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《洛伦兹力的应用》课件
深入探究洛伦兹力在电机中的应用有助于 开发新型电机，满足各种不同的需求和应 用场景。
洛伦兹力在磁悬浮列车中的应用
悬浮与导向作用
磁悬浮列车利用洛伦兹力实现车体的悬浮和导向，消除了 传统列车与轨道的接触摩擦，极大地提高了列车的运行速 度和稳定性。
磁场设计与控制
为了实现稳定悬浮和导向，需要对列车下方的磁场进行精 确的设计和控制，确保列车在高速行驶过程中的稳定性和 安全性。
大小
洛伦兹力的大小与磁感应强度、电荷量、速度和磁感应强度与速度的夹 角有关。
03
作用
洛伦兹力对带电粒子不做功，只改变带电粒子的运动方向，因此是描述
带电粒子在磁场中运动状态的重要物理量。
洛伦兹力的大小
公式
$F = qvBsintheta$，其中$q$为带电 粒子的电荷量，$v$为带电粒子的速 度，$B$为磁感应强度，$theta$为速 度与磁感应强度的夹角。
ERA
洛伦兹力的定义
洛伦兹力
带电粒子在磁场中所受到的力。
定义公式
$F = qvBsintheta$，其中$q$为带电粒子的电荷量，$v$为带电粒子的速度， $B$为磁感应强度，$theta$为速度与磁感应强度的夹角。
洛伦兹力的性质
01 02
方向
洛伦兹力的方向由左手定则确定，即伸开左手，让大拇指与其余四指垂 直，并处于同一平面内，将磁感线穿入手心，四指指向正电荷运动的方 向，大拇指所指的方向即为洛伦兹力的方向。
磁场与电流相互作用
洛伦兹力在电机中起着关键作用，它使带 电粒子在磁场中受到力的作用而产生旋转 ，进而驱动电机的旋转。
电机内部的磁场与电流相互作用，产生洛 伦兹力，该力驱动电机的转子旋转，从而 将电能转换为机械能。
1-3洛伦兹力的应用课件(32张PPT)
2
。
(2)当磁感应强度为峰值B0时,电子束有最大偏转,在荧光屏
上打在Q点,PQ= 3 L。电子运动轨迹如图所示,设此时的
3
偏转角度为θ,由几何关系可知,tan θ=
,所以θ=60°。
根据几何关系,电子束在磁场中运动路径所对圆心角
α=θ,而
tan2
=
由牛顿第二定律和洛伦兹力公式得
答案 (1)
2. 回旋加速器的工作原理
利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在
回旋加速器的核心部件 —— 两个 D 形盒和其间的窄缝内完成。
第1章 安培力与洛伦兹力
（1）磁场的作用
带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，
2 m
其周期与速率、半径均无关（T
2
(2)
6
3
2
evB0=
,解得
B0=
6
。
3
第1章 安培力与洛伦兹力
规律总结 显像管中电子束偏转问题的解决思路
(1)电子在电场中加速,根据动能定理建立加速电压和电子离开电场时的
速度关系,即
1
eU=2mv2。
(2)电子在磁场中的偏转,根据“定圆心、画轨迹、求半径”和半径 r= 、周期
束沿纸面发生偏转的磁场(如图乙所示),其磁感应强度B=μNI,
式中μ为磁常量,N为螺线管线圈的匝数,I为线圈中电流的大
小。由于电子的速度极大,同一电子穿过磁场过程中可认为
磁场没有变化,是稳定的匀强磁场。
第1章 安培力与洛伦兹力
已知电子质量为m,电荷量为e,电子枪加速电压为U,磁常量为μ,螺线管线圈的匝数为N,偏转磁场区
洛伦兹力的应用PPT教学课件
洛伦兹力的概念：运动电荷在磁场中 受到的作用力。
通电导线在磁场中所受到的安培力是 大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。
洛伦兹力的方向由左手定则判定
1、正电荷的运动方向与电流方向相同， 负电荷运动方向与电流方向相反。
2、洛伦兹力垂直于ν与Β所在的平面
洛伦兹力的大小
1.当电荷运动方向与磁场方向垂直
（v⊥B）时，f=qvB.
洛伦兹力的应用（带电粒子在磁场中的运动） 【讨论与交流】
1、有磁场作用时,电子的运动轨迹是否可能为直线? 2、电子为什么会做圆周运动？向心力由谁来提供？ 3、什么情况下电子会做螺旋运动？
洛伦兹力的应用（带电粒子在磁场中的运动）
在匀强磁场中洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力: 即:f=qvB=mv2/r 故得:r=mv/qB
【讨论与交流】
质子和 粒子以相同的动能垂直进入同一磁场,
它们能分开吗?
洛伦兹力的应用（回旋加速器）
(三)、回旋加速器
• 回旋加速器是原子核物理学中获得高速粒子的一种装置。 这种装置结构虽然很复杂，但其基本原理就是利用上面提 到的那个回旋共振频率与速率无关的性质。 如图，回旋加速器的核心部分为D形盒，它的形状有如扁 圆的金属盒沿直径剖开的两半，每半个都象字母"D"的形 状。两D形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源（如质 子、氘核或α粒子源等）。在两D形盒间接上交流电源 （其频率的数量级为106周/秒），于是在缝隙里形成一个 交变电场。由于电屏蔽效应，在每个D形盒的内部电场很 弱。D形盒装在一个大的真空容器里，整个装置放在巨大 的电磁铁两极之间的强大磁场中，这磁场的方向垂直于D 形盒的底面。
2、细胞的生长 增大个体体积
3、细胞的分化 ——形成具有不同形态和 功能的细胞
通电导线在磁场中所受到的安培力是 大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。
洛伦兹力的方向由左手定则判定
1、正电荷的运动方向与电流方向相同， 负电荷运动方向与电流方向相反。
2、洛伦兹力垂直于ν与Β所在的平面
洛伦兹力的大小
1.当电荷运动方向与磁场方向垂直
（v⊥B）时，f=qvB.
洛伦兹力的应用（带电粒子在磁场中的运动） 【讨论与交流】
1、有磁场作用时,电子的运动轨迹是否可能为直线? 2、电子为什么会做圆周运动？向心力由谁来提供？ 3、什么情况下电子会做螺旋运动？
洛伦兹力的应用（带电粒子在磁场中的运动）
在匀强磁场中洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力: 即:f=qvB=mv2/r 故得:r=mv/qB
【讨论与交流】
质子和 粒子以相同的动能垂直进入同一磁场,
它们能分开吗?
洛伦兹力的应用（回旋加速器）
(三)、回旋加速器
• 回旋加速器是原子核物理学中获得高速粒子的一种装置。 这种装置结构虽然很复杂，但其基本原理就是利用上面提 到的那个回旋共振频率与速率无关的性质。 如图，回旋加速器的核心部分为D形盒，它的形状有如扁 圆的金属盒沿直径剖开的两半，每半个都象字母"D"的形 状。两D形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源（如质 子、氘核或α粒子源等）。在两D形盒间接上交流电源 （其频率的数量级为106周/秒），于是在缝隙里形成一个 交变电场。由于电屏蔽效应，在每个D形盒的内部电场很 弱。D形盒装在一个大的真空容器里，整个装置放在巨大 的电磁铁两极之间的强大磁场中，这磁场的方向垂直于D 形盒的底面。
2、细胞的生长 增大个体体积
3、细胞的分化 ——形成具有不同形态和 功能的细胞
洛伦兹力的应用课件 高二物理(鲁科版2019选择性必修第二册)(共23张PPT)
A1A2,平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场.下列说法正确的是( ABC )
A.质谱仪是分析同位素的重要工具
B.速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外
C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小
[解析] 质谱仪是分析同位素的重要工具,A正确;
带电粒子在速度选择器中沿直线运动时,所受电场力和
粒子做匀速直线运动
左手定
则
生活实例
洛伦兹力的应用
6.磁流体发电机
等离子体射入，受洛伦
兹力偏转，使两极板带
电，板间电压为U，稳
定时 = , =
左手定
则
生活实例
洛伦兹力的应用
尔效应
平衡时，电场力等于洛伦
兹力(金属中能移动的自由
电荷为电子，带负电)
= = → = ℎ
盒中心的A点静止释放一质量为m、电荷量为q的带电粒子，
调整加速电场的频率，使粒子每次在电场中始终被加速，
最后在左侧D形盒边缘被特殊装置引出。不计带电粒子的重
力。求：
(1)粒子获得的最大动能Ekm；
例题 回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图所示。设匀
强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于半径为R的D形盒，狭
)
A.M处的电势高于N处的电势
B.增大M、N之间的加速电压可使P点左移
C.偏转磁场的方向垂直于纸面向外
D.增大偏转磁场磁感应强度的大小可
使P点左移 D
解析：电子在电场中加速运动，
电场力的方向和运动方向相同，
而电子所受电场力的方向与电场
的方向相反，所以M处的电势
低于N处的电势，A错误；
A.质谱仪是分析同位素的重要工具
B.速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外
C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小
[解析] 质谱仪是分析同位素的重要工具,A正确;
带电粒子在速度选择器中沿直线运动时,所受电场力和
粒子做匀速直线运动
左手定
则
生活实例
洛伦兹力的应用
6.磁流体发电机
等离子体射入，受洛伦
兹力偏转，使两极板带
电，板间电压为U，稳
定时 = , =
左手定
则
生活实例
洛伦兹力的应用
尔效应
平衡时，电场力等于洛伦
兹力(金属中能移动的自由
电荷为电子，带负电)
= = → = ℎ
盒中心的A点静止释放一质量为m、电荷量为q的带电粒子，
调整加速电场的频率，使粒子每次在电场中始终被加速，
最后在左侧D形盒边缘被特殊装置引出。不计带电粒子的重
力。求：
(1)粒子获得的最大动能Ekm；
例题 回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图所示。设匀
强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于半径为R的D形盒，狭
)
A.M处的电势高于N处的电势
B.增大M、N之间的加速电压可使P点左移
C.偏转磁场的方向垂直于纸面向外
D.增大偏转磁场磁感应强度的大小可
使P点左移 D
解析：电子在电场中加速运动，
电场力的方向和运动方向相同，
而电子所受电场力的方向与电场
的方向相反，所以M处的电势
低于N处的电势，A错误；
物理课件·洛伦兹力
磁场对运动电荷的作用——洛伦 兹力
本节重点：
1.带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的规律方法 2.带电粒子在有界磁场中运动时极值问题的求解方法 3.带电粒子在复合场中的圆周运动问题 4.带电粒子在复合场中的直线运动问题 5.带电粒子在复合场中的曲线运动问题 6.带电粒子在复合场中的径迹分析
一.主要知识点
这段导体所受的安培力的表达式是什么？
F安=BIL
电流强度I 的微观表达式是什么？
I = nqSv
这段导体中含有多少自由电荷数？
nLS
-
-
-
-
-
I
-
-
-
每个自由电荷所受的洛伦兹力为多大？ 根据洛伦兹力与安培力的关系： f洛=F安/N
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
F
F安 nLS
BIL nLS
BnqvSL nLS
qvB
1.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时的规律方法 着重把握”一找圆心，二找半径R=mv/Bq，三找周期 T=2πm/Bq“ （1）圆心的确定：因为洛伦兹力f洛指向圆心，根据f洛 ⊥v，画出粒子运动轨迹中任意两点（一般是射入和射 出磁场两点）洛伦兹力的方向，两洛伦兹力延长线的交 点即为圆心，或利用圆心位置必定在园中一根弦的中垂 线上，再过一点做切线的垂线与中垂线的交点为圆心。
三.洛伦兹力方向的判断 ——左手定则
伸开左手，使拇指和其余四指垂直， 并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从 掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方 向，这时拇指所指的方向就是正电荷在磁 场中所受洛伦兹力的方向。 四指指向负电荷运动的反方向， 拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦 兹力的方向。
试判断下图中所示的带电粒子刚进 入磁场时所受的洛伦兹力的方向。
本节重点：
1.带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的规律方法 2.带电粒子在有界磁场中运动时极值问题的求解方法 3.带电粒子在复合场中的圆周运动问题 4.带电粒子在复合场中的直线运动问题 5.带电粒子在复合场中的曲线运动问题 6.带电粒子在复合场中的径迹分析
一.主要知识点
这段导体所受的安培力的表达式是什么？
F安=BIL
电流强度I 的微观表达式是什么？
I = nqSv
这段导体中含有多少自由电荷数？
nLS
-
-
-
-
-
I
-
-
-
每个自由电荷所受的洛伦兹力为多大？ 根据洛伦兹力与安培力的关系： f洛=F安/N
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
F
F安 nLS
BIL nLS
BnqvSL nLS
qvB
1.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时的规律方法 着重把握”一找圆心，二找半径R=mv/Bq，三找周期 T=2πm/Bq“ （1）圆心的确定：因为洛伦兹力f洛指向圆心，根据f洛 ⊥v，画出粒子运动轨迹中任意两点（一般是射入和射 出磁场两点）洛伦兹力的方向，两洛伦兹力延长线的交 点即为圆心，或利用圆心位置必定在园中一根弦的中垂 线上，再过一点做切线的垂线与中垂线的交点为圆心。
三.洛伦兹力方向的判断 ——左手定则
伸开左手，使拇指和其余四指垂直， 并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从 掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方 向，这时拇指所指的方向就是正电荷在磁 场中所受洛伦兹力的方向。 四指指向负电荷运动的反方向， 拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦 兹力的方向。
试判断下图中所示的带电粒子刚进 入磁场时所受的洛伦兹力的方向。
洛伦兹力 ppt课件
运动受到的洛仑兹力f=_q_v_B____
15
（3）大小：f qvB sin :v与 B的 夹 角
①v与B垂直： . . . .
f qvB . . v . f .
－ －
② v与B平行：
f 0
v
16
例与练
• 1、两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线 方向进入同一个匀强磁场，两粒子质量之 比为1：4，电量之比为1：2，则两带电粒
qvB mgco3s70 v4m/s
agsi3n076m/s2 × × × ×
s v2 0 4m 2a 3
f ×××× ××××
× × × mg× 26
洛伦兹力与安培力的比较：
6.2 磁场对运动 电荷的作用
1
第2节 研究洛仑兹力
洛伦兹
荷兰物理学家
H.A.Lorentz （1853-1928）
2
磁场对电流有力的作用吗?
安培力
电流是怎样形成的? 电荷的定向移动
由此推理,你可以提出哪些猜想?
__________________________________
•由此我们会想到：磁场对通电导线的安培力 可能是作用在大量运动电荷上的力的宏观表 现，也就是说磁场对运动电荷可能有力的作 用.
f
10
例与练
• 2、下列各图中已经画出磁场方向和洛仑兹 力的方向，请画出电荷的运动方向。
v
v垂直纸面向内
11
例与练
• 3、下列各图中已经画出磁场方向、电荷的 运动方向和洛仑兹力的方向，请指出电荷 的电性。
-
-
12
例与练
• 4、下图中已经知道电荷的运动方向和洛仑 兹力的方向，请指出磁铁的极性。
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（1）通电导线中的电流 I nqvS
（2）通电导线所受的安培力
v
F安 BIL B(nqvS)L
I v
（3）这段导线内的自由电荷数 N nSL
（4）每个电荷所受的洛伦兹力
F
v
F洛
F安 N
B(nqvS)L nSL
qvB
v
三、洛伦兹力大小
电荷量为q的粒子以速度v运动时,如果速 度方向与磁感应强度方向垂直,那么粒子所受 的洛伦兹力为
F洛=qvB =1.60×10-19×3×106×0.10N =4.8×10-14N
四、深化应用： 带电粒子在匀强磁场中的运动
当V平行B时，F=0， 带电粒子以速度v作 匀速直线 运动。
当v与B垂直时，因为洛伦兹力的方向始终 与运动方向 垂直 ，只改变速度的 方向， 不改变速度的 大小，只有 匀速圆周运动 才 具有这种特点，所以带电粒子垂直进入匀强 磁场后做 匀速圆周运动 .
判定方法：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。
【例题1】判断图中带电粒子所受洛仑兹力的方向 ： 【例题2】依运动轨迹，判断图中带电粒子的电性。
讨论：洛伦兹力的特点 ：
1.洛伦兹力的方向既垂直于磁场,又垂直于速度, 即垂直于v和B所组成的平面
F洛 qvB (v垂直B）
问题:若带电粒子不垂直射入磁场,电子 受到的洛伦兹力又如何呢?
F洛 qvB sin
V
B∥
B
B⊥
θ为B和v 之间的夹角 F洛
B⊥
B
θ
B∥ v
三、洛伦兹力大小
当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B方 向的夹角为θ，电荷所受的洛伦兹力大小为
F洛 qvB sin
上式中各量的单位：
实验探究:磁场对运动电荷是否有力的作用？ 阴极射线管 磁铁
[实验现象] 当电子射线管的周围 不存在磁场时，电子的运动轨迹 是直线。 当电子射线管的周围存在磁场时， 电子的运动轨迹是曲线。
[实验结论] 运动电荷确实受到了 磁场的作用力，这个力通常叫做 洛伦兹力。
洛伦兹（1853—1928）
洛伦兹，荷兰物理学家、数学家，1853年7月 18日生于阿纳姆，并在该地上小学和中学，成 绩优异，少年时就对物理学感兴趣，同时还广 泛地阅读历史和小说，并且熟练地掌握多门外 语。 1870年洛伦兹考入莱顿大学，学习数学、 物理和天文。1875年获博士学位。
北极附近的阿拉斯加、北加拿大是观赏北 极光的最佳地点。
磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力
什么是安培 力？
电流是怎么 形成的？
猜想:
安培力的产生的实质： 磁场对定向移动的电荷 有力的作用。
实验验证
实验：用阴极射线管研究磁场对运动电荷的作用。
在真空玻璃管内安装一 个阴极、一个阳极.阴 极接高电压的负极、阳 极接正极.阴极能够发 射电子,电子束在两极 之间的电场力的作用下 从阴极飞向阳极.这个 管子叫做阴极射线管.
1895年，洛伦兹首先提出了运动电荷产生 磁场和磁场对运动电荷有作用力的观点，为纪 念他，人们称这种力为洛伦兹力。
洛伦兹认为一切物质分子都含有电子，阴 极射线的粒子就是电子。把以太与物质的相互 作用归结为以太与电子的相互作用。这一理论 成功地解释了塞曼效应，与塞曼一起获1902年 诺贝尔物理学奖。
洛伦兹于1928年2月4日在荷兰的哈勃姆去 世，终年75岁。为了悼念这位荷兰近代文化的 巨人，举行葬礼的那天，荷兰全国的电信、电 话中止三分钟。世界各地科学界的著名人物参 加了葬礼。爱因斯坦在洛伦兹墓前致词说：洛 伦兹的成就“对我产生了最伟大的影响”，他 是“我们时代最伟大、最高尚的人”。
F洛为N，q为C，v为m/s，B为T
特例:
F洛 qvB (v⊥B） F洛 0 (v∥B）
课堂练习
电子的速率v=3×106m/s,垂直射入B=0.10T的匀强磁场中，
它受到的洛伦兹力是多大？并与它在地球上受到的重力作比较。 （电子的电荷量e=3.0×10-7C,m=9.1×10-31kg）
解：因为v垂直B，所以所受洛场做 匀速圆周运动。
F洛 F向
v2 m
Bqv
r
T 2r
v
r mv Bq
T 2m
Bq
小结：
• 运动电荷在磁场中所受的磁场力叫洛伦兹力． • 洛伦兹力的方向可由左手定则来判定．
• 洛伦兹力大小为 F qvBsin
四、洛伦兹力的应用
2.洛伦兹力只改变速度的方向, 不改变速度的大小
3.洛伦兹力对电荷不做功
想一想
既然安培力为洛伦兹力的宏 观表现，那么我们用导体所 受的安培力来除以这段导体 所含有的自由电荷数，不就 可以求出每个自由电荷所受 的洛伦兹力了吗？
探究三：洛伦兹力大小
设有一段长为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
美丽神奇的北极光
北极光的相关资料
北极光是出现于星球北极的高磁纬地区上 空的一种绚丽多彩的发光现象。
它是来自大气外的宇宙射线（即一束束高 速带电粒子流）撞击大气中的粒子（氧、氮原 子），使之电离发光。从四面八方射向地球的 带电粒子，只有南北两极附近的粒子可以到达 地球，其余的粒子则由于受到地球磁场的作用 运动方向发生了改变，无法到达地球。
一.洛伦兹力
1.定义：磁场对运动电荷的作用力叫做 洛伦兹力。
2. F洛与F安的关系? F安=NF洛（N为受到的洛伦兹力的运动电 荷的总个数）
◆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。
探究二：洛伦兹力的方向
还是用左手定则来判定？
F
v
思考:
如果运动的是负电 荷而不是正电荷， 该怎样判定它所受 到的洛伦兹力的方 向呢？