磁场对运动电荷的作用--洛伦兹力分解.ppt

武胜中学武胜中学 吴建兵吴建兵课前预习检测课前预习检测一、洛一、洛伦兹伦兹力力1定定义义：_在磁在磁场场中所受的磁中所受的磁场场力力2与与安安培培力力的的关关系系：通通电电导导线线在在磁磁场场中中所所受受的的安安培培力力是是洛洛伦伦兹兹力力的的_，而而洛洛伦伦兹兹力力是是安安培培力的力的_ 3洛洛伦兹伦兹力的方向力的方向左手定左手定则则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内并且都与手掌在同一平面内让让_从掌心从掌心进进入，入，并使四指指向并使四指指向_，这时这时拇指所指的方拇指所指的方向就是运向就是运动动的正的正电电荷在磁荷在磁场场中所受中所受_的方的方向向负电负电荷受力的方向与正荷受力的方向与正电电荷受力的方向荷受力的方向_运运动电动电荷荷宏宏观观表表现现磁感磁感线线正正电电荷运荷运动动方向方向洛洛伦兹伦兹力力相反相反微微观观解解释释4洛洛伦兹伦兹力的大小力的大小(1)当当_时时，F洛洛_.(2)当当_时时，F洛洛0.二、二、带电带电粒子在匀粒子在匀强强磁磁场场中的运中的运动动1洛洛伦兹伦兹力不改力不改变带电变带电粒子速度的粒子速度的_，或，或者者说说，洛，洛伦兹伦兹力力对带电对带电粒子粒子_vBqvBvB大小大小不不做功做功2沿沿着着与与磁磁场场垂垂直直的的方方向向射射入入磁磁场场的的带带电电粒粒子子，在在匀匀强强磁磁场场中中做做_洛洛伦伦兹兹力力方方向向总总与与速速度度方方向向垂垂直直，正正好好起起到到了了_的的作作用用公式：公式：_m .(1)半径：半径：r_.(2)周期：周期：T_.周期与运周期与运动动速度、半径无速度、半径无关关.匀速匀速圆圆周运周运动动向心力向心力qvB3洛洛伦兹伦兹力与力与电场电场力的比力的比较较洛洛伦兹伦兹力力电场电场力力作用作用对对象象仅仅在运在运动电动电荷的速度方荷的速度方向与向与B B不平行不平行时时，运，运动动电电荷才受到洛荷才受到洛伦兹伦兹力力带电带电粒子只要粒子只要处处在在电场电场中，一定中，一定受到受到电场电场力力大小大小方向方向F F洛洛q qv vBsinBsin，方向与，方向与B B垂直，与垂直，与v v垂直，用左垂直，用左手定手定则则判断判断F FqEqE，F F的方向的方向与与E E同向或反向同向或反向特点特点洛洛伦兹伦兹力永不做功力永不做功电场电场力可做正功、力可做正功、负负功或不做功功或不做功相同点相同点反映了反映了电场电场和磁和磁场场都具有力的性都具有力的性质质 我们知道，磁场我们知道，磁场对通电导线有力的作用对通电导线有力的作用安培力安培力。电流由电荷的定向移动形成的电流由电荷的定向移动形成的!猜想：猜想：这种力实际上是作用在运动电荷上的。这种力实际上是作用在运动电荷上的。通电导体所受的安培力，则是运动电荷通电导体所受的安培力，则是运动电荷受磁场力作用的受磁场力作用的宏观表现宏观表现。新课知识学习新课知识学习一、洛伦兹力一、洛伦兹力洛伦兹洛伦兹 荷兰物理学家洛伦兹首先提荷兰物理学家洛伦兹首先提出：出：磁场对运动电荷有作用力磁场对运动电荷有作用力 洛伦兹力洛伦兹力 怎样观察带电粒子在磁怎样观察带电粒子在磁场中的运动状态，进而对它场中的运动状态，进而对它们进行受力分析呢？们进行受力分析呢？磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力洛伦兹力阴极射线管阴极射线管观察电子束运动径迹的装置观察电子束运动径迹的装置实验：探究洛伦兹力与电荷的运动速度实验：探究洛伦兹力与电荷的运动速度V V和磁场和磁场B B的关系的关系 由实验我们可以得到结论：洛伦兹力的由实验我们可以得到结论：洛伦兹力的方向与磁场方向垂直，方向与磁场方向垂直，与运动电荷的运动方与运动电荷的运动方向垂直。向垂直。未加磁场时的电子束运动径迹未加磁场时的电子束运动径迹电子束在磁场中的偏转电子束在磁场中的偏转磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力洛伦兹力VNS左手定则左手定则F讨论与交流讨论与交流 判断下图中所示的带电粒子刚进入判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向磁场时所受的洛伦兹力的方向？例例1 1、试判断下列图中各带电粒子所受、试判断下列图中各带电粒子所受洛仑兹力的方向、或带电粒子的电性、洛仑兹力的方向、或带电粒子的电性、或带电粒子的运动方向。或带电粒子的运动方向。V VF FF FV VV VF F粒子垂直于粒子垂直于纸面向里运纸面向里运动动所受洛仑兹力所受洛仑兹力垂直于纸面向垂直于纸面向外外即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1带带电电粒粒子子垂垂直直匀匀强强磁磁场场方方向向运运动动时时，会会受受到到洛洛伦兹伦兹力的作用下列表述正确的是力的作用下列表述正确的是：A洛洛伦兹伦兹力力对带电对带电粒子做功粒子做功B洛洛伦兹伦兹力不改力不改变带电变带电粒子的粒子的动动能能C洛洛伦兹伦兹力的大小与速度无关力的大小与速度无关D洛洛伦兹伦兹力不改力不改变带电变带电粒子的速度方向粒子的速度方向解析：解析：选选B.带电带电粒子在磁粒子在磁场场中受到的洛中受到的洛伦兹伦兹力始力始终终与其运与其运动动方向垂直，故洛方向垂直，故洛伦兹伦兹力不会力不会对带电对带电粒子做粒子做功，即不改功，即不改变带电变带电粒子的粒子的动动能，或不改能，或不改变带电变带电粒子粒子的速度大小，只改的速度大小，只改变变其速度方向，其速度方向，A、D错错，B对对据据FqvB知，洛知，洛伦兹伦兹力大小与力大小与带电带电粒子的速度大小粒子的速度大小有关，有关，C错错2分析思路分析思路(1)圆圆心的确定心的确定带电带电粒子垂直粒子垂直进进入磁入磁场场后，一定做后，一定做圆圆周运周运动动，其，其速度方向一定沿速度方向一定沿圆圆周的切周的切线线方向，因此方向，因此圆圆心的位心的位置必是两速度方向垂直的交点或某一速度方向的置必是两速度方向垂直的交点或某一速度方向的垂垂线线与与圆圆周上两点周上两点连线连线中垂中垂线线的交点，方向如的交点，方向如图图342所示所示图图342(2)运运动动半径大小的确定半径大小的确定一一般般先先作作入入射射点点、出出射射点点对对应应的的半半径径，并并作作出出相相应应的的辅辅助助三三角角形形，然然后后利利用用三三角角函函数数求求解解出出半径的大小半径的大小(3)运运动时间动时间的确定的确定(4)圆圆心角的确定心角的确定带带电电粒粒子子射射出出磁磁场场的的速速度度方方向向与与射射入入磁磁场场的的速速度度方方向向间间的的夹夹角角叫叫偏偏向向角角偏偏向向角角等等于于圆圆心心角即角即，如，如图图343.某段某段圆圆弧所弧所对应对应的的圆圆心角是心角是这这段段圆圆弧弦切角弧弦切角的二倍，即的二倍，即2.图图343即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2两两个个粒粒子子，电电荷荷量量相相同同，在在同同一一匀匀强强磁磁场场中受磁中受磁场场力而做匀速力而做匀速圆圆周运周运动动：A若速率相等，若速率相等，则则半径必相等半径必相等B若若动动能相等，能相等，则则周期必相等周期必相等C若若质质量相等，量相等，则则周期必相等周期必相等D若若质质量与速度的乘量与速度的乘积积大小相等，大小相等，则则半径半径必相等必相等类型一类型一洛洛伦兹伦兹力方向的判断力方向的判断例例例例1 1 如如图图344所所示示，在在真真空空中中，水水平平导导线线中中有有恒恒定定电电流流I通通过过，导导线线的的正正下下方方有有一一质质子子初初速速度度方方向向与与电电流流方方向向相相同同，则则质质子子可可能能的的运运动动情况是情况是()A沿路径沿路径a运运动动B沿路径沿路径b运运动动C沿路径沿路径c运运动动 D沿路径沿路径d运运动动 图图344【思路点思路点拨拨】解答本解答本题时应题时应注意以下三点：注意以下三点：(1)明确明确电电流周流周围围磁磁场场的特点的特点(2)由由左左手手定定则则判判定定质质子子所所受受洛洛伦伦兹兹力力的的方方向向(3)确定确定质质子的运子的运动轨动轨迹迹【精精讲讲精精析析】由由安安培培定定则则可可知知，电电流流在在下下方方产产生生的的磁磁场场方方向向指指向向纸纸外外，由由左左手手定定则则可可知知，质质子子刚刚进进入入磁磁场场时时所所受受洛洛伦伦兹兹力力方方向向向向上上则则质质子的子的轨轨迹必定向上弯曲，因此迹必定向上弯曲，因此C、D必必错错；由由于于洛洛伦伦兹兹力力方方向向始始终终与与电电荷荷运运动动方方向向垂垂直直，故其运故其运动轨动轨迹必定是曲迹必定是曲线线，则则B正确；正确；A错误错误【答案答案】B类型二类型二洛伦兹力大小的计算洛伦兹力大小的计算例例例例2 2 有有一一质质量量为为m、电电荷荷量量为为q的的带带正正电电的的小小球球停停在在绝绝缘缘平平面面上上，并并处处在在磁磁感感应应强强度度为为B、方方向向垂垂直直于于纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场中中，如如图图345所所示示，为为了了使使小小球球飘飘离离平平面面，匀匀强强磁磁场场在在纸纸面内移面内移动动的最小速度的最小速度应为应为多少？方向如何？多少？方向如何？图图345【规规律律总总结结】要要注注意意正正确确理理解解带带电电粒粒子子受受洛洛伦兹伦兹力的条件：力的条件：(1)带带电电粒粒子子必必须须是是运运动动的的，此此运运动动是是相相对对磁磁场场而言的，相而言的，相对对于地面不一定运于地面不一定运动动(2)应应用洛用洛伦兹伦兹力分析力分析问题时问题时，一定不要忘，一定不要忘记记FqvB中有一个速度中有一个速度v，v的的变变化会影响到洛化会影响到洛伦伦兹兹力力F的大小和方向的的大小和方向的变变化化变变式式训训练练1一一初初速速度度为为零零的的质质子子(质质量量m1.671027 kg，电电荷荷量量q1.61019 C)，经经过过电电压压为为1880 V的的电电场场加加速速后后，垂垂直直进进入入磁磁感感应应强强度度为为5.0104 T的的匀匀强强磁磁场场中中，质质子子所所受受的的洛洛伦兹伦兹力力为为多大？多大？答案：答案：4.81017 N类型三类型三半径公式、周期公式的应用半径公式、周期公式的应用例例例例3 3 已已知知氢氢核核与与氦氦核核的的质质量量之之比比m1m214，电电荷荷量量之之比比q1q212，当当氢氢核核与与氦氦核核以以v1v241的的速速度度，垂垂直直于于磁磁场场方方向向射射入入磁磁场场后后，分分别别做做匀匀速速圆圆周周运运动动，则则氢氢核核与与氦氦核核半半径径之之比比r1r2_，周期之比，周期之比T1T2_.【思路点思路点拨拨】粒子在匀粒子在匀强强磁磁场场中做匀速中做匀速圆圆周运周运动动，一般情况下，半径公式不要直接使用，特，一般情况下，半径公式不要直接使用，特别别是做是做计计算算题时题时，应应先列出洛先列出洛伦兹伦兹力充当向心力的力充当向心力的方程方程【答案答案】2 11 2【规规律律总总结结】(1)掌掌握握粒粒子子在在匀匀强强磁磁场场中中做做圆圆周周运运动动的的轨轨道道半半径径和和周周期期公公式式是是解解决决此此题题的关的关键键(2)比例法是解物理比例法是解物理问题问题的有效方法之一的有效方法之一使用的程序一般是：根据研究使用的程序一般是：根据研究对对象的运象的运动过动过程确定相程确定相应应的物理的物理规规律，根据律，根据题题意确定运意确定运动动过过程中的恒量，分析剩余物理量之程中的恒量，分析剩余物理量之间间的函数的函数关系，建立比例式求解关系，建立比例式求解变变式式训训练练2如如图图346所所示示，在在x轴轴上上方方存存在在着着垂垂直直于于纸纸面面向向里里、磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场，一一个个不不计计重重力力的的带带电电粒粒子子从从坐坐标标原原点点O处处以以速速度度v进进入入磁磁场场，粒粒子子进进入入磁磁场场时时的的速速度度方方向向垂垂直直于于磁磁场场且且与与x轴轴正正方方向向成成120角角，若若粒粒子子穿穿过过y轴轴正正半半轴轴后后在在磁磁场场中中到到x轴轴的的最最大大距距离离为为a，则则该该粒粒子子的的比荷和所带电荷的正负是比荷和所带电荷的正负是：图图346