运动电荷在磁场中受到力上课用解析.pptx

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1、美丽的极光第1页/共41页第2页/共41页第3页/共41页第4页/共41页第5页/共41页第6页/共41页第7页/共41页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”。这是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该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，磁场使该颗粒流偏向地磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩，形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象，称之为北极光。第8页/共41页知识回顾：磁场对电流的作用安培力判断下列图中安培

2、力的方向，及大小。IB若导线的电流为I、磁场强度为B，导线长度L，则所受的安培力为多少？第9页/共41页磁场对处于磁场中的电流有力的作用电流是怎样产生的呢？电荷的定向移动产生电流电荷的定向移动产生电流第10页/共41页【思考与讨论】磁场对放入其中的电流（垂直）有力的作用，而电流是因为电荷的定向作用移动形成的，那么是不是磁场对运动电荷也有力的作用？第11页/共41页演示实验：阴极射线管阴极射线管第12页/共41页实验观察到的现象：1、在没有外磁场时，电子束沿直线运动2、电子流在磁场中发生了偏转，运动轨迹发生弯曲，当磁场的方向发生变化时，电子流的弯曲方向也发生了改变结论：1、磁场对运动电荷有力的作

3、用2、磁场对运动电荷力的方向与磁场的方向及电荷的运动方向有关运动电荷在磁场中所受的力运动电荷在磁场中所受的力洛伦兹力洛伦兹力第13页/共41页一、洛伦兹力一、洛伦兹力1、定义：运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力.2.洛伦兹力与安培力的关系：安培力是洛伦兹力的宏观表现。洛伦兹力是安培力的微观本质。第14页/共41页推理：我们曾经用左手定则判定安培力的方向。大量定向移动电荷所受洛伦兹力宏观表现为安培力，因此，可以用左手定则判定洛伦兹力的方向。洛仑兹力F洛的方向如何确定？第15页/共41页二.洛伦兹力的方向-左手定则v1、伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线穿

4、入手心，使四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向。2、如果运动的是负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。FFv第16页/共41页NS下图中电子束的偏转方向？实验验证：实验验证：第17页/共41页SN实验事实证明左手定则适用于洛伦兹力方向的判定。第18页/共41页vvBvFF垂直纸面向外例：试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向判断洛伦兹力方向时，要分清研究的是正电荷还是负电荷，要是负电荷，四指要指向负电荷运动的反方向,并且左右手也得分清。第19页/共41页三、探究洛伦兹力大小的表达式：设有一段长为

5、L，横截面积为S的直导线，单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率为v。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求（1）电流强度I。（2）通电导线所受的安培力。（3）这段导线内的自由电荷数。（4）每个电荷所受的洛伦兹力。第20页/共41页(适用条件：速度方向与磁场方向垂直)若速度v与磁场B的方向夹角为导线中的电流强度导线中的电流强度:导线受安培力为:导线中的电荷的总个数为总电荷数：每个电荷受力为:F=qV1B=qVBsin（为V与B的夹角）V2V1I=nqsv F安安ILB（nqsv）LBN=nsLFVB第21页/共41页1、洛伦兹力的大小

6、F=qVBsin（为V与B的夹角）（1）V=0时，F=0，即磁场对静止电荷没有力的作用（2）=0(VB）时，F=0（3）=90(VB）时，F=qVB第22页/共41页对洛伦兹力的进一步理解(1)洛伦兹力的方向遵守法则：同安培力一样，洛伦兹力的方向遵守左手定则决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向在研究电荷的运动方向与磁场方向垂直的情况时，由左手定则可知，F洛B，F洛v即F洛垂直于B和v两者决定的平面但B和V不一定垂直第23页/共41页（2）洛伦兹力的大小：只有运动的电荷收到洛伦兹力，静止的电荷不受洛伦兹力。电荷垂直磁场运动时，洛伦兹力最大，平行磁场运动时

7、不受洛伦兹力。公式FqvB 中的v是带电粒子相对于磁场的运动速度第24页/共41页思考与讨论：1、洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么样的影响？洛伦兹力只改变速度方向，不改变速度的大小。2、洛伦兹力对带电粒子做的功是多少？洛仑兹力对带电粒子永不做功。洛仑兹力对带电粒子永不做功。第25页/共41页例、当一带正电q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带电粒子速度大小改变；B带电粒子速度方向改变；C带电粒子速度大小不变；D带电粒子速度方向不变。CD.带正电粒子在磁场中受不受洛伦兹力决定于速度的方向和磁场的方向，所以在速度已知的情况下，一定要弄清磁场的分布特点。第26页/共41

8、页2、洛伦兹力与安培力的关系洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现尽管安培力是自由电荷定向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现，但也不能认为安培力就简单地等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和，一般只有当导体静止时才能这样认为F安与F洛方向相同，洛伦兹力恒不做功，但安培力却可以做功F安与F洛的本质都是磁场对运动电荷的作用力第27页/共41页3、洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力电场力性质 洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力电场力是电场对电荷的作用力产生条件磁场中静止电荷、沿磁场方向运动的电荷不受洛伦兹力电场中的电荷无论静止、还是沿任何方向运动都

9、要受到电场力方向方向由电荷的正负、磁场的方向以及电荷的运动方向决定，方向之间的关系遵循左手定则方向由电荷的正负、电场的方向决定第28页/共41页洛伦兹力洛伦兹力电场力电场力大小大小FqvB(vB)FqE作用作用效果效果洛伦兹力只改变洛伦兹力只改变电荷运动速度电荷运动速度的方向，不能的方向，不能改变速度的大改变速度的大小小电场力既可以改变电电场力既可以改变电荷运动的速度方向荷运动的速度方向又可以改变电荷运又可以改变电荷运动速度的大小动速度的大小做功做功情况情况洛伦兹力一定不洛伦兹力一定不做功做功电场力可以不做功，电场力可以不做功，也可以做功也可以做功第29页/共41页四、电视显像管的工作原理电视

10、显像管应用了电子束在磁场中的偏转原理。电子束射向荧光屏就能发光，一束电子束只能使荧光屏上的一个点发光，而通过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整个荧光屏发光。第30页/共41页如图所示，电视显像管中，要使电子束从B逐渐向A点扫描，必须加一个怎样变化的偏转磁场？荧光屏中点O的下方，应加一垂直向内的磁场，且越下方磁场越强，而在O点的上方，应加一垂直向外的磁场，且越上方的磁场越强。第31页/共41页电视显像管中的扫描在电视显像管的偏转区中存在水平方向和竖直方向强弱和方向都在不断变化的偏转磁场，于是，电子枪发出的电子束在荧光屏上的发光点不断移动，对图像进行扫描，扫描的路线如图所示，从a开始，逐行进行，直到b

11、，且每秒要进行50场扫描，结果，我们就感觉到荧光屏上整个都发光了。第32页/共41页(1)速度选择器原理：如右图所示，所受重力可忽略不计运动方向相同而速率不同的正粒子组成的粒子束射入相互正交的匀强电场和匀强磁场所组成的场区中，已知电场强度为E，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里，若粒子运动轨迹不发生偏折(重力不计)，必须满足平衡条件：qBvqE，故vE/B，这样就把满足vE/B的粒子从速度选择器中选择出来了五、洛伦兹力在现代科技中的应用第33页/共41页(2)磁流体发电机目前世界上正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，它可以把气体的内能直接转化为电能，如右图表示出了它的发电原理：将一束等离子

12、体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒而从整体上来说是呈电中性)喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，则高速射入的离子在洛伦兹力的作用下向A、B两板聚集，使两板间产生电势差，若平行金属板间距为d，匀强磁场的磁感应强度为B，等离子体流速为v，气体从一侧面垂直磁场射入板间，不计气体电阻，外电路电阻为R，则两板间最大电压和可能达到的最大电流为多少？第34页/共41页第35页/共41页例、有关电荷所受电场力和洛伦兹力的说法中，正确的是（）A电荷在磁场中一定受洛伦兹力的作用.B电荷在电场中一定受电场力的作用.C电荷受电场力的方向与该处的电场方向一致.D电荷若受洛伦兹力，则受力方向与该处的磁

13、场方向垂直.BD第36页/共41页例带电荷量为+q的粒子在匀强磁场中运动,下面说法中正确的是()A只要速度大小相同,所受洛伦兹力就相同.B如果把+q改为-q,且速度反向、大小不变,则洛伦兹力的大小不变.C洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直,磁场方向一定与电荷运动方向垂直.D粒子只受到洛伦兹力的作用.不可能做匀速直线运动.BD第37页/共41页例、关于电场力与洛伦兹力，以下说法正确的是()A电荷只要处在电场中，就会受到电场力，而电荷静止在磁场中，也可能受到洛伦兹力B电场力对在电场中的电荷一定会做功，而洛伦兹力对在磁场中的电荷却不会做功C电场力与洛伦兹力一样，受力方向都在电场线和磁感线上D只有运动的电荷在磁场中才会受到洛伦兹力的作用D第38页/共41页例、质量为0.1 g的小物块，带有5104C的电荷量，放在倾角为30的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于0.5 T的匀强磁场中，磁场方向如图所示，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面(设斜面足够长，g10 m/s2)问：(1)物块带电性质？(2)物块离开斜面时的速度为多少？(3)物块在斜面上滑行的最大距离是多少？第39页/共41页答案：(1)(1)负(2)3.46 m/s(2)3.46 m/s(3)1.2 m(3)1.2 m 第40页/共41页感谢您的欣赏第41页/共41页