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1、带电粒子在磁场中动动第1页，本讲稿共13页教学目的教学目的n n1知道什么是洛仑兹力知道什么是洛仑兹力n n2利用左手定则会判断洛仑兹力的方向利用左手定则会判断洛仑兹力的方向n n3知道洛仑兹力大小的推导过程知道洛仑兹力大小的推导过程n n4掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受掌握垂直进入磁场方向的带电粒子，受到洛仑兹力大小的计算到洛仑兹力大小的计算n n5了解了解v与与B垂直时的洛仑兹力大小及方垂直时的洛仑兹力大小及方向判断向判断n n6理解洛仑兹力对电荷不做功理解洛仑兹力对电荷不做功第2页，本讲稿共13页问题的提出 磁场作用在通电导磁场作用在通电导磁场作用在通电导磁场作用在通电导线有安培力，
2、磁场对运动线有安培力，磁场对运动线有安培力，磁场对运动线有安培力，磁场对运动电荷是否有力的作用？电荷是否有力的作用？电荷是否有力的作用？电荷是否有力的作用？实验探究：实验探究：阴极射线管结构及原理阴极射线管结构及原理实验现象实验现象 结论：结论：磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用力称力称洛仑兹力洛仑兹力洛仑兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力通电导线在磁场洛仑兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力通电导线在磁场中所受安培力是洛仑兹力的宏观表现中所受安培力是洛仑兹力的宏观表现 第3页，本讲稿共13页vF1 1、f f在什么平面内？它与在什么平面内？它与V V的方向关系怎样？的方向关系怎样？2 2
3、、f f对运动电荷是否做功？对运动电荷是否做功？3 3、f f对运动电荷的运动起何作用？对运动电荷的运动起何作用？4 4、带电粒子在磁场中的运动具有什么特点？、带电粒子在磁场中的运动具有什么特点？v问题讨论：问题讨论：磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力 洛仑兹力洛仑兹力第4页，本讲稿共13页fvvvvfff一、洛仑兹力的方向一、洛仑兹力的方向左手定则左手定则左左手手定定则则：伸伸开开左左手手，使使大大拇拇指指跟跟其其余余四四指指垂垂直直且且处处于于同同一一平平面面内内，把把手手放放入入磁磁场场中中，让让磁磁感感线线垂垂直直穿穿入入手手心心，若若四四指指指指向向正正电电荷荷运运动动的的
4、方方向向，那那么么拇拇指指所所指指的的方方向向就就是是正电荷所受洛仑兹力的方向正电荷所受洛仑兹力的方向思考：若是负电荷运动运动，应如何？思考：若是负电荷运动运动，应如何？第5页，本讲稿共13页例题n n1试判断如图所示的带电粒子刚进入磁场所受的洛伦兹力的方向：+qv+qv+qv+qv第6页，本讲稿共13页二、洛仑兹力的大小二、洛仑兹力的大小柱体模型柱体模型:若有一段长度为若有一段长度为L的通电导线，横截面积为的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电，每个自由电荷的电量为量为q，定向移动的平均速率为，定向移动的平均速率为v，将这段导
5、线，将这段导线垂直垂直于磁于磁场方向放入磁感应强度为场方向放入磁感应强度为B的磁场中所受的安培力的磁场中所受的安培力F安安则有 F=ILB又 I=nqvS (P:157思考与讨论)F安=nqvSLB安培力安培力F安可以看作是作用在每个运动电荷上的洛安可以看作是作用在每个运动电荷上的洛仑兹力仑兹力F的合力，这段导线中含有的运动电荷数为的合力，这段导线中含有的运动电荷数为nLSF=qvB 第7页，本讲稿共13页问题：若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛仑兹问题：若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛仑兹问题：若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛仑兹问题：若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛仑兹力又如
6、何呢？力又如何呢？力又如何呢？力又如何呢？由通电导线不垂直于磁场时受到的安培力入手分析，由通电导线不垂直于磁场时受到的安培力入手分析，F F安安=ILBsin=ILBsin重复导线垂直于磁场的推导过程，可得重复导线垂直于磁场的推导过程，可得F=qvBsinF=qvBsin。说明：说明：(1)角为电荷运动方向与磁场方向的夹角角为电荷运动方向与磁场方向的夹角讨论：讨论：=90时，时，F=qvB=0时，时，v和和B在同一直线上，在同一直线上，F0不受洛仑兹力不受洛仑兹力(2)因为B为矢量Bsin为B在垂直于v方向上的分量、Bcos为B沿v方向上的分量(3)因为v为矢量：F=qvBsin可写成F=qB
7、vsin、vsin理解为v在垂直于B方向上的分量第8页，本讲稿共13页复习：洛仑兹力的大小复习：洛仑兹力的大小（1 1）推导：将一段通有电流为）推导：将一段通有电流为）推导：将一段通有电流为）推导：将一段通有电流为I I的导线垂直放入磁的导线垂直放入磁的导线垂直放入磁的导线垂直放入磁感强度为感强度为感强度为感强度为BB的匀强磁场中，设导线长为的匀强磁场中，设导线长为的匀强磁场中，设导线长为的匀强磁场中，设导线长为L L、横截面、横截面、横截面、横截面积为积为积为积为S S、单位体积中含有自由电荷数为、单位体积中含有自由电荷数为、单位体积中含有自由电荷数为、单位体积中含有自由电荷数为n n，每个
8、自，每个自，每个自，每个自由电荷的电荷量为由电荷的电荷量为由电荷的电荷量为由电荷的电荷量为q q，定向移动的平均速率为，定向移动的平均速率为，定向移动的平均速率为，定向移动的平均速率为v v，F F安安安安=；这段导线中含有自由电荷总数；这段导线中含有自由电荷总数；这段导线中含有自由电荷总数；这段导线中含有自由电荷总数为为为为 。这段导线所受到的安培力可以看作是作用在。这段导线所受到的安培力可以看作是作用在。这段导线所受到的安培力可以看作是作用在。这段导线所受到的安培力可以看作是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力的合力，每个自由电荷每个运动电荷上的洛伦兹力的合力，每个自由电荷每个运动电荷上的洛伦兹
9、力的合力，每个自由电荷每个运动电荷上的洛伦兹力的合力，每个自由电荷的受到的洛伦兹力的受到的洛伦兹力的受到的洛伦兹力的受到的洛伦兹力F F=。上述各物理量的单位分别为上述各物理量的单位分别为上述各物理量的单位分别为上述各物理量的单位分别为 、。（2 2）如果电荷的运动方向与磁场方向平行，则电荷不受）如果电荷的运动方向与磁场方向平行，则电荷不受）如果电荷的运动方向与磁场方向平行，则电荷不受）如果电荷的运动方向与磁场方向平行，则电荷不受洛伦兹力作用。洛伦兹力作用。洛伦兹力作用。洛伦兹力作用。第9页，本讲稿共13页三、洛仑兹力的特点三、洛仑兹力的特点1洛仑兹力对运动电荷不做功，不会改洛仑兹力对运动电荷
10、不做功，不会改 变电荷运动的速率变电荷运动的速率2洛舍兹力的大小和方向都与带电粒子洛舍兹力的大小和方向都与带电粒子 运动状态有关运动状态有关 分析：洛仑兹力的方向垂直于v和B组成的平面即洛仑兹力垂直于速度方向因此，洛仑兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以洛仑兹力对电荷不做功fvvvvfff第10页，本讲稿共13页 运动电荷在磁场中受到洛仑兹运动电荷在磁场中受到洛仑兹运动电荷在磁场中受到洛仑兹运动电荷在磁场中受到洛仑兹力的作用，运动的方向会发生偏转，力的作用，运动的方向会发生偏转，力的作用，运动的方向会发生偏转，力的作用，运动的方向会发生偏转，这一点对地球上的生命来说有十分这一点对地球上
11、的生命来说有十分这一点对地球上的生命来说有十分这一点对地球上的生命来说有十分重要的意义从太阳或其它星体上，重要的意义从太阳或其它星体上，重要的意义从太阳或其它星体上，重要的意义从太阳或其它星体上，时刻都有大量的高能粒子流放出，时刻都有大量的高能粒子流放出，时刻都有大量的高能粒子流放出，时刻都有大量的高能粒子流放出，称为宇宙射线，这些高能离子流如称为宇宙射线，这些高能离子流如称为宇宙射线，这些高能离子流如称为宇宙射线，这些高能离子流如果到达地球，将对地球上的生物带果到达地球，将对地球上的生物带果到达地球，将对地球上的生物带果到达地球，将对地球上的生物带来危害，庆幸的是，地球周围存在来危害，庆幸的
12、是，地球周围存在来危害，庆幸的是，地球周围存在来危害，庆幸的是，地球周围存在地磁场，地磁场改变宇宙射线中带地磁场，地磁场改变宇宙射线中带地磁场，地磁场改变宇宙射线中带地磁场，地磁场改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，使它们不能到电粒子的运动方向，使它们不能到电粒子的运动方向，使它们不能到电粒子的运动方向，使它们不能到达地球，对宇宙射线起了一定的阻达地球，对宇宙射线起了一定的阻达地球，对宇宙射线起了一定的阻达地球，对宇宙射线起了一定的阻碍作用碍作用碍作用碍作用 。第11页，本讲稿共13页例题n n2 2 带电为带电为带电为带电为+q+q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法的粒子在匀强磁场中运动，下列说
13、法的粒子在匀强磁场中运动，下列说法的粒子在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是中正确的是中正确的是中正确的是 （）AA、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。、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。BB、如果把、如果把、如果把、如果把+q+q改为改为改为改为-q-q，且速度反向大小不变，则洛伦兹力，且速度反向大小不变，则洛伦兹力，且速度反向大小不变，则洛伦兹力，且速度反向大小不变，则洛伦兹力的大小不变。的大小不变。的大小不变。的大小不变。C C、洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定、洛伦兹力方向一定与电荷
14、速度方向垂直，磁场方向一定、洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定、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。与电荷运动方向垂直。与电荷运动方向垂直。与电荷运动方向垂直。DD、粒子只受到洛伦兹力作用，其运动的动能、动量、粒子只受到洛伦兹力作用，其运动的动能、动量、粒子只受到洛伦兹力作用，其运动的动能、动量、粒子只受到洛伦兹力作用，其运动的动能、动量均不变。均不变。均不变。均不变。第12页，本讲稿共13页3、已知氢核和氦核的质量之比、已知氢核和氦核的质量之比m1：m2=1：4，电量之比，电量之比q1：q2=1：2，当氢核与氦核以相同的动量，垂直于磁场方向射入，当氢核与氦核以相同的动量，垂直于磁场方向射入磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核半径之比磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核半径之比r1：r2=-，周期之比，周期之比T1：T2=-。若它们以。若它们以相同的动能射入磁场后，其半径之比相同的动能射入磁场后，其半径之比R1：R2=-，周，周期之比期之比T1：T2=-。例题第13页，本讲稿共13页