任波成第二课时洛伦兹力精.ppt

任波成第二课时洛伦兹力第1页，本讲稿共24页(1)、为什么通电导线在磁场中会受力的作用？不通电的为什么不行？(2)、猜测原因：通电导线中运动电荷受磁场力的作用(3)、实验验证：结论：安培力是大量运动电结论：安培力是大量运动电荷受洛仑兹力的宏观合力。荷受洛仑兹力的宏观合力。1、洛仑兹力的讨论:第2页，本讲稿共24页2、洛仑兹力大小推导:由F=BIL出发证明 F洛=qvB建立情景建立情景SLIB电子电量e、单位体积内自由电子数n联系宏观微观联系宏观微观数学推导数学推导F=N F洛I=neVSN=nSL=eVB适用条件？I B安FF第3页，本讲稿共24页3、洛仑兹力方向：左手定则-q-q因洛仑兹力总与因洛仑兹力总与V垂直，所以垂直，所以 洛仑兹力永远不做功洛仑兹力永远不做功第4页，本讲稿共24页【例1】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。该发电机哪个极板为正极？两板间最大电压为多少？B R +第5页，本讲稿共24页【例2】半导体靠自由电子（带负电）和空穴（相当于带正电）导电，分为p型和n型两种。p型中空穴为多数载流子；n型中自由电子为多数载流子。用以下实验可以判定一块半导体材料是p型还是n型：将材料放在匀强磁场中，通以图示方向的电流I，用电压表判定上下两个表面的电势高低，若上极板电势高，就是p型半导体；若下极板电势高，就是n型半导体。试分析原因。I第6页，本讲稿共24页如图所示，在阴极射线管中电子流的方向由左向右，其正上方放置一根通有方向向右的直流电的导线，则阴极射线将A、向下偏转 B、向上偏转C、向纸外偏转 D、向纸内偏转A第7页，本讲稿共24页下列说法正确的是()A、运动电荷通过磁场时如只受洛化兹力作用，动能一定不变B、运动电荷通过磁场时，动能可能不变C、洛仑兹力的方向一定垂直于B、V决定的平面D、安培力是洛仑兹力的宏观表现ABCD第8页，本讲稿共24页A在环形铁环上绕有线圈，线圈通有电流I，一束电子从纸里经铁环中心射向纸外，则发生偏转的情况是A、向上偏转 B、向下偏转C、向左偏转 D、向右偏转第9页，本讲稿共24页BD例：用绝缘细线吊着一个带电的金属球，将小球拉至A点由静止释放，此后小球便沿着以悬点O为圆心，以线长为半径的弧线在AB两点间反复来回摆动。小球摆动过程中始终处于垂直纸面的稳定磁场中，C点是其摆动过程中的最低点，小球每次摆到最低点时，A、悬线的张力相同 B、小球的加速度相同C、小球的动量相同 D、小球的动能相同AO第10页，本讲稿共24页带电粒子在无界匀强磁场中的运动F洛洛=0匀速直线运动匀速直线运动F洛洛=Bqv匀速圆周运动匀速圆周运动F洛洛=Bqv等距螺旋（等距螺旋（090）V/BVBv与与B成成角角在在只只有有洛洛仑仑兹兹力力的的作作用用下下第11页，本讲稿共24页带电粒子在磁场中运动情况研带电粒子在磁场中运动情况研究究1、找圆心：方法、找圆心：方法2、定半径：、定半径：3、确定运动时间：、确定运动时间：注意：用弧度表示用弧度表示几何法求半径向心力公式求半径利用利用v R利用弦的中垂线第12页，本讲稿共24页情境：情境：CDBv 如图所示，在如图所示，在B=9.1x10-4T的匀强磁场中，的匀强磁场中，C、D是垂直是垂直于磁场方向的同一平面上的两于磁场方向的同一平面上的两点，相距点，相距d=0.05m。在磁场中。在磁场中运动的电子经过运动的电子经过C点时的速度点时的速度方向与方向与CD成成=300角，并与角，并与CD在同一平面内，问：在同一平面内，问：(1)若电子后来又经过若电子后来又经过D点，则电子的速度大小是多少？点，则电子的速度大小是多少？(2)电子从电子从C到到D经历的时间是多少？经历的时间是多少？(电子质量电子质量me=9.1x10-31kg，电量，电量e=1.6x10-19C)8.0 x106m/s 6.5x10-9s1、带电粒子在无界磁场中的运动第13页，本讲稿共24页【例例1】如图直线如图直线MN上方有磁感应强度为上方有磁感应强度为B的匀的匀强磁场。正、负电子同时从同一点强磁场。正、负电子同时从同一点O以与以与MN成成30角的同样速度角的同样速度v射入磁场（电子质量为射入磁场（电子质量为m，电荷，电荷为为e），它们从磁场中射出时相距多远？射出的时），它们从磁场中射出时相距多远？射出的时间差是多少？间差是多少？MNBOv答案为射出点相距时间差为关关键键是找是找圆圆心、找半径和用心、找半径和用对对称。称。2、带电粒子在半无界磁场中的运动第14页，本讲稿共24页【例例2】一个质量为一个质量为m电荷量为电荷量为q的带电粒子从的带电粒子从x轴上轴上的的P（a，0）点以速度）点以速度v，沿与，沿与x正方向成正方向成60的方向的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射轴射出第一象限。求匀强磁场的磁感应强度出第一象限。求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的和射出点的坐标。坐标。y x oBv v a O/射出点坐标为（0，）第15页，本讲稿共24页例：一束电子（电量为e）以速度V0垂直射入磁感应强度为B，宽为d的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向与电子原来入射方向成300角，求：电子的质量和穿过磁场的时间。Bv0e 30d2dBe/vd/3v小结：小结：1、两洛伦磁力的交点即圆心、两洛伦磁力的交点即圆心2、偏转角：初末速度的夹角。、偏转角：初末速度的夹角。3、偏转角、偏转角=圆心角圆心角3、穿过矩形磁场区的运动第16页，本讲稿共24页变化1：在上题中若电子的电量e，质量m，磁感应强度B及宽度d已知，若要求电子不从右边界穿出，则初速度V0有什么要求？Be v0d小结：小结：临界问题的分析方法临界问题的分析方法1、理解轨迹的变化（从小到大）、理解轨迹的变化（从小到大）2、找临界状态：、找临界状态：（切线夹角平分线找圆心）变化变化2：若初速度向下与边界成：若初速度向下与边界成=60度角，则初速度有什么要求？度角，则初速度有什么要求？Bv0变化变化3：若初速度向上与边界成：若初速度向上与边界成=60度角，则初速度有什么要求？度角，则初速度有什么要求？第17页，本讲稿共24页例：两板间（长为L，相距为L）存在匀强磁场，带负电粒子q、m以速度V0从方形磁场的中间射入，要求粒子最终飞出磁场区域，则B应满足什么要求？Bv0qmLL第18页，本讲稿共24页Bv0qmLL情境：已知：q、m、v0、d、L、B求：要求粒子最终飞出磁场区域，对粒子的入射速度v0有何要求？第19页，本讲稿共24页情境：如图中圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B，现有一电量为q，质量为m的正离子从a点沿圆形区域的直径射入，设正离子射出磁场区域的方向与入射方向的夹角为600，求此正离子在磁场区域内飞行的时间及射出磁场时的位置。ao由对称性，射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心。由对称性，射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心。注:画好辅助线（半径、速度、轨迹圆的圆心、连心线）,偏角可由 求出。经历时间由 得出 r vRvO/O第20页，本讲稿共24页【例6】如图所示，一个质量为m、电量为q的正离子，从A点正对着圆心O以速度v射入半径为R的绝缘圆筒中。圆筒内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为B。要使带电粒子与圆筒内壁碰撞多次后仍从A点射出，问发生碰撞的最少次数?并计算此过程中正离子在磁场中运动的时间t?设粒子与圆筒内壁碰撞时无能量和电量损失，不计粒子的重力。OAv0BOAv0B第21页，本讲稿共24页【例7】圆心为O、半径为r的圆形区域中有一个磁感强度为B、方向为垂直于纸面向里的匀强磁场，与区域边缘的最短距离为L的O处有一竖直放置的荧屏MN，今有一质量为m的电子以速率v从左侧沿OO方向垂直射入磁场，越出磁场后打在荧光屏上之P点，如图所示，求OP的长度和电子通过磁场所用的时间。OMNLAOP第22页，本讲稿共24页 练习练习:已经知道，反粒子与正粒子有相同的质量，却带有等量的异号电荷已经知道，反粒子与正粒子有相同的质量，却带有等量的异号电荷.物理学家推物理学家推测，既然有反粒子存在，就可能有由反粒子组成的反物质存在测，既然有反粒子存在，就可能有由反粒子组成的反物质存在.1998年年6月，我国科学家研月，我国科学家研制的阿尔法磁谱仪由制的阿尔法磁谱仪由“发现号发现号”航天飞机搭载升空，寻找宇宙中反物质存在的证据航天飞机搭载升空，寻找宇宙中反物质存在的证据.磁谱仪的磁谱仪的核心部分如图所示，核心部分如图所示，PQ、MN是两个平行板，它们之间存在匀强磁场区，磁场方是两个平行板，它们之间存在匀强磁场区，磁场方向与两板平行向与两板平行.宇宙射线中的各种粒子从板宇宙射线中的各种粒子从板PQ中央的小孔中央的小孔O垂直垂直PQ进入匀强磁场区，在进入匀强磁场区，在磁场中发生偏转，并打在附有感光底片的板磁场中发生偏转，并打在附有感光底片的板MN上，留下痕迹上，留下痕迹.假设宇宙射线中存在假设宇宙射线中存在氢核、反氢核、氦核、反氦核四种粒子，它们以相同速度氢核、反氢核、氦核、反氦核四种粒子，它们以相同速度v从小孔从小孔O垂直垂直PQ板进入磁谱仪板进入磁谱仪的磁场区，并打在感光底片上的的磁场区，并打在感光底片上的a、b、c、d四点，已知氢核质量为四点，已知氢核质量为m，电荷量为，电荷量为e，PQ与与MN间的距离为间的距离为L，磁场的磁感应强度为，磁场的磁感应强度为B.（1）指出a、b、c、d四点分别是由哪种粒子留下的痕迹?（不要求写出判断过程）（2）求出氢核在磁场中运动的轨道半径；（3）反氢核在MN上留下的痕迹与氢核在MN上留下的痕迹之间的距离是多少?第23页，本讲稿共24页练习练习1.一个负离子，质量为一个负离子，质量为m，电量大小为，电量大小为q，以速率，以速率v垂直于屏垂直于屏S经过小孔经过小孔O射入存在着匀强磁场的真空室中，射入存在着匀强磁场的真空室中，如图所示。磁感应强度如图所示。磁感应强度B的方向与离子的运动方向垂直，的方向与离子的运动方向垂直，并垂直于图并垂直于图1中纸面向里中纸面向里.（1）求离子进入磁场后到达屏）求离子进入磁场后到达屏S上时的位置与上时的位置与O点的距点的距离离.（2）如果离子进入磁场后经过时间）如果离子进入磁场后经过时间t到达位置到达位置P，证明，证明:直线直线OP与离子入射方向之间的夹角与离子入射方向之间的夹角跟跟t的关系是的关系是 OBSvP第24页，本讲稿共24页