高中物理選修3-1第三章第五節(jié)

第三章磁場第五節(jié)運動電荷在磁場中受到的力1.知道什么是洛倫茲力。2.利用左手定則會判斷洛倫茲力的方向，(重點）理解洛倫茲力對電荷不做功（難點）3.掌握洛倫茲力大小的推理過程。4.掌握垂直進入磁場方向的帶電粒子，受到洛倫茲力大小的計算。（重點）5.了解電視機顯像管的工作原理。復習回顧方向:IB30°IB安培力:1、通電導線在磁場中受到的力大小:FF左手定則磁場對通電導線（電流）有力的作用，而電流是電荷的定向運動形成的，由此你想到了什么？磁場對運動電荷也有力的作用。導體中的電流是由電荷的定向移動產(chǎn)生的電流是如何形成的？洛倫茲（1853─1928）一、洛倫茲力2.洛倫茲力與安培力的關(guān)系：

1.磁場對運動電荷有力的作用，這個力叫做洛侖茲力。安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)；洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)。安培力洛侖茲力磁場對電流的作用磁場對運動電荷的作用因果微觀原因宏觀表現(xiàn)猜想：能不能用左手定則來判定？推理：我們曾經(jīng)用左手定則判定安培力的方向。大量定向移動電荷所受洛倫茲力宏觀表現(xiàn)為安培力，因此，可以用左手定則判定洛倫茲力的方向。驗證：嘗試不同方向的磁場對電子束的不同影響，判斷運動的電子束在各種方向的磁場中的受力方向。

洛侖茲力F洛

的方向如何確定？v1.伸開左手，使拇指與其余四指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過手心，若四指指向正電荷運動的方向，那么拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向。F洛F洛二、洛倫茲力的方向─左手定則2.若四指指向負電荷運動的反方向，那么拇指所指的方向就是負電荷所受洛倫茲力的方向。v7BvF洛1.以相同速度進入同一磁場的正、負電荷受到的洛倫茲力方向相反。2．洛倫茲力的方向既垂直于磁場，又垂直于速度，即垂直于v和B所組成的平面。3．洛倫茲力對電荷不做功，只改變速度的方向，不改變速度的大小。例1.試判斷下圖中的帶電粒子剛進入磁場時所受洛倫茲力的方向。FFF

垂直于紙面向外F

垂直于紙面向外vBvBvBvB變式．電荷的速度方向、磁場方向和電荷的受力方向之間關(guān)系正確的是()A如果帶電粒子射入勻強磁場時（不計粒子重力），初速度

v0

跟磁感強度B的方向平行，粒子將做什么運動？以初速度

v0做勻速直線運動試判斷：圖中的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的情況如何？v0類比：我們知道，當電流方向跟磁場方向平行時安培力等于0。當帶電粒子的運動方向與磁場方向平行時，洛倫茲力最小──F洛=0。實驗表明：磁場越強（磁感強度越大）、電荷量越大、運動速度越快，電荷受到的洛倫茲力越大。可見：當電荷運動方向跟磁場方向垂直時洛倫茲力的大小跟三個因素相關(guān)：磁感應強度

B、電荷量

q

、電荷運動快慢v。v0當帶電粒子的運動方向與磁場方向垂直時，洛倫茲力F洛最大。洛倫茲力大小可能會與哪些因素有關(guān)?vvvv設(shè)有一段長為L，橫截面積為S的直導線，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q，自由電荷定向移動的速率為v.這段通電導線垂直磁場方向放入磁感應強度為B的勻強磁場中，求：(1)通電導線中的電流.(2)通電導線所受的安培力.(3)這段導線內(nèi)的自由電荷數(shù).(4)每個電荷所受的洛倫茲力.（1）通電導線中的電流（2）通電導線所受的安培力（3）這段導線內(nèi)的自由電荷數(shù)（4）每個電荷所受的洛倫茲力IF安洛倫茲力公式理論推導：設(shè)有一段長為L，橫截面積為S的直導線(如圖)，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q,自由電荷定向移動的速率為v。這段通電導線垂直磁場方向放入磁感應強度為B的勻強磁場中，求:vI=nqvSF安

=BIL=B(nqvS)LN=nSL(v⊥B)三、洛倫茲力的大小電荷量為q

的粒子以速度v運動時，如果速度方向與磁感應強度方向垂直，那么粒子所受的洛倫茲力為：F洛

=qvB當

v∥B時，

F洛

=0問題:若帶電粒子不垂直射入磁場,粒子受到的洛倫茲力又如何呢?v2v1vθF洛

=qvBsinθ

(θ

為

B與

v的夾角

)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力微觀表現(xiàn)。2.大小關(guān)系：F安＝

NF洛（N是導體中運動的電荷數(shù)）。3.方向關(guān)系：F安

與

F洛方向相同。4.F安與

F洛

本質(zhì)都是磁場對運動電荷的作用力。洛倫茲力與安培力的關(guān)系思考與討論（1）洛倫茲力方向與帶電粒子的運動方向有什么關(guān)系？洛倫茲力方向與帶電粒子運動方向垂直（2）洛倫茲力帶電粒子運動的速度有什么影響？只改變粒子速度的方向，不改變粒子速度的大?。?）洛倫茲力對帶電粒子做的功是多少？由于洛倫茲力方向始終與帶電粒子運動方向垂直，所以洛倫茲力對運動電荷不做功

F洛=qvB=1.60×10-19×3×106×0.10N=4.8×10-14N電子的速率v=3×106m/s,垂直射入B=0.10T的勻強磁場中,它受到的洛倫茲力是多大?變式練習解：因為v垂直B,所以所受洛倫茲力大小1.關(guān)于安培力和洛倫茲力，下列說法正確的是()A.安培力和洛倫茲力是性質(zhì)完全不同的兩種力B.安培力和洛倫茲力，其本質(zhì)都是磁場對運動電荷的作用力C.安培力和洛倫茲力，二者是等價的D.安培力對通電導體能做功，但洛倫茲力對運動電荷不能做功BD1、構(gòu)造:電子槍(陰極)偏轉(zhuǎn)線圈熒光屏等四、應用：電視顯像管的工作原理

（1）要使電子打在A點,偏轉(zhuǎn)磁場應該沿什么方向?垂直紙面向外（2）要是電子打在B點,偏轉(zhuǎn)磁場應該沿什么方向?垂直紙面向里（3）要是電子打從A點向B點逐漸移動,偏轉(zhuǎn)磁場應該怎樣變化？先垂直紙面向外并逐漸減小,后垂直紙面向里并逐漸增大.2、工作原理：【思考與討論】

電子束從最上一行到掃描到最后一行叫做一場。電視中每秒要進行50場掃描，因為人眼的“視覺暫留”，所以我們會感覺整個熒光屏都在發(fā)光。1.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。vF洛vv洛倫茲力方向垂直紙面向里洛倫茲力方向垂直紙面向外vF洛BC2.下列說法中正確的是（）

A.

磁場方向、電荷運動方向、洛侖茲力方向三者總是互相垂直的

B.洛侖茲力方向一定既垂直于磁場方向，又垂直于電荷運動方向

C.

電荷運動方向與磁場方向可能垂直，也可能不垂直，但洛侖茲力方向一定與磁場方向和運動方向都垂直

D.

根據(jù)電荷運動方向和洛侖茲力方向，一定能確定磁場方向3．一個帶電粒子，沿垂直于磁場的方向射入一勻強磁場，粒子的一段徑跡如圖所示，徑跡上的每小段都可近似看成圓弧，由于帶電粒子使沿途空氣電離，粒子的能量逐漸減少(帶電荷量不變)，從圖中情況可以確定()A．粒子從a運動到b，帶正電B．粒子從b運動到a，帶正電C．粒子從a運動到b，帶負電D．粒子從b運動到a，帶負電B4.有一質(zhì)量為m，電荷量為q的帶正電的小球停在絕緣平面上，并處在磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中，如圖所示．為了使小球飄離平面，勻強磁場在紙面內(nèi)移動的最小速度應為多少？方向如何？5．兩個帶電粒子以相同的速度垂直磁感線方向進入同一勻強磁場，兩粒子質(zhì)量之比為1∶4，電量之比為1∶2，則兩帶電粒子受洛倫茲力之比為()A．2∶1B．1∶1C．1∶2 D．1∶4C6.一個帶正電的小球以速度v0沿光滑的水平絕緣桌面向右運動，飛離桌子邊緣后，通過勻強磁場區(qū)域，落在地板上，磁場方向垂直紙面向里(如圖所示)，其水平射程為s1，落地速度為v1；撤去磁場后，其他條件不變，水平射程為s2，落地速度為v2，則()A．s1＝s2B．s1＞s2C．v1＝v2D．v1＞v2

BC7.如圖所示，勻強磁場的方向豎直向下，磁場中有光滑的水平桌面，在桌面上平放著內(nèi)壁光滑、底部有帶電小球的試管．在水平拉力F的作用下，試管向右勻速運動，帶電小球能從試管口處飛出，則()A．小球帶負電B．小球運動的軌跡是一條拋物線C．洛倫茲力對小球做正功D．維持試管勻速運動的拉力F應逐漸增大BD8.擺長為

L

的單擺在勻強磁場中擺動，擺動中擺線始終繃緊，若擺球帶正電，電量為q，質(zhì)量為

m，磁感應強度為

B，細繩與豎直方向的夾角為

α

。當小球從如圖所示的位置擺到最低處時，擺線上拉力T

多大？α當擺球向右擺到最低點時，速度方向水平向右，洛倫茲力方向豎直向上，如圖所示。則：Tmg=m

解析:擺球在運動中洛倫茲力