在匀强磁场中仅受洛仑兹力而做匀速圆周运动时，洛仑兹力充当向心力：,轨道半径：,角速度：,周期：,频率：,动能：,1、(201

10、2广东)质量和电量都相等的带电粒子M和N，以不同的速度率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是 AM带负电，N带正电 BM的速度率小于N的速率 C洛伦磁力对M、N做正功 DM的运行时间大于N的运行时间,A,A,2、“月球勘探者号”空间探测器运用高科技手段对月球进行了近距离勘探，在月球重力分布、磁场分布及元素测定方面取得了新的成果。月球上的磁场极其微弱,通过探测器拍摄电子在月球磁场中的运动轨迹,可分析月球磁场的强弱分布情况。如图是探测器通过月球表面、四个位置时,拍摄到的电子运动轨迹照片(尺寸比例相同),设电子速率相同,且与磁场方向垂直,则可知磁场从强到弱的位置排

11、列正确的是 A. B. C. D.,3、带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，从而显示其运动轨迹右图是在有匀强磁场云室中观察到的粒子的轨迹，a和b是轨迹上的两点，匀强磁场B垂直纸面向里该粒子在运动时，其质量和电荷量不变，而动能逐渐减少，下列说法正确的是 A粒子先经过a点，再经过b点 B粒子先经过b点，再经过a点 C粒子带负电 D粒子带正电,A C,A,4、(09安徽)右图是科学史上一张著名的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹。云室旋转在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里。云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用。分析此径迹可知粒子 A.带正电，由下往上运动 B.带正电，由

12、上往下运动 C.带负电，由上往下运动 D.带负电，由下往上运动,粒子穿过金属板后，速度变小，由半径公式r=mv/qB可知，半径变小，粒子运动方向为由下向上；又由于洛仑兹力的方向指向圆心，由左手定则，粒子带正电。选A。,8、重力不计的带正电的粒子，质量为m，电荷量为q.由静止开始，经加速电场加速后，垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动，圆心为O，半径为r.可将带电粒子的运动等效为一环形电流，环的半径等于粒子的轨道半径(若粒子电荷量为q,周期为T，则等效环形电流的电流为I=q/T). 求粒子在磁场中做圆周运动的线速度和等效环形电流的大小；,9、(2012北京)处于匀强磁场中的一个

13、带电粒子，仅在磁场力作用下做匀速圆周运动。将该粒子的运动等效为环形电流，那么此电流值 A、与粒子电荷量成正比 B、与粒子速率成正比 C、与粒子质量成正比 D、与磁感应强度成正比,D,10、(03上海)若氢原子的核外电子绕核作半径为r的匀速圆周运动，则其角速度=_；电子绕核的运动可等效为环形电流，则电子运动的等效电流I=_ (已知电子的质量为m,电量为e,静电力恒量用k表示),氢原子中电子绕原子核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力，由此可求出：,把电子绕核运动等效为一环形电流，则在一个周期时间内通过圆周某横截面积上的电量为e，则电流为：,11、重力不计的带正电的粒子，质量为m，电荷量为q.由静止开

14、始，经加速电场加速后，垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动，圆心为O，半径为r.可将带电粒子的运动等效为一环形电流，环的半径等于粒子的轨道半径（若粒子电荷量为q,周期为T，则等效环形电流的电流为I=q/T). 求粒子在磁场中做圆周运动的线速度和等效环形电流的大小；,3、力：向心力有洛仑兹力提供:qvB=mv2/R 半径R=mv/qB， 周期T=2m/qB,4、圆：关键在于确定运动的圆心和半径、圆心角,运动圆心：找出轨迹中任两点(进、出磁场点的或其他特殊点)，画切线v，画垂线F，交点就是圆心,运动半径：平面几何解三角形；圆心角=偏转角,运动时间：由圆心角决定,运动轨迹：(经常对

15、称) 进入边界为直线的足够大磁场，一定从同一边界射出，且v和边界夹角相等； 沿半径方向进入圆磁场，必沿另一半径射出。,六、带电粒子在磁场中的运动圆周运动,、运动圆心：,运动圆心：两点切线v垂线f交点圆心O,画出轨迹中任两点(进、出磁场点的或其他特殊点)的切线方向、即速度v方向，作其中垂线为力F的方向，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心,、运动半径：R=mV/qB, 相对的弦切角相等，与相邻的弦切角互补，即180O, 粒子速度的偏向角等于轨迹圆心角，并等于AB弦与切线的夹角(弦切角)的2倍，如图示 =2=t,1、如图，在B=9.110-4T的匀强磁场中，C、D是垂直于磁场方向的同一平面上的两点，相距d=0.05m。在磁场中运动的电子经过C点时的速度方向与CD成=300角，并与CD在同一平面内，问: 若电子后来又经过D点，则电子的速度大小是多少？ 电子从C到D经历的时间是多少？ (电子质量me= 9.110-31kg，电量e=1.610-19C),4、一个质量为m电荷量为q的带电粒子从x轴上的P(a，0)点以速度v，沿与x正方向成60的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限。求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的坐标。,由射入、射出点的半径可找到 圆心O，并得出半径为,射出点坐标为(0， ),2、如图所示，圆形区域内有垂直纸面的匀强磁场，三个质