運動電荷在磁場中的運動

1、臨臨 朐朐 第第 七七 中中 學學陳陳 志志 紅紅預習自測暴露的問題：預習自測暴露的問題： 1、判斷洛倫茲力方向時由于、判斷洛倫茲力方向時由于正負正負電荷未分清電荷未分清，導致四指指向錯誤。，導致四指指向錯誤。 2、在計算洛倫茲力大小時，沒有明、在計算洛倫茲力大小時，沒有明確題目中的確題目中的夾角是不是速度與磁感應(yīng)夾角是不是速度與磁感應(yīng)強度的夾角強度的夾角，而單純套公式，導致計，而單純套公式，導致計算錯誤。算錯誤。 3、對、對洛倫茲力的特點洛倫茲力的特點缺乏理解，缺乏理解，導致做出錯誤的判斷。導致做出錯誤的判斷。 問題問題1 1：電視顯像管中的電子束只電視顯像管中的電子束只是細細的一束，為什么

2、能使整個屏是細細的一束，為什么能使整個屏幕發(fā)光？幕發(fā)光？ 人類首次拍到南北極人類首次拍到南北極光光“同放光彩同放光彩”的奇景的奇景 從宇宙深處射來的帶電粒子為什么只從宇宙深處射來的帶電粒子為什么只在地球兩極引起極光？在地球兩極引起極光？第五節(jié)第五節(jié) 運動電荷在磁場中受到的力運動電荷在磁場中受到的力回顧復習：回顧復習：1 1、安培力的定義：、安培力的定義：磁場對通電導線的作用力磁場對通電導線的作用力 方向的判斷：方向的判斷： 左手定則左手定則 大小的計算：大小的計算：2、電流是如何形成的？電流是如何形成的？電流是由電荷的定向移動形成的電流是由電荷的定向移動形成的 F FILBsinILBsin猜

3、想：猜想： 磁場可能對運動電荷有力的作用。磁場可能對運動電荷有力的作用。演示：陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)演示：陰極射線在磁場中的偏轉(zhuǎn) 思考與討論：在這個實驗當中觀思考與討論：在這個實驗當中觀察到了什么現(xiàn)象？根據(jù)這個現(xiàn)象能得察到了什么現(xiàn)象？根據(jù)這個現(xiàn)象能得出什么結(jié)論？出什么結(jié)論？實驗現(xiàn)象：實驗現(xiàn)象： 在沒有外磁場時，電子束沿直線運動，在沒有外磁場時，電子束沿直線運動，將蹄形磁鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束將蹄形磁鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了彎曲。運動軌跡發(fā)生了彎曲。 陰極射線管中的電子束在磁場中發(fā)陰極射線管中的電子束在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，磁場對運動電荷確實存在作用生偏轉(zhuǎn)，磁場對運動電荷確實存

4、在作用力力 1 1、定義：磁場對運動電荷的作用力叫做洛倫茲力、定義：磁場對運動電荷的作用力叫做洛倫茲力 2 2、方向的判斷：、方向的判斷： 通電導線在磁場中受到的安培力，實際是通電導線在磁場中受到的安培力，實際是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) . . 伸開左手，使拇指與其余四指垂直，并且都伸開左手，使拇指與其余四指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進入，與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進入，并使四指指向并使四指指向正電荷正電荷運動的方向，這時拇指所運動的方向，這時拇指所指的方向就是指的方向就是運動的正電荷運動的正電荷在磁場中所受洛倫在磁場中所受洛倫茲力的方向茲力的方向

5、。左手定則左手定則vvFFvvBvFF垂直紙面向外垂直紙面向外 例例1 1： 試判斷下圖中的帶電粒子剛進入磁場時所受試判斷下圖中的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的方向的洛倫茲力的方向 反思反思: :判斷洛倫茲力方向時，要分清研究的是判斷洛倫茲力方向時，要分清研究的是正電荷還是負電荷，要是負電荷，四指要指向正電荷還是負電荷，要是負電荷，四指要指向負電荷運動的反方向負電荷運動的反方向, ,并且左右手也得分清。并且左右手也得分清。變式訓練：變式訓練： 試判斷各圖中帶電粒子受洛倫茲力的方向，或帶試判斷各圖中帶電粒子受洛倫茲力的方向，或帶電粒子的電性、或帶點粒子的運動方向。電粒子的電性、或帶點粒子的

6、運動方向。vFFvv洛倫茲力方向垂直紙面向里洛倫茲力方向垂直紙面向里思考與討論：1 1、洛倫茲力的方向與帶電粒子的運動方向有、洛倫茲力的方向與帶電粒子的運動方向有什么關(guān)系？什么關(guān)系？ 洛倫茲力的方向既垂直于磁場方向，又垂直洛倫茲力的方向既垂直于磁場方向，又垂直于速度方向，即垂直于磁場和速度所組成的平面。于速度方向，即垂直于磁場和速度所組成的平面。2 2、洛倫茲力對帶電粒子運動的速度有什么樣的影、洛倫茲力對帶電粒子運動的速度有什么樣的影響？響？ 洛倫茲力只改變速度方向，不改變速度的大小。洛倫茲力只改變速度方向，不改變速度的大小。3 3、洛倫茲力對帶電粒子做的功是多少？、洛倫茲力對帶電粒子做的功是

7、多少？洛侖茲力對帶電粒子永不做功。洛侖茲力對帶電粒子永不做功。洛倫茲力的特點：洛倫茲力的特點：（1）、洛倫茲力的方向既垂直于磁場方向，）、洛倫茲力的方向既垂直于磁場方向，又垂直于速度方向，即垂直于磁場和速度所又垂直于速度方向，即垂直于磁場和速度所組成的平面。組成的平面。（2）、洛倫茲力對電荷不做功，即不改變）、洛倫茲力對電荷不做功，即不改變速度的大小，只改變速度的方向。速度的大小，只改變速度的方向。例例2、在只受洛倫茲力的條件下、在只受洛倫茲力的條件下,關(guān)于帶電粒子在勻強磁場關(guān)于帶電粒子在勻強磁場中的運動中的運動,下列說法中正確的是（下列說法中正確的是（ ）A、洛倫茲力既改變帶電粒子的速度方向

8、，也改變洛倫茲力既改變帶電粒子的速度方向，也改變其速度的大小。其速度的大小。 B、洛倫茲力只改變洛倫茲力只改變帶電粒子帶電粒子運動方向。運動方向。 C、洛倫茲力始終與洛倫茲力始終與速度垂直，所以速度垂直，所以洛倫茲力不洛倫茲力不 做功。做功。D、洛倫茲力始終與洛倫茲力始終與速度垂直，所以粒子在運動過速度垂直，所以粒子在運動過程中的動能保持不變。程中的動能保持不變。BCD探究洛倫茲力大小探究洛倫茲力大小的的表達式：表達式： 設(shè)有一段長為設(shè)有一段長為L L，橫截面積為，橫截面積為S S的直導線，單位體的直導線，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n n，每個自由電荷的電荷量為，每個自由電荷的

9、電荷量為q q，自由電荷定向移動的速率為自由電荷定向移動的速率為v v。這段通電導線垂直磁。這段通電導線垂直磁場方向放入磁感應(yīng)強度為場方向放入磁感應(yīng)強度為B B的勻強磁場中，求的勻強磁場中，求（1 1）電流強度）電流強度I I。（2 2）通電導線所受的安培力通電導線所受的安培力。（3 3）這段導線內(nèi)的自由電荷數(shù)。）這段導線內(nèi)的自由電荷數(shù)。（4 4）每個電荷所受的洛倫茲力。）每個電荷所受的洛倫茲力。( (適用條件：適用條件：速度方向與磁場方向垂直速度方向與磁場方向垂直) )若速度若速度v v與磁場與磁場B B的方向夾角為的方向夾角為導線中的電流強度導線中的電流強度:導線受安培力為導線受安培力為:

10、導線中的電荷的總個數(shù)為導線中的電荷的總個數(shù)為總電荷數(shù)：總電荷數(shù)：每個電荷受力為每個電荷受力為:F=qV1B=qVBsin（ 為為V與與B的夾角）的夾角）V2V1I=nqsv F安安ILB（nqsv）LBN=nsLFVB探究洛倫茲力大小的表達式：探究洛倫茲力大小的表達式：3 3、洛倫茲力的大小、洛倫茲力的大小 F=qVBsin（ 為為V與與B的夾角）的夾角）（1）V =0時，時，F(xiàn) =0，即磁場對靜止電荷沒有力的，即磁場對靜止電荷沒有力的 作用作用（2） =0 ( VB）時，）時，F(xiàn) =0（3） = 90 ( VB）時，）時， F=qVB例例3 3、當一帶正電、當一帶正電q q的粒子以速度的粒子

11、以速度v v沿螺線管中軸線進沿螺線管中軸線進入該通電螺線管，若不計重力，則入該通電螺線管，若不計重力，則 A A帶電粒子速度大小改變；帶電粒子速度大小改變；B B帶電粒子速度方向改變；帶電粒子速度方向改變；C C帶電粒子速度大小不變；帶電粒子速度大小不變；D D帶電粒子速度方向不變。帶電粒子速度方向不變。CD.反思：帶點粒子在磁場中受不受洛倫茲力決定于反思：帶點粒子在磁場中受不受洛倫茲力決定于速度的方向和磁場的方向，所以在速度已知的情速度的方向和磁場的方向，所以在速度已知的情況下，一定要弄清磁場的分布特點。況下，一定要弄清磁場的分布特點。 有一勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為有一勻強磁場，磁感應(yīng)強度

12、大小為1.2T，方向由南，方向由南指向北，如有一質(zhì)子沿豎直向下的方向進入磁場，磁指向北，如有一質(zhì)子沿豎直向下的方向進入磁場，磁場作用在質(zhì)子上的力為場作用在質(zhì)子上的力為9.610-14N，則質(zhì)子射入時速，則質(zhì)子射入時速度為度為 ,質(zhì)子在磁場中向質(zhì)子在磁場中向 方向偏方向偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 。變式訓練：變式訓練：510m/s 東1 1、電視顯像管的工作原理、電視顯像管的工作原理主要構(gòu)造:電子槍（陰極）、偏電子槍（陰極）、偏轉(zhuǎn)線圈、熒光屏等轉(zhuǎn)線圈、熒光屏等【思考與討論思考與討論】1 1若要使電子束在水平方向偏離中心，打在熒光屏上的若要使電子束在水平方向偏離中心，打在熒光屏上的點，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該沿什么方向？點，偏轉(zhuǎn)

13、磁場應(yīng)該沿什么方向？2 2若要使電子束打在點，磁場應(yīng)該沿什么方向？若要使電子束打在點，磁場應(yīng)該沿什么方向？3 3若要使電子束打在熒光屏上的位置由逐漸向點移若要使電子束打在熒光屏上的位置由逐漸向點移動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？動，偏轉(zhuǎn)磁場應(yīng)該怎樣變化？二、應(yīng)用二、應(yīng)用 垂直紙面向外垂直紙面向外 垂直紙面向里垂直紙面向里先垂直紙面向里并逐漸減小，然后先垂直紙面向里并逐漸減小，然后垂直紙面向外并逐漸增大。垂直紙面向外并逐漸增大。原理：原理：應(yīng)用電子束磁偏轉(zhuǎn)的道理應(yīng)用電子束磁偏轉(zhuǎn)的道理以正電荷為例以正電荷為例2、極光現(xiàn)象、極光現(xiàn)象 例例4、來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂、來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面

14、垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質(zhì)子在進入地球周圍的空間時，將質(zhì)子在進入地球周圍的空間時，將( ) A.豎直向下沿直線射向豎直向下沿直線射向. B.相對于預定地面向東偏轉(zhuǎn)相對于預定地面向東偏轉(zhuǎn). C.相對于預定點稍向西偏轉(zhuǎn)相對于預定點稍向西偏轉(zhuǎn). D.相對于預定點稍向北偏轉(zhuǎn)相對于預定點稍向北偏轉(zhuǎn).B 在太陽創(chuàng)造的諸如光和熱等形式的能量中，在太陽創(chuàng)造的諸如光和熱等形式的能量中，有一種能量被稱為有一種能量被稱為“太陽風太陽風”。這是一束可以。這是一束可以覆蓋地球的強大的帶電亞原子顆粒流，該太陽覆蓋地球的強大的帶電亞原子顆粒流，該太陽風在地球上空環(huán)繞地球流動

15、，以大約每秒風在地球上空環(huán)繞地球流動，以大約每秒400公里的速度撞擊地球磁場，公里的速度撞擊地球磁場，磁場使該顆粒流偏磁場使該顆粒流偏向地磁極下落向地磁極下落，它們與氧和氮的原子碰撞，擊，它們與氧和氮的原子碰撞，擊走電子，使之成為激發(fā)態(tài)的離子，這些離子發(fā)走電子，使之成為激發(fā)態(tài)的離子，這些離子發(fā)射不同波長的輻射，產(chǎn)生出紅、綠或藍等色的射不同波長的輻射，產(chǎn)生出紅、綠或藍等色的極光特征色彩，形成極光。在南極地區(qū)形成的極光特征色彩，形成極光。在南極地區(qū)形成的叫南極光。在北極地區(qū)同樣可看到這一現(xiàn)象，叫南極光。在北極地區(qū)同樣可看到這一現(xiàn)象，稱之為北極光。稱之為北極光。當堂檢測當堂檢測1、如圖所示，帶電粒子

16、所受洛倫茲力方向垂直紙面、如圖所示，帶電粒子所受洛倫茲力方向垂直紙面向外的是向外的是 （ ）2、有關(guān)電荷所受電場力和洛倫茲力的說法中，、有關(guān)電荷所受電場力和洛倫茲力的說法中，正確的是正確的是 （ ）A電荷在磁場中一定受洛倫茲力的作用電荷在磁場中一定受洛倫茲力的作用.B電荷在電場中一定受電場力的作用電荷在電場中一定受電場力的作用.C電荷受電場力的方向與該處的電場方向一致電荷受電場力的方向與該處的電場方向一致.D電荷若受洛倫茲力，則受力方向與該處的磁電荷若受洛倫茲力，則受力方向與該處的磁場方向垂直場方向垂直.CBD當堂檢測當堂檢測3帶電荷量為帶電荷量為+q的粒子在勻強磁場中運動的粒子在勻強磁場中運

17、動,下面下面說法中正確的是說法中正確的是( )A只要速度大小相同只要速度大小相同,所受洛倫茲力就相同所受洛倫茲力就相同. B如果把如果把+q改為改為-q,且速度反向、大小不變且速度反向、大小不變,則洛倫茲力的大小不變則洛倫茲力的大小不變. C洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直,磁場方向一定與電荷運動方向垂直磁場方向一定與電荷運動方向垂直.D粒子只受到洛倫茲力的作用粒子只受到洛倫茲力的作用.不可能做勻不可能做勻速直線運動速直線運動.BD當堂檢測當堂檢測4、關(guān)于帶電粒子所受洛侖茲力、關(guān)于帶電粒子所受洛侖茲力F、磁感應(yīng)強度、磁感應(yīng)強度B和粒子速度和粒子速度v三者之間

18、的關(guān)系，下列說法中三者之間的關(guān)系，下列說法中正確的是（正確的是（ ）A、F、B、v三者必定均相互垂直三者必定均相互垂直B、F必定垂直于必定垂直于B、v，但，但B不一定垂直不一定垂直vC、B必定垂直于必定垂直于F，但，但F不一定垂直于不一定垂直于vD、v必定垂直于必定垂直于F，但，但F不一定垂直于不一定垂直于B當堂檢測當堂檢測 5、電子以、電子以4106m/s的速率垂直的速率垂直 射入磁感應(yīng)射入磁感應(yīng)強度為強度為0.5T的勻強磁場中，受到的洛倫茲力的勻強磁場中，受到的洛倫茲力為為 N，如果電子射入磁場時的速度，如果電子射入磁場時的速度v與與B的方向間的夾角是的方向間的夾角是30，則電子所受的，則電子所受的洛倫茲力為洛倫茲力為 N 3.210-13 1.610-13當堂檢測當堂檢測6、如圖所示，在電子射線管上方平行放置一通有自左、如圖所示，在電子射線管上方平行放置一通有自左向右電流的長直導線，則電子射線將（向右電流的長直導線，則電子射線將（ ）A、向上偏、向上偏 B、向下偏、向下偏 C、向紙內(nèi)偏、向紙內(nèi)偏 D、向紙外偏、向紙外偏 小結(jié)：小結(jié)：1、洛倫茲力：磁場對運動電荷的作用力、洛倫茲力：磁場對運動電荷的作用力 安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)安培力是洛