带电粒子在磁场中的受力

磁场对运动电荷的作用力招远市第二中学张杰Title电视机显像管中的电子只是细细的一束，为什么能使整个屏幕发光？从宇宙深处射来的带电粒子，为什么不能直射地球？为什么只在地球两极形成绚丽多彩的极光？……解开这些问题的钥匙就是本节学习的磁场对运动电荷的作用规律．一、复习1、如何运用左手定则判断安培力的方向？IIFF一、复习2、磁场对电流有力的作用，电流是怎样形成的呢？既然磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的，那么我们是否可以想到磁场对运动电荷也有作用力呢？电荷的定向移动形成电流推理与猜想•运动电荷在磁场中会受到作用力吗？I直线运动？实验验证二、电子射线管实验没有磁场的时候，电子的运动轨迹是直线加入垂直磁场后实物示意图实验结论磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力磁场对运动电荷确实有作用力－vf－vf－vf－vf－vf－vf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IF安.....................三、洛伦兹力的方向、左手定则vv2、若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ff1、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，让磁感线垂直穿过手心，若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三、洛伦兹力的方向－－－左手定则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vvff垂直纸面向外vB1、可见：以相同速度进入同一磁场的正负电荷受到的洛伦兹力方向相反。2、安培力方向由左手定则判断。我们知道安培力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电流方向，同样也用左手定则判断洛伦兹力f的方向也既垂直于磁场B的方向又垂直于电荷运动速度v的方向四、巩固练习试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向，或带电粒子的电性、或带点粒子的运动方向。vfvv垂直纸面向里垂直纸面向外vf关于洛伦兹力的说明：说明：1.洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面。洛伦兹力永远与速度方向垂直。2.洛伦兹力对电荷不做功3.洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小。——洛伦兹力对电荷只起向心力的作用，故只在洛伦兹力的作用下，电荷将作什么运动？－－－匀速圆周运动。五、洛伦兹力的大小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情况如何1、当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力最小f=0如果带电粒子射入匀强磁场时,初速度vo跟磁感强度B的方向平行,粒子将做什么运动？以初速度v0做匀速直线运动我们知道：当电流方向跟磁场方向平行时安培力等于0v0五、洛伦兹力的大小2、当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力f最大；vqB【思考与讨论】:洛伦兹力大小可能会与哪些因素有关?当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力的大小跟三个因素相关：磁感应强度B电荷量q电荷运动快慢v思考与讨论若有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中。推导：这段导体所受的安培力：I的微观表达式：这段导体中含有的自由电荷数：每个自由电荷所受的洛伦兹力大小：qvBnLSnqvSLBnLSBILnLSFf安F=BILvtvsvI=nqsvN=nLsV［问题］若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢？洛伦兹力：F=qVB(V垂直B）sin(FBqvBv为与的夹角）B1B2洛伦兹力与安培力的关系1.安培力是洛伦兹力的集体表现，洛伦兹力是安培力产生的原因。2.大小关系：F安＝NF洛（N是导体中运动的电荷数）3.方向关系：F安与F洛方向相同4.F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力特别提醒•①洛伦兹力的方向总是垂直于B和v决定的平面．•②因为洛伦兹力方向总是与速度方向垂直，所以洛伦兹力一个重要特点就是对带电粒子不做功，它只会改变速度的方向而不会改变速度的大小．即时讨论•洛伦兹力对电荷永不做功，而安培力对导体棒可以做功．这是否与安培力是洛伦兹力的宏观表现相矛盾？为什么？•答案：不矛盾，因为洛伦兹力方向总是与速度方向垂直，故不做功；而安培力方向总是与电流方向垂直，但不一定与导体的运动方向垂直，故可以做功.练习题1、摆长为L的单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线始终绷紧，若摆球带正电，电量为q，质量为m，磁感应强度为B，当小球从最高处摆到最低处，摆线上拉力T多大？解析：摆球在运动中洛伦兹力不做功，由动能定理得：211cos2mgLmv21cosvgL摆球在最低点时的速度方向不同，洛伦兹力方向不同，绳受到的拉力大小不同21FvTmgmL洛121cosTmgmgBqv32cos21cosmgmgBqgL六电视显像管的工作原理主要构造:电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等【思考与讨论】1．若要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的Ａ点，偏转磁场应该沿什么方向？２．若要使电子束打在Ｂ点，磁场应该沿什么方向？３．若要使电子束打在荧光屏上的位置由Ｂ逐渐向Ａ点移动，偏转磁场应该怎样变化？原理：•应用电子束磁偏转的道理