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金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆第5节运动电荷在磁场中受到的力磁场金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回洛伦兹洛伦兹(HendrikAntoonLorentz,1853～1928)是荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆，1870年在莱顿大学学习数学、物理学，1875年获博士学位，25岁起任莱顿大学理论物理学教授达35年．洛伦兹是经典电子论的创立者，他认为电具有“原子性”，电的本身是由微小的实体组成的．后来这些微小实体被称为电子，洛伦兹以电子概念为基础来解释物质的电性质，从电子推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用，即洛伦兹力．他把物体的发光解释为原子内部电子振动产生的．这样当光源放在磁场中时，光源的原子内电子的振动将发生改变，使电子的振动频率增大或减小，导致光谱线的增宽或分裂.金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回1896年10月，洛伦兹的学生塞曼发现，在强磁场中钠光谱的D线有明显的增宽，即产生塞曼效应，证实了洛伦兹的预言，塞曼和洛伦兹共同获得1902年诺贝尔物理学奖．1904年，洛伦兹证明，当把麦克斯韦的电磁场方程组用伽利略变换从一个参考系变换到另一个参考系时，真空中的光速将不是一个不变的量，从而导致对不同惯性系的观察者来说，麦克斯韦方程及各种电磁效应可能是不同的．为了解决这个问题，洛伦兹提出了另一种变换公式，即洛伦兹变换．用洛伦兹变换，将使麦克斯韦方程从一个惯性系变换到另一个惯性系时保持不变．后来，爱因斯坦把洛伦兹变换用于力学关系式，创立了狭义相对论．爱因斯坦称洛伦兹为“我们时代最伟大、最高尚的人”；为了纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从1945年起，把他的生日定为“洛伦兹节”．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回1．洛伦兹力：________所受磁场的作用力叫洛伦兹力．通电导线所受到的安培力实际上是作用在导线中运动电荷上的洛伦兹力的________．2．洛伦兹力的大小：F＝________，其中θ是带电粒子的________与________的夹角．(1)当θ＝90°，即带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时：F＝qvB最大．(2)当θ＝0°，即带电粒子的运动方向与磁场方向平行时：F＝0最小．答案；1．运动电荷宏观表现2．qvBsinθ运动方向磁场方向金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回3．洛伦兹力的方向：用________判定．注意四指指向________电荷运动方向(或________电荷运动的相反方向)，洛伦兹力的方向既________于电荷运动速度v的方向，又________于磁感应强度B的方向，即洛伦兹力的方向总是垂直于B、v方向所决定的平面．答案：左手定则正负垂直垂直金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回4．洛伦兹力总是与速度v垂直，故洛伦兹力对运动电荷________功．5．电视显像管应用了电子束________的原理．电子束在随时间变化的磁场的作用下发生偏转，逐行扫描，使荧光屏发光．答案：4．不做5．磁偏转金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回一、洛伦兹力的方向1．洛伦兹力的定义磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力．2．洛伦兹力方向的判定方法——左手定则安培力的方向根据左手定则判断，而安培力是大量定向移动的电荷所受洛伦兹力的宏观表现，因此洛伦兹力的方向可用左手定则来判断：伸开左手，使大拇指与其余四指垂直且在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，让四指指向正电荷运动的方向，则大拇指所指的方向就是正电荷所受的洛伦兹力的方向．若沿该方向运动的是负电荷，则它所受的洛伦兹力的方向与正电荷所受洛伦兹力方向恰好相反．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回(双选)关于电荷在磁场中受力，下列说法中正确的是()A．静止的电荷一定不受洛伦兹力的作用，运动电荷一定受到洛伦兹力的作用B．洛伦兹力的方向有可能与磁场方向平行C．洛伦兹力的方向一定与带电粒子的运动方向垂直D．带电粒子运动方向与磁场平行时，一定不受洛伦兹力的作用解析：本题考查判断洛伦兹力的方向，因当B∥v时，F洛＝0；当v＝0时F洛＝0，故A错，D对．F洛一定垂直于B，故B错，C对，故正确选项为CD.答案：CD金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回变式迁移1．如右图所示，一束β粒子自下而上进入一垂直于纸面的匀强磁场后发生偏转，则磁场方向向________，进入磁场后β粒子的动能________(填“增加”“减少”或“不变”)．解析：因β粒子带负电荷，由β粒子的偏转方向和左手定则可知，磁场方向向里，又因为洛伦兹力不做功，由动能定理可知，β粒子的动能不变．答案：里不变金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回二、洛伦兹力的大小1．推导洛伦兹力公式如下图所示，设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，它向右移动的平均速率为v，用安培力的表达式F＝IBLsinθ导出洛伦兹力的表达式．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回推导：根据I＝Qt有I＝nq·vtSt＝nqvS①当电流方向与磁场方向夹角为θ时，安培力F安＝ILBsinθ②将①代入②中有：F洛＝(nqvS)·L·B·sinθ，这段导线中含有运动电荷数为nLS，F洛＝F安nLS，所以F洛＝nqvS·L·BsinθnLS＝qvBsinθ③③式中力、磁感应强度、电荷量、速度的单位分别为牛顿(N)、特斯拉(T)、库仑(C)，米每秒(m/s)．结论：F洛＝qvBsinθ.金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回讨论：(1)当v⊥B时，θ＝90°，sinθ＝1，所以F洛＝qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大．(2)当v∥B时，θ＝0°，sinθ＝0，所以F洛＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力．(3)当v＝0时，F洛＝0，即静止电荷不受洛伦兹力．(4)此公式一般都在匀强磁场中使用．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回2．洛伦兹力与安培力的关系(1)安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释．电流是带电粒子定向运动形成的，通电导线在磁场中受到磁场力(安培力)作用，揭示了带电粒子在磁场中运动时要受磁场力作用的本质．如果电子或其他带电粒子在连续的导体中运动，那么，由于它们与物体原子间发生的不断碰撞，自由电子获得的动量最终将传给导体，导致导体受到安培力．(2)方向关系：洛伦兹力F洛的方向与安培力F安的方向一致(用左手定则判定)．(3)大小关系：F安＝NF洛，式中的N是导体中定向运动的电荷数．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回如下图所示各图中，匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v，带的电荷量均为q，试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并标出洛伦兹力的方向．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回解析：本题考查洛伦兹力的大小和方向．甲：因为v⊥B，所以F洛＝qvB，方向与v垂直斜向上；乙：v与B夹角为30°，故F洛＝qvB·sin30°＝qvB，方向垂直纸面向里，丙：v∥B，所以不受洛伦兹力．答案：见解析12金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回变式迁移2.如图所示，一个带正电荷的物体从粗糙斜面顶端滑到斜面底端时的速度为v.若在空间加上一个垂直纸面向外的磁场，则物体滑到底端时的速度将()A．大于vB．小于vC．等于vD．不能确定金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回解析：若在空间加上一个垂直纸面向外的磁场，在物体向下滑时，将受到一个垂直斜面向上的洛伦兹力，使得斜面与物体间的弹力比未加磁场时减小，则滑动摩擦力减小，滑到底端摩擦力对物体所做的负功减小，则物体滑到底端时的动能增大，速率增大，故选项A正确．答案：A金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回三、电视显像管的工作原理1．构造：如下图所示．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回2．原理：阴极发射电子，经过偏转线圈，偏转线圈产生的磁场和电子运动方向垂直，电子受洛伦兹力发生偏转，偏转后的电子打在荧光屏上，使荧光屏发光．3．扫描：偏转区的水平方向和竖直方向都加有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点不断移动，这种现象称为扫描．金品质•高追求我们让你更放心！◆物理•选修3-1•(配人教版)◆返回祝您