运动电荷在磁场中受到的力.pptx

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1、洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力(Lorentz forceLorentz forceLorentz forceLorentz force)1 1 1 1、定义定义定义定义：运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力。在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力。在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力。在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力。2 2 2 2、洛伦兹力的、洛伦兹力的、洛伦兹力的、洛伦兹力的方向方向方向方向：vF F F F洛洛洛洛vF F F F洛洛洛洛第1页/共42页洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向伸开伸开伸开伸开左手左手左手左手：磁感线磁感线磁感线磁感线

2、垂直穿入手心垂直穿入手心垂直穿入手心垂直穿入手心四指四指四指四指大拇指大拇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所受洛伦兹力的方向所受洛伦兹力的方向指向指向指向指向正电荷正电荷正电荷正电荷的运动方向的运动方向的运动方向的运动方向指向指向指向指向负电荷负电荷负电荷负电荷运动的反向运动的反向运动的反向运动的反向vF F F F洛洛洛洛 实验结论实验结论实验结论实验结论：洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直：洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直：洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直：洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直F F F FB B B B，又跟电方荷的运动方向垂直，又跟电方荷的运动方向垂直，又跟电方荷的

3、运动方向垂直，又跟电方荷的运动方向垂直F F F Fv v，故洛伦兹力的方向，故洛伦兹力的方向，故洛伦兹力的方向，故洛伦兹力的方向总是垂直于磁感线和运动电荷所在的平面，即：总是垂直于磁感线和运动电荷所在的平面，即：总是垂直于磁感线和运动电荷所在的平面，即：总是垂直于磁感线和运动电荷所在的平面，即：F F F F安安安安B B B Bv v平面平面平面平面第2页/共42页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

4、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。vF F F F洛洛洛洛第3页/共42页课堂互动讲练类型一类型一洛伦兹力方向的判定及大小的计算例例例例1 1在图356所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带电荷量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并指出洛伦兹力的方向图356第4页/共42页 1 1 1 1、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：、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：、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：、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：课堂练

5、习课堂练习第5页/共42页1 1、下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，试判断这时粒子所受洛伦兹力的方向 +V VV V+V VV VV V+V VF FL+V V垂直纸面向外垂直纸面向里+V VF FLF FL LF FLFL=0FL=0课堂练习课堂练习:第6页/共42页安培力为安培力为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/N 故可得故可得F F洛洛=e=evB BI I=nes=nesv(条件是条件是vBB)洛伦兹力的大小洛伦兹力

6、的大小第7页/共42页洛仑兹力的特点洛仑兹力的特点洛仑兹力的特点洛仑兹力的特点1 1 1 1、洛伦兹力的大小：、洛伦兹力的大小：、洛伦兹力的大小：、洛伦兹力的大小：vBB，F F洛=0=0；vBB，F F洛=q=qvB B2 2 2 2、洛伦兹力的方向：、洛伦兹力的方向：、洛伦兹力的方向：、洛伦兹力的方向：F F洛B BF F洛vF F洛vB B平面3 3 3 3、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、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、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、洛伦兹力的效果：只改变运动电荷速度的方向

7、，不改变运动电荷速度的大小。大小。大小。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与B B成时，F F洛=q=qvBsinBsinv vv v第8页/共42页(vB)(vB)特例特例:当运动电荷的速度当运动电荷的速度v v方向与磁感应强方向与磁感应强度度B B方向的夹角为方向的夹角为，电荷所受的洛伦兹，电荷所受的洛伦兹力大小为力大小为 二、洛伦兹力的大小二、洛伦兹力的大小第9页/共42页 电荷在电场中电荷在电场中电荷在电场中电荷在电场中一定一定一定一定要受到电场力的作用要受到电场力的作用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运动电荷在磁场

8、中运动电荷在磁场中不一定不一定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电场力电场力F=qEF=qEF=qEF=qE洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力F=qF=qF=qF=qv vB B B B电场力方向与电场方向电场力方向与电场方向电场力方向与电场方向电场力方向与电场方向平行平行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垂直垂直电场力对运动的电荷电场力对运动的电荷电场力对运动的电荷电场力对运动的电荷不一定不一定不一定不一定做功做功做功做功洛伦兹力对运动的电荷洛伦兹力对运动

9、的电荷洛伦兹力对运动的电荷洛伦兹力对运动的电荷一定不一定不一定不一定不做功做功做功做功思考与讨论思考与讨论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？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 1 1、大小的不同：、大小的不同：、大小的不同：、大小的不同：2 2 2 2、方向的不同：、方向的不同：、方向的不同：、方向的不同：3 3 3 3、作用关系的不同：、作用关系的不同：、作用关系的不同：、作用关系的不同：4 4 4 4、做功的不同：、做功的不同：、做功的不同：、做功的不同：第10页/共42

10、页-e2v.BT=2m/eBT=2m/eB例例 1、匀强磁场中，有两个电子分别以速率、匀强磁场中，有两个电子分别以速率v和和2v沿垂直于磁场方向运动，哪个电子先沿垂直于磁场方向运动，哪个电子先回到原来的出发点？回到原来的出发点？两个电子同时回到原来的出发点两个电子同时回到原来的出发点运动周期和电子的速率无关运动周期和电子的速率无关轨道半径与粒子射入的速度成正比轨道半径与粒子射入的速度成正比v-e两个电子轨道半径如何？两个电子轨道半径如何？第11页/共42页例例2 2一个带负电粒子（质量为一个带负电粒子（质量为m m，带电量为，带电量为q q），以速率），以速率v v在磁感应在磁感应强度为强度为

11、B B的匀强磁场中做逆时针圆周运动（沿着纸面），则该匀强的匀强磁场中做逆时针圆周运动（沿着纸面），则该匀强磁场的方向为垂直于纸面向里还是向外？粒子运转所形成的环形电磁场的方向为垂直于纸面向里还是向外？粒子运转所形成的环形电流的大小为多大？流的大小为多大？-m，qvF=qvB.B匀强磁场的方向为垂直于纸面向外I=q/tI=q/TT=2T=2（mv/qBmv/qB）/v/v I=q/T=qI=q/T=q2 2B/2mB/2m第12页/共42页2 2 2 2、带带带带电电电电量量量量为为为为q q q q的的的的粒粒粒粒子子子子，在在在在匀匀匀匀强强强强磁磁磁磁场场场场中中中中运运运运动动动动，下下

12、下下面面面面说说说说法法法法正正正正确确确确的的的的是是是是（）A A A A、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同B B B B、如如如如果果果果把把把把q q q q改改改改为为为为q q q q，且且且且速速速速度度度度反反反反向向向向大大大大小小小小不不不不变变变变，则则则则所所所所受受受受的的的的洛洛洛洛伦伦伦伦兹兹兹兹力力力力大大大大小小小小、方向均不变方向均不变方向均不变方向均不变C C C C、只要带电粒子在磁场中运动，就一定受洛伦兹力作用、只要带电粒子在磁

13、场中运动，就一定受洛伦兹力作用、只要带电粒子在磁场中运动，就一定受洛伦兹力作用、只要带电粒子在磁场中运动，就一定受洛伦兹力作用D D D D、带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁感应强度小、带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁感应强度小、带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁感应强度小、带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁感应强度小B B课堂练习课堂练习第13页/共42页3 3、电子以初速度、电子以初速度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

14、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BD课堂练习课堂练习第14页/共42页C4 4、一长直螺线管通有交流电，一个电子、一长直螺线管通有交流电，一个电子以速度以速度v沿着螺线管的轴线射入管内，则电子沿着螺线管的轴线射入管内，则电子在管内的运动情况是：在管内的运动情况是：()A A、匀加速运动、匀加速运动 B B、匀减速运动、匀减速运动 C C、匀速直线运动、匀速直线运动 D D、在螺线管内来回往复运动、在螺线管内来回往复运动课堂练习课堂练习第15页/共42页5 5、如图示，一带负电的小滑块从粗糙的斜面、如图示，一带负电的小

15、滑块从粗糙的斜面顶端滑至底端时的速率为顶端滑至底端时的速率为v；若加一个垂直纸；若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，并保证小滑块能滑至底面向外的匀强磁场，并保证小滑块能滑至底端，则它滑至底端时的速率将（端，则它滑至底端时的速率将（）A A、变大、变大 B B、变小、变小 C C、不变、不变 D D、条件不足，无法判断、条件不足，无法判断B课堂练习课堂练习第16页/共42页 6 6 6 6、十九世纪二十年代、十九世纪二十年代、十九世纪二十年代、十九世纪二十年代,以塞贝克以塞贝克以塞贝克以塞贝克(数学家数学家数学家数学家)为代表的科学家已认识到为代表的科学家已认识到为代表的科学家已认识到为代表的科学家

16、已认识到:温温温温度差会引起电流度差会引起电流度差会引起电流度差会引起电流,安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差差差差,从而提出如下假设从而提出如下假设从而提出如下假设从而提出如下假设:地球磁场是由绕地球的环形电流引起的地球磁场是由绕地球的环形电流引起的地球磁场是由绕地球的环形电流引起的地球磁场是由绕地球的环形电流引起的,则该假设则该假设则该假设则该假设中的电流方向是（中的电流方向是（中的电流方向是（中的电流方向是（）A A A

17、A、由西向东垂直磁子午线、由西向东垂直磁子午线、由西向东垂直磁子午线、由西向东垂直磁子午线 B B B B、由东向西垂直磁子午线、由东向西垂直磁子午线、由东向西垂直磁子午线、由东向西垂直磁子午线 C C C C、由南向北沿磁子午线、由南向北沿磁子午线、由南向北沿磁子午线、由南向北沿磁子午线 D D D D、由赤道向两极沿磁子午线方向、由赤道向两极沿磁子午线方向、由赤道向两极沿磁子午线方向、由赤道向两极沿磁子午线方向B B B B课堂练习课堂练习第17页/共42页例例1 1：一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向：一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场粒子的一段径迹如下图所射入一匀强磁场粒子的

18、一段径迹如下图所示径迹上的每一小段都可近似看成圆弧示径迹上的每一小段都可近似看成圆弧由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小量逐渐减小(带电量不变带电量不变)从图中情况可以从图中情况可以确定确定A A粒子从粒子从a a到到b b，带正电，带正电B B粒子从粒子从a a到到b b，带负电，带负电C C粒子从粒子从b b到到a a，带正电，带正电D D粒子从粒子从b b到到a a，带负电，带负电 C C第18页/共42页三三、带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中运运动动问问题题的的解解题题思思路路找找 圆圆 心心画画轨轨迹迹1、已已 知知 两两 点点 速速

19、 度度 方方 向向2、已知一点速度方向和另一点位置、已知一点速度方向和另一点位置两两洛洛伦伦兹兹力力方方向向的的延延长长线线交交点点为为圆圆心心弦的垂直平分线与一直径的交点为圆心弦的垂直平分线与一直径的交点为圆心v1Ov2ABv1ABO第19页/共42页例例5 5、如图所示，在半径为、如图所示，在半径为r r的圆形区域内，有一个匀强磁场，一带电粒子以速度的圆形区域内，有一个匀强磁场，一带电粒子以速度v v0 0从从M M点点沿半径方向射入磁场区，并由沿半径方向射入磁场区，并由N N点射出，点射出，O O点为圆心，点为圆心，AOB=120AOB=120，求粒子在磁场区的，求粒子在磁场区的偏转半径

20、偏转半径R R及在磁场区中的运动时间。（粒子重力不计）及在磁场区中的运动时间。（粒子重力不计）rR6030r/R=tan30R=rtan60ot=（6060o o/360360o o）T=T=T/6T=2 R/v030r/R=sin30R/r=tan60第20页/共42页四、课堂小结：四、课堂小结：（一）、带电粒子在匀强磁场中的运动规律（一）、带电粒子在匀强磁场中的运动规律垂直入射磁场的带电粒子做匀速圆周运动垂直入射磁场的带电粒子做匀速圆周运动F洛=F向（二）、确定带电粒子在有界磁场中运动轨迹的（二）、确定带电粒子在有界磁场中运动轨迹的方法方法定圆心，画圆弧，求半径。定圆心，画圆弧，求半径。第

21、21页/共42页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几何法求半径向心力公式求半径向心力公式求半径利用利用v R利用弦的中垂线利用弦的中垂线t=（o o/360360o o）T T（二）、确定带电粒子在有界磁场中运动轨迹的（二）、确定带电粒子在有界磁场中运动轨迹的方法方法第22页/共42页入射角入射角300时时第23页/共42页第24页/共42页入射角入射角1500时时第25页/共42页粒子在磁场中做圆周运动的对称规律：粒子在磁场中做圆周运动的对称规律：从同一直线边界射入的粒子，从同一边界射出时，从同一直线边界射入的粒

22、子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。速度与边界的夹角相等。1 1、两个对称规律：、两个对称规律：第26页/共42页变变式式训训练练3如如图图3513所所示示，质质量量为为m的的带带正正电电小小球球从从静静止止开开始始沿沿竖竖直直的的绝绝缘缘墙墙竖竖直直下下滑滑磁磁感感应应强强度度为为B的的匀匀强强磁磁场场方方向向水水平平垂垂直直纸纸面面向向外外，并并与与小小球球运运动动方方向向垂垂直直若若小小球球电电荷荷量量为为q，球球与与墙墙间间的的动动摩摩擦擦因因数数为为，则则小小球球下下滑的最大速度和最大加速度各多大？滑的最大速度和最大加速度各多大？图3513第27页/共42页第28页/共42页

23、质质量量为为0.1 g的的小小物物块块，带带有有5104 C的的电电荷荷量量，放放在在倾倾角角为为30的的绝绝缘缘光光滑滑斜斜面面上上，整整个个斜斜面面置置于于0.5 T的的匀匀强强磁磁场场中中，磁磁场场方方向向如如图图3511所所示示，物物块块由由静静止止开开始始下下滑滑，滑滑到到某某一一位位置置时时，物物块块开开始始离离开开斜斜面面(设设斜斜面面足足够够长长，g10 m/s2)，问：，问：类型三类型三带电体在匀强磁场中运动的动态分析例例例例3 3图3511第29页/共42页(1)物块带电性质？物块带电性质？(2)物块离开斜面时的速度为多少？物块离开斜面时的速度为多少？(3)物块在斜面上滑行

24、的最大距离是多少？物块在斜面上滑行的最大距离是多少？【思路点拨思路点拨】先判定洛伦兹力方向，再求先判定洛伦兹力方向，再求离开斜面的临界速度，最后由动能定理求物离开斜面的临界速度，最后由动能定理求物块位移块位移第30页/共42页第31页/共42页2回旋加速器 第32页/共42页回旋加速器两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。粒子回旋的周期不随半径改变。让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一致，从而保证粒子始终被加速。第33页/共42页在磁场中做圆周运动在磁场中做圆周运动,周期不变周期不变每一个周期加速两次每一个周期加速两次电场的周期与粒子在磁场中做圆周运

25、动周期相电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同同电场一个周期中方向变化两次电场一个周期中方向变化两次粒子加速的最大速度由盒的半径决定粒子加速的最大速度由盒的半径决定电场加速过程中电场加速过程中,时间极短时间极短,可忽略可忽略结论第34页/共42页例3：关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是：A、电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋B、电场和磁场同时用来加速带电粒子C、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由加速电压决定D、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由磁感应强度B决定和加速电压决定(A)第35页/共42页 例例4：垂垂直直纸纸面面向向外外的的匀匀强强磁磁

26、场场仅仅限限于于宽宽度度为为d的的条条形形区区域域内内，磁磁感感应应强强度度为为B一一个个质质量量为为m、电电量量为为q的的粒粒子子以以一一定定的的速速度度垂垂直直于于磁磁场场边边界界方方向向从从点点垂垂直直飞飞入入磁磁场场区区，如如图图所所示示，当当它它飞飞离离磁磁场场区区时时，运运动动方方向向偏偏转转角角试试求求粒子在磁场中运动的时间粒子在磁场中运动的时间t三、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的时间第36页/共42页四、带电粒子在磁场中运动情况研究1、找圆心：方法2、定半径：3、确定运动时间：注意：用弧度表示用弧度表示几何法求半径几何法求半径向心力公式求半径向心力公式求半径利用利用v R

27、利用弦的中垂线利用弦的中垂线第37页/共42页确定带电粒子在磁场中运动轨迹的方法确定带电粒子在磁场中运动轨迹的方法1 1、物理方法：、物理方法：作出带电粒子在磁场中两个位置所受洛仑兹力，沿其方向作出带电粒子在磁场中两个位置所受洛仑兹力，沿其方向延长线的交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。延长线的交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。2 2、物理和几何方法：、物理和几何方法：作出带电粒子在磁场中某个位置所受洛仑兹力，沿其方向的作出带电粒子在磁场中某个位置所受洛仑兹力，沿其方向的延长线与圆周上两点连线的中垂线的交点确定圆心，从而确延长线与圆周上两点连线的中垂线的交点确定圆心，从而确定其运动轨迹。定其运动

28、轨迹。3 3、几何方法：、几何方法：圆周上任意两点连线的中垂线过圆心圆周上任意两点连线的中垂线过圆心圆周上两条切线夹角的平分线过圆心圆周上两条切线夹角的平分线过圆心过切点作切线的垂线过圆心过切点作切线的垂线过圆心第38页/共42页 如图，虚线上方存在无穷大的磁场，一带正电的粒子质量如图，虚线上方存在无穷大的磁场，一带正电的粒子质量m m、电量、电量q q、若它以速度、若它以速度v v沿与沿与虚线成虚线成30300 0、90900 0、1501500 0、1801800 0角分别射入，请你作出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其角分别射入，请你作出上述几种情况下粒子的轨迹、并求其在磁场中运动的时间。在磁场中运动的时间。例：有界磁场中粒子运动轨迹的确定第39页/共42页五、临界问题例：长为L的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图所示，磁感强度为B，板间距离也为L，板不带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子（不计重力），从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是：（）A使粒子的速度v5BqL/4mC使粒子的速度vBqL/mD使粒子速度BqL/4mv5BqL/4m 第40页/共42页例题讲解第41页/共42页感谢您的观看！第42页/共42页