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1、2.4磁场对运动电荷的作用教学目标教学目标知训与能力知训与能力、洛仑兹力（1）洛仑兹力：磁场对运动电荷力的作用（2）洛仑兹力和安培力是微观和宏观的关系、洛仑兹力的方向的判断、电子束的磁偏转1、磁场的强弱和电子的速度都能影响圆的半径、显像管的工作原理实验仪器：实验仪器： 安装一个阴极、一个阳极的真空玻璃管、高压电源、磁铁知识回顾知识回顾判断下列图中安培力的方向判断下列图中安培力的方向若已知上图中：若已知上图中：B=4.010-2 T，导线长，导线长L=10 cm，I=1 A。求：通电导线所受的安培力大小？。求：通电导线所受的安培力大小？ 电流是如何形成的？电流是如何形成的？思考思考电流是电荷的定
2、向运动形成的，而磁场对电流（通电导线）电流是电荷的定向运动形成的，而磁场对电流（通电导线）有力的作用，由此你会想到了什么？有力的作用，由此你会想到了什么？磁场可能对运动电荷有力的作用磁场可能对运动电荷有力的作用。实验：用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。实验：用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。 实验验证实验验证在在真真空空玻玻璃璃管管内内安安装装一一个个阴阴极极、一一个个阳阳极极.阴阴极极接接高高电电压压的的负负极极、阳阳极极接接正正极极.阴阴极极能能够够发发射射电电子子,电电子子束束在在两两极极之之间间的的电电场场力力的的作作用用下下从从阴阴极极飞飞向向阳阳极极.这这个个管管子子叫叫做
3、做电电子子射射线线管管.为为了了显显示示电电子子束束运运动动的的情情况况,管管内内装装有有长长条条形形的的荧荧光光屏屏,屏屏上上的的物物质质受受到到电电子子的的撞击时能够发光。撞击时能够发光。当电子射线管的周围不存在磁场时，当电子射线管的周围不存在磁场时， 电子的电子的运动轨迹运动轨迹是是直线直线当电子射线管的周围存在磁场时，当电子射线管的周围存在磁场时，电子的电子的运动轨迹运动轨迹是是曲线曲线磁场对运动电荷有力的作用磁场对运动电荷有力的作用结论结论一、洛伦兹力一、洛伦兹力1、磁场对运动电荷有力的作用、磁场对运动电荷有力的作用,这个力叫做这个力叫做洛仑兹力洛仑兹力.2.洛伦兹力与安培力的关系：
4、洛伦兹力与安培力的关系： 安培力是洛伦兹力的安培力是洛伦兹力的宏观表现。宏观表现。洛伦兹力是安培力的洛伦兹力是安培力的微观本质。微观本质。洛伦兹（洛伦兹（18531928）洛伦兹，荷兰物理学洛伦兹，荷兰物理学家，家，首先提出磁场对首先提出磁场对运动电荷有作用力的运动电荷有作用力的观点。观点。 洛伦兹创立了洛伦兹创立了经典电子论，提出了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，洛伦兹变换公式，1902年与其学生塞曼年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理共同获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹学奖。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政的卓著功勋，荷兰政府决定从府决定从1945年起，年起，把他的生日定为把他的生日定为“洛洛
5、伦兹节伦兹节”。u猜想：猜想：能不能用左手定则来判定能不能用左手定则来判定u推理：推理：我们曾经用左手定则判定安培力的方向我们曾经用左手定则判定安培力的方向大量定向大量定向 移动电荷所受洛伦兹力宏观表现为安培力，因移动电荷所受洛伦兹力宏观表现为安培力，因此，此， 可以用可以用左手定则左手定则判定洛伦兹力的方向判定洛伦兹力的方向u验证：验证：尝试不同方向的磁场对电子束的不同影响，判断尝试不同方向的磁场对电子束的不同影响，判断 运动的电子束在各种方向的磁场中的受力方向运动的电子束在各种方向的磁场中的受力方向 洛仑兹力洛仑兹力F F洛洛的方向如何确定？的方向如何确定？思考思考3 3、洛伦兹力的方向、
6、洛伦兹力的方向、洛伦兹力的方向、洛伦兹力的方向-左手定则左手定则左手定则左手定则vv1 1、伸开左手，使大拇指和其余四、伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，若四指指向若四指指向正电荷正电荷运动的方向，那运动的方向，那么拇指所指的方向就使正电荷所受么拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向。洛伦兹力的方向。 2 2、 如果运动的是如果运动的是负电荷负电荷，则四指，则四指指向指向负电荷负电荷运动的运动的反方向反方向，那么，那么拇指所指的方向就是负电荷所受拇指所指的方向就是负电荷所受洛
7、伦兹力的方向。洛伦兹力的方向。FF洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向下图中电子束的偏转方向画的方向正确吗？下图中电子束的偏转方向画的方向正确吗？洛仑兹力洛仑兹力F洛洛的大小与什么有关？的大小与什么有关？FVFB请大家猜一猜？请大家猜一猜？速度速度V磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度B带电粒子的电荷量带电粒子的电荷量q可以证明：可以证明：洛仑兹力洛仑兹力f的大小等于电荷量的大小等于电荷量q、速度、速度V、磁感应强度、磁感应强度B三者的乘积三者的乘积当速度当速度V的方向与磁感应强度的方向与磁感应强度B的方向垂直时：的方向垂直时：4、洛伦兹力的大小、洛伦兹力的大小当速度当速度V的方向的方向与与磁感应强度磁感
8、应强度B的方向的方向平行平行时：时：F0课堂练习课堂练习: 1.1.判断下列粒子判断下列粒子刚进入刚进入磁场时所受的磁场时所受的洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向. .-qv甲甲F-qv丙丙F垂直纸面向里垂直纸面向里+qv乙乙F+qv丁丁F垂直纸面向外垂直纸面向外【例例2】关于带电粒子所受洛伦兹力关于带电粒子所受洛伦兹力F和磁感应强度和磁感应强度B及粒子速度及粒子速度v三者之间的关系，下列说法中正确的是三者之间的关系，下列说法中正确的是AF、B、v三者必定均保持垂直三者必定均保持垂直BF必定垂直于必定垂直于B、v，但，但B不一定垂直于不一定垂直于vCB必定垂直于必定垂直于F、v，但，但F不一定垂直于
9、不一定垂直于vDv必定垂直于必定垂直于F、B，但，但F不一定垂直于不一定垂直于B1.1.产生产生：电场对运动电荷、静止电荷都有电场力的：电场对运动电荷、静止电荷都有电场力的 作用作用, ,磁场只对磁场只对运动运动电荷才有磁场力的作用电荷才有磁场力的作用洛伦兹力与电场力的区别洛伦兹力与电场力的区别：2.2.大小大小：在匀强电场中：在匀强电场中, ,电荷所受的电场力与电荷所受的电场力与V V无关，是无关，是一个恒力一个恒力 在匀强磁场中在匀强磁场中, , 洛伦兹力与洛伦兹力与V V有关有关3.3.方向方向：电场力的方向与电场方向：电场力的方向与电场方向平行平行, ,正电荷的电正电荷的电场力方向就是
10、电场方向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磁场方向垂直。垂直。4.4.做功做功：电场力对电荷可能做功，也可能不做功：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洛伦兹力始终与电荷速度方向垂直, ,永远不会做功永远不会做功小结小结小结小结1 1、洛伦兹力：、洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用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安培力是洛伦兹力的宏观表现 2 2、洛伦兹力方向的判断：、洛伦兹力方向的判断： 左手定则左手定则F V， F B ，F V、B所在的平面所在的平
11、面负电荷的方向与正电荷的相反负电荷的方向与正电荷的相反洛仑兹力有什么特点呢？洛仑兹力有什么特点呢？fVf-q洛仑兹力洛仑兹力F的方向总跟运动电的方向总跟运动电荷的速度荷的速度v的方向垂直。的方向垂直。洛仑兹力只能改变电荷运动的速度方向，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。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。洛仑兹力对在磁场中运动的电荷不做功。思考思考 如果带电粒子射入匀强磁场时，初速度跟磁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？用下将做什么运动？思考思考电
12、子束的磁偏转电子束的磁偏转 图图2.4-2洛伦兹力演示仪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。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。电子束的磁偏转电子束的磁偏转 显像管的工作原理显像管
13、的工作原理 1、电子束是怎样实现偏转的？、电子束是怎样实现偏转的？ 思考与讨论思考与讨论2、在图、在图2.43中，如图所示中，如图所示 （1）要是电子打在）要是电子打在A点，偏转磁场点，偏转磁场应该沿什么方向？应该沿什么方向？ （2）要是电子打在）要是电子打在B点，偏转磁点，偏转磁场应该沿什么方向？场应该沿什么方向？ （3）要是电子束打在荧光屏上的）要是电子束打在荧光屏上的位置由中心位置由中心O逐渐向逐渐向A点移动，偏转点移动，偏转磁场应该怎样变化？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、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？能发光能？
14、科学漫步科学漫步科学足迹科学足迹【例例1】如图所示的是磁感应强度如图所示的是磁感应强度B、正电荷速度、正电荷速度v和和磁场对电荷的作用力磁场对电荷的作用力F三者方向的相互关系图（其中三者方向的相互关系图（其中B垂直于垂直于F与与v决定的平面，决定的平面，B、F、v两两垂直）。其两两垂直）。其中正确的是中正确的是例例2、来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道、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竖直向下沿直线射向地面B相对于预定地面向东偏转相对于预定
15、地面向东偏转C相对于预定点稍向西偏转相对于预定点稍向西偏转D相对于预定点稍向北偏转相对于预定点稍向北偏转【例例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），粒子将在管中向射入（若不计重力影响），粒子将在管中A做圆周运动做圆周运动B沿轴线来回运动沿轴线来回运动C做匀加速直线运动做匀加速直线运动D做匀速直线运动做匀速直线运动1、问题与练习、问题与练习P41作业：作业： 课外作业课外作业1答：由现象知这束射线含有不答：由现象知这束射线含有不同的粒子。同的粒子。其中向左的射线为带其中向左的射线为带正电的粒子组成；正电的粒子
16、组成；中间的射线为中间的射线为不带电粒子组成；不带电粒子组成；向右的射线为向右的射线为带负电的粒子组成。带负电的粒子组成。2答：甲答：甲 竖直向上；乙竖直向上；乙 竖直向下；丙竖直向下；丙 垂直纸面向外；垂直纸面向外；丁丁 垂直纸面向里。垂直纸面向里。课外作业课外作业3答：带电粒子在磁场中径迹弯曲、成螺旋形是由于答：带电粒子在磁场中径迹弯曲、成螺旋形是由于受到洛伦兹力的作用而使运动方向发生改变造成的。受到洛伦兹力的作用而使运动方向发生改变造成的。两个运动的具有相反电荷的粒子在同一磁场中所受的两个运动的具有相反电荷的粒子在同一磁场中所受的洛伦兹力方向相反，洛伦兹力方向相反，因此它们的径迹是一对相反绕向因此它们的径迹是一对相反绕向的螺旋线。的螺旋线。课外作业课外作业
