磁场对运动电荷的作用(优秀课件)

[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。
=4.8 ×10-14N
从太阳或其他星体上，
时刻都有大量的高能粒子 流放出，称为宇宙射线。 这些高能粒子流，如果都 到达地球，将对地球上的 生物带来危害。庆幸的是， 地球周围存在地磁场，改 变了宇宙射线中带电粒子 的运动方向，对宇宙射线 起了一定的阻挡作用。
☆小结
1、定义：磁场ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ运动电荷的作用力.施力 物体：磁场；受力物体：运动电荷. 2、产生条件：电荷在磁场中运动，且 V
F
v
手放入磁场中，让磁感 线垂直穿入手心，四指
指向正电荷运动的方向 ，
那么，拇指所指的方向
就是正电荷所受洛仑兹
力的方向．
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？
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
v
F 向就是负电荷所受 洛伦兹力的方向。
电流的微观表达式为 nqS
2、什么叫做安培力?怎样判断 安培力的方向?安培力的大小 为多少?
答：磁场对电流的作用力称为 安培力. 安培力的方向用左手定则来判 断. 其大小为 F=BIL(B⊥L)
猜想:
既然磁场对电流有 力的作用，而电流又是 由电荷定向移动形成的， 那么很有可能是磁场对 定向移动的电荷有力的 作用。
磁场对运动电荷的作用
× × × B× ×
×××××
×××××
+
v
×××××
×××××
受力吗？
美丽的北极极光
同学们知道极光是怎样形成的吗？
问题思考
1、电流是怎样形成的?电流的 方向是怎样规定的?电流的微观 表达式（决定式）是什么?
答：电荷的定向移动形成电流. 物理学中规定正电荷定向移动
的方向为电流方向.
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”。
I=nqvS
F安＝qvB(nLS)
F =qvB
2.公式：F = qvB (只适用于v⊥B的情况)
B
当速度方向与磁场方向有夹 角时可 采用把速度分解的办法来求洛 伦兹的大小.
v2
v
v1
若v与B间的夹角为θ，
则 F =qvBsinθ
θ=0度时，f=0;
θ=90度时，f=qvB
思考与讨论：
带电粒子在磁 场中运动时，洛 伦兹力对带电粒 子是否做功？
2、运动方向与磁场垂直时做匀速圆周运动。
2、运动方向与磁场垂直时做匀速圆周运动。
• 由qvB=mv2/R 得R=mv/qB
• 由qvB=mR4π2/ T2得T=2πm/qB
判断下图中带电粒子（电量q，重力不计）所 受洛伦兹力的大小和方向：
F × × × B× ×
×××××
-
v
B
×××××
×
× +×
×
v
×
×××××
一、运动形式
1、运动方向与磁场平行时不受洛伦兹力，做匀速 直线运动。
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.为了 显示电子束运动的情况,管 内装有长条形的荧光屏,屏 上的物质受到电子的撞击 时能够发光,显示出电子束 的运动轨迹。
一.洛伦兹力
1.概念：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。
二、洛伦兹力的方向
用左手定则来判定 伸开左手，使大姆
指跟其余四个手指垂直，
且处于同一平面内，把
习题1、下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，
试判断这时粒子所受洛伦兹力的方向
F
×××
+V
××× × ××B
+V
F
+V
垂直纸面向外
× × ×V
×××
F
V
×F × ×B
+
垂直纸面向里
2、判断下列各图带电粒子所受 的洛伦兹力的方向或带电粒子的 带电性
F
V
× ×V ×
B
V
× × ×F
×××
V
垂直纸面向外
垂直纸面向里
3.特点： ① F洛⊥B, F洛⊥V(垂直于v和B所
决定的平面)
② 洛伦兹力对电荷不做功
[例1] 一个电子的速率V=3×106 m/s，垂直射入B=0.1T的匀强磁场 中，它所受的洛伦兹力为多大？ （e=1.6×10-19 C）
解：F = qvB = evB=1.6 ×10-19 ×3 ×106 ×0.1N
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？
三 . 洛伦兹力的大小
1.公式推导：
设通电导体的长度：L
横截面积：S
单位体积内的电荷数：n
每个电荷的带电量：q
电荷定向移动的速率：v
F安=BIL
洛 与 B不平行. 伦 3、方向判定：左手定则. F⊥B, F⊥V (F 兹 垂直于v和B所决定的平面) 力
4、大小（公式）：F = qvB (只适用于
v⊥B的情况). 5、做功与能量转化：洛伦兹力对电荷不 做功，无能量转化.
带电粒子在磁场中的运动
1、运动方向与磁场平行时不受洛伦兹力，做 匀速直线运动。