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1、第五节 磁场对运动电荷的作用力新第1页，本讲稿共43页4、通电导线中的通电导线中的电流是怎样形成的呢电流是怎样形成的呢?【思考】【思考】既然磁场对电流有力的作用既然磁场对电流有力的作用,而电流是而电流是由电荷的定向移动形成的由电荷的定向移动形成的.那么磁场是否对运动那么磁场是否对运动电荷也有作用力呢电荷也有作用力呢?电荷的定向移动形成的电荷的定向移动形成的为什么磁场对通电导线有作用力为什么磁场对通电导线有作用力?复习回顾复习回顾5、电流微观表达式是什么、电流微观表达式是什么?I=nqvS第2页，本讲稿共43页第三章第三章 磁场磁场鄂尔多斯一中物理组：赵春光鄂尔多斯一中物理组：赵春光第3页，本讲
2、稿共43页1、洛伦兹力：、洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力。力叫做洛伦兹力。一、洛伦兹力的定义一、洛伦兹力的定义演示：阴极射线在磁场中的偏转演示：阴极射线在磁场中的偏转荷兰物理学家，他是电子荷兰物理学家，他是电子论的创始人、相对论中洛伦兹论的创始人、相对论中洛伦兹变换的建立者，并因在原子物变换的建立者，并因在原子物理中的重要贡献（塞曼效应）理中的重要贡献（塞曼效应）获得第二届（获得第二届（19021902年）诺贝尔年）诺贝尔物理学奖。被爱因斯坦称为物理学奖。被爱因斯坦称为“我们时代最伟大，最高尚的我们时代最伟大，最高尚的人人”。荷兰物理学家荷兰物理学家 洛伦兹洛
3、伦兹(Lorentz，18531928)第4页，本讲稿共43页磁场对电流有安培力的作用磁场对电流有安培力的作用,而电流是由而电流是由电荷定向运动形成的电荷定向运动形成的,且磁场对运动电荷且磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用。那么有洛伦兹力的作用。那么安培力与洛伦安培力与洛伦兹力的兹力的是什么关系呢？是什么关系呢？（链接）（链接）为什么磁场对通电导线有作用力为什么磁场对通电导线有作用力?一、洛伦兹力的定义一、洛伦兹力的定义安培力是洛伦兹力的安培力是洛伦兹力的宏观表现宏观表现洛伦兹力是安培力的洛伦兹力是安培力的微观本质微观本质2、洛伦兹力与安培力的关系：、洛伦兹力与安培力的关系：第5页，本讲稿共43页
4、二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向1、推理：左手定则可以判断安培力的方向，、推理：左手定则可以判断安培力的方向，大量定向移动电荷所受洛伦兹力宏观表现为大量定向移动电荷所受洛伦兹力宏观表现为安培力，所以可以用左手定则判断洛伦兹力安培力，所以可以用左手定则判断洛伦兹力的方向。的方向。第6页，本讲稿共43页2、用来判定洛伦兹力方向的左手定则、用来判定洛伦兹力方向的左手定则左手定则：左手定则：伸开左手伸开左手,使拇指与其余四指垂使拇指与其余四指垂直且处于同一平面内直且处于同一平面内;让磁感线从掌心进入让磁感线从掌心进入,使四指指向正电荷运动的方向使四指指向正电荷运动的方向,拇指所指的拇指所指的方向就
5、是正电荷所受洛伦兹力的方向方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向 二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向第7页，本讲稿共43页如果是如果是负电荷负电荷,我们应如何判定洛伦我们应如何判定洛伦兹力的方向兹力的方向?FFvqv-q四指所指的是正四指所指的是正电荷运荷运动的方向，若的方向，若为负电荷荷应使四指使四指指向指向负电荷运荷运动的反方向。的反方向。3、实验验证、实验验证二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向第8页，本讲稿共43页vFvFvBF垂直于垂直于纸面向外纸面向外F垂直于垂直于纸面向外纸面向外v甲乙丙丁练练1、试判断下图中的带电粒子刚进入磁试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向场时所
6、受洛伦兹力的方向 BBB二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向第9页，本讲稿共43页1、以相同速度进入同一磁场的、以相同速度进入同一磁场的正、负正、负电电荷受到的洛伦兹力方向荷受到的洛伦兹力方向相反相反2、洛伦兹力的方向、洛伦兹力的方向 垂垂直直于于v和和B组成的平面组成的平面B F洛洛v二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向心得体会心得体会第10页，本讲稿共43页洛伦兹力大小可能会与哪些因素有洛伦兹力大小可能会与哪些因素有关关?当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦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兹力的大小跟三个因素相关:1.磁感应强度磁感应强度B2.电荷量电荷量q3.电荷
7、运动快慢电荷运动快慢v三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小第11页，本讲稿共43页vvvv设有一段长为设有一段长为L，横截面积，横截面积为为S的直导线，单位体积内的直导线，单位体积内的自由电荷数为的自由电荷数为n，每个自，每个自由电荷的电荷量为由电荷的电荷量为q，自由，自由电荷定向移动的速率为电荷定向移动的速率为v.这段通电导线垂直磁场方这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为向放入磁感应强度为B的的匀强磁场中，求洛伦兹力匀强磁场中，求洛伦兹力的大小。的大小。三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小第12页，本讲稿共43页IFvvvv(1)通电导线中的电流通电导线中的电流(2)通电导线所受的安培力
8、通电导线所受的安培力(3)这段导线内的自由电荷数这段导线内的自由电荷数(4)每个电荷所受的洛伦兹力每个电荷所受的洛伦兹力单位：单位：F(N)，q(C)，v(m/s),B(T)三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小第13页，本讲稿共43页电荷量为电荷量为q的粒子以速度的粒子以速度v运动时运动时,如果如果速度方向与磁感应强度方向速度方向与磁感应强度方向垂直垂直,那么那么粒子所受的洛伦兹力为粒子所受的洛伦兹力为(v垂直垂直B)问题问题:若带电粒子不垂直射入磁场若带电粒子不垂直射入磁场,粒子受到的洛伦兹力又如何呢粒子受到的洛伦兹力又如何呢?三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小第14页，本讲稿共43页V2
9、V1三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小第15页，本讲稿共43页(vB)(vB)特例特例:当运动电荷的速度当运动电荷的速度v方向与磁感应强度方向与磁感应强度B方向方向的夹角为的夹角为，电荷所受的洛伦兹力大小为，电荷所受的洛伦兹力大小为 单位：单位：F(N)，q(C)，v(m/s),B(T)三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小第16页，本讲稿共43页F洛洛=qvB =1.6010-1931060.10N =4.810-14N练练2、电子的速率电子的速率v=3106m/s,垂直射入垂直射入B=0.10T的匀强磁场中的匀强磁场中,它受到的洛伦兹它受到的洛伦兹力是多大力是多大?解解：因为：因为v垂直垂
10、直B,所以所受洛伦兹力大小所以所受洛伦兹力大小三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小第17页，本讲稿共43页CDB三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小练练3、当一带正电、当一带正电q的粒子以速度的粒子以速度v沿螺线管中沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力轴线进入该通电螺线管，若不计重力,则则()A带电粒子速度大小改变带电粒子速度大小改变B带电粒子速度方向改变带电粒子速度方向改变C带电粒子速度大小不变带电粒子速度大小不变D带电粒子速度方向不变带电粒子速度方向不变第18页，本讲稿共43页练练4、电荷量为电荷量为q的粒子在匀强磁场中运动，的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的是下列说法正确的是(
11、)A只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同B如果把如果把q改为改为-q，且速度反向，大小不，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小方向不变变，则洛伦兹力的大小方向不变C洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直磁场方向一定与电荷运动方向垂直D粒子的速度一定变化粒子的速度一定变化B三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小第19页，本讲稿共43页练练5、来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方、来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球向射向赤道上空的某一点，则这些质子在
12、进入地球周围的空间时，将周围的空间时，将()A竖直向下沿直线射向地面竖直向下沿直线射向地面B相对于预定地面向东偏转相对于预定地面向东偏转C相对于预定点稍向西偏转相对于预定点稍向西偏转D相对于预定点稍向北偏转相对于预定点稍向北偏转BV三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小第20页，本讲稿共43页+以正电荷为例以正电荷为例第21页，本讲稿共43页 在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，有一种在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，有一种能量被称为能量被称为“太阳风太阳风”。这是一束可以覆盖地球的强。这是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳风在地球上空环绕地大的带电亚原子颗粒流，该太阳风在地
13、球上空环绕地球流动，以大约每秒球流动，以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场，公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏向地磁极下落磁场使该颗粒流偏向地磁极下落，它们与氧和氮的，它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子，原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩，形成极光。在南极地区蓝等色的极光特征色彩，形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区同样可看到这一现形成的叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象，称之为北极光。象，称之为北极光。第22页，本讲稿共43页第23页，本讲
14、稿共43页第24页，本讲稿共43页第25页，本讲稿共43页第26页，本讲稿共43页第27页，本讲稿共43页第28页，本讲稿共43页第29页，本讲稿共43页1998年年9月月25日，摄于美国佛蒙特州日，摄于美国佛蒙特州第30页，本讲稿共43页2000年年4月，摄于美国阿拉斯加州月，摄于美国阿拉斯加州第31页，本讲稿共43页2000年年4月，摄于美国北卡罗来纳州月，摄于美国北卡罗来纳州第32页，本讲稿共43页2000年年4月，摄于美国阿拉斯加州月，摄于美国阿拉斯加州第33页，本讲稿共43页静谧而美丽的极光静谧而美丽的极光第34页，本讲稿共43页流星穿过极光流星穿过极光第35页，本讲稿共43页绿色的
15、极光弧度在夜空中增大绿色的极光弧度在夜空中增大第36页，本讲稿共43页从太空里看到的南极光从太空里看到的南极光第37页，本讲稿共43页 人类第一次成功拍摄到记录地球南北极两端人类第一次成功拍摄到记录地球南北极两端同时出现美丽极光景象的图片。同时出现美丽极光景象的图片。第38页，本讲稿共43页四、洛伦兹力的特点四、洛伦兹力的特点1、洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，、洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于速度方向，即垂直于磁场和速度又垂直于速度方向，即垂直于磁场和速度所组成的平面。所组成的平面。2、洛伦兹力对电荷不做功，即不改变速度、洛伦兹力对电荷不做功，即不改变速度的大小，只改变速度的方向。的
16、大小，只改变速度的方向。第39页，本讲稿共43页比较电场和磁场对电荷的作用力比较电场和磁场对电荷的作用力1.一定一定要受到电场力的作用要受到电场力的作用。不一定不一定要受到洛伦兹力力的作用要受到洛伦兹力力的作用。2.F=qEF=qvBsin3.电场力方向与电场方向：电场力方向与电场方向：4.垂直垂直不一定不一定做功。做功。洛伦兹力对运动的电荷洛伦兹力对运动的电荷电场力的大小：电场力的大小：洛伦兹力的大小：洛伦兹力的大小：平行平行洛伦兹力方向与磁场方向：洛伦兹力方向与磁场方向：电荷在电场中电荷在电场中电荷在磁场中电荷在磁场中一定不一定不做功。做功。电场力对运动的电荷电场力对运动的电荷第40页，本
17、讲稿共43页练练6、电子以初速度、电子以初速度V垂直进入磁感应强垂直进入磁感应强度为度为B的匀强磁场中的匀强磁场中,则则()A.磁场对电子的作用力始终不变磁场对电子的作用力始终不变.B.磁场对电子的作用力始终不做功磁场对电子的作用力始终不做功 C.电子的速度始终不变电子的速度始终不变.D.电子的动能始终不变电子的动能始终不变BD第41页，本讲稿共43页1、洛伦兹力、洛伦兹力:磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力 安培力是洛伦兹力的宏观表现安培力是洛伦兹力的宏观表现2、洛伦兹力方向：左手定则、洛伦兹力方向：左手定则 F V F B 3、洛伦兹力大小：、洛伦兹力大小：F洛洛=qVBsin VB F洛洛=qVB VB F洛洛=0小结小结:磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力(洛伦兹力洛伦兹力)第42页，本讲稿共43页P94“问题与练习问题与练习”第第1、2、3、4题。题。作业：作业：第43页，本讲稿共43页