資源簡介

(共45張PPT)
第三章 磁場
第五節 運動電荷在磁場中受到的力
極光是怎樣形成的？
電視機的內部顯像管中，電子槍射出的是一束細細的電子束，為什么整個屏幕都能發光？若在電視機附近放置一個很強的磁鐵，電視畫面將會出現顏色失真的現象，這又是為什么？
知識回顧
2、判斷下列圖中安培力的方向：
F
F
3、電流是如何形成的？
方向：
安培力:
1、磁場對通電導線的作用力
θ為B和I
之間的夾角
大小：
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，由此你會想到了什么？
磁場可能對運動電荷有力的作用。
導體中的電流是由電荷的定向移動產生的:I=nqsv
觀察陰極射線在磁場中的偏轉
如圖所示的玻璃管已經抽成真空。當左右兩個電極按圖示的極性連接到高壓電源時，陰極會發射電子。電子在電場的加速下飛向陽極。擋板上有一個扁平的狹縫，電子飛過擋板后形成一個扁平的電子束。長條形的熒光板在陽極端稍稍傾向軸線，電子束掠射到熒光板上，顯示出電子束的徑跡。
陰極
陽極
狹縫
熒光板
電子束
陰極射線管
運動電荷在磁場中所受的力——洛倫茲力
實驗觀察到的現象：
1、沒磁場，沿直線運動
2、電子流在磁場中發生了偏轉，運動軌跡發生彎曲
3、當磁場的方向發生變化時，電子流的彎曲方向也發生了改變
結論：
1、磁場對運動電荷有力的作用
2、磁場對運動電荷力的方向與磁場的方向及電荷的運動方向有關
1、定義：運動電荷在磁場中受到的作用力，叫洛倫茲力
2、安培力與洛倫茲力的關系
安培力是洛倫茲力的宏觀表現
洛倫茲力是安培力的微觀本質
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
一
洛倫茲力
1、左手定則：伸開左手，使拇指和其余四指垂直，并且都與手掌在同一平面內，讓磁感線從掌心進入，并使四指指向正電荷運動的方向或負電荷運動的反方向，這時拇指所指的方向就是該電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。
二
洛倫茲力的方向—左手定則
2、說明：
伸開左手：
磁感線——垂直穿入手心
四指——
大拇指——所受洛倫茲力的方向
①指向正電荷的運動方向
②指向負電荷運動的反向
結論：洛倫茲力的方向既跟磁場方向垂直F⊥B，又跟電方荷的運動方向垂直F⊥v，故洛倫茲力的方向總是垂直于磁感線和運動電荷所在的平面，即：F洛⊥Bv平面
v
F
v
F
V
v1
v2
V
B
B
F
+
F
洛倫茲力F與v、B三者之間的方向關系
+
F既與B垂直又與v垂直，即垂直于B和v所確定的平面，但B與v不一定垂直.
洛倫茲力的特點：
（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）洛倫茲力的方向垂直于v和B組成的平面
F洛
v
B
（3）洛倫茲力對電荷不做功,只改變粒子速度的方向，不改變粒子速度的大小。
v
F
v
F
B
v
B
B
B
v
甲
乙
丙
丁
試判斷下圖中的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的方向.
F垂直于
紙面向外
F垂直于
紙面向外
例、下列各圖中帶電粒子剛剛進入磁場，試判斷這時粒子所受洛倫茲力的方向
× × ×
× × ×
× × ×
+
× × ×
× × ×
× × ×
V
V
+
V
V
V
+
V
FL
+
V
垂直紙面向外
垂直紙面向里
+
V
FL
FL
FL
FL=0
FL=0
B
V
F
+
q
F
V
B
F垂直紙面向外，V
+
若有一段長度為L的通電導線，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數為n，每個自由電荷的電量為q，定向移動的平均速率為v，將這段導線垂直于磁場方向放入磁感應強度為B的勻強磁場中。
[推導]
這段導體所受的安培力：
每個自由電荷所受的洛倫茲力大小 ：
F=BIL
I=nqsv
N=nLs
三
洛倫茲力的大小
I 的微觀表達式：
這段導體中含有的自由電荷數：
1、洛倫茲力的計算公式
(4)當電荷靜止于磁場中時（v =0）: f洛＝0 (即靜止電荷不受洛倫茲力)
上式中各量的單位：
F洛為N，q為C，v為m/s，B為T
F安與f洛本質都是磁場對運動電荷的作用力
(1)當電荷運動的方向與磁場方向的夾角為θ時（v與B成θ角），電荷所受的洛倫茲力為：f洛＝qvBsin θ.
(2)當電荷運動的方向與磁場方向垂直時（v⊥B）：f洛＝qvB.
(3)當電荷運動的方向與磁場方向平行時（v∥B）：f洛＝0.
問題：若帶電粒子不垂直射入磁場，電子受到的洛倫茲力又如何呢？
為B和v之間的夾角
v
B11
B
┴
v
v
v11
┴
（1）洛倫茲力與安培力的關系
2、重點解析
③大小關系：F安＝NF洛（N是導體中運動的電荷數）
④方向關系：F安與F洛方向相同
⑤F安與F洛本質都是磁場對運動電荷的作用力
①安培力是導體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現，而洛倫茲力是安培力的微觀本質.
②洛倫茲力對電荷不做功，但安培力卻可以對導體做功.
（2）.洛倫茲力的大小：F＝qvBsin θ，θ為電荷運動的方向與磁感應強度方向的夾角.
①當θ＝90°時，v⊥B，sin θ＝1，F＝qvB，即運動方向與磁場垂直時，洛倫茲力最大.
②當v∥B時，θ＝0°，sin θ＝0，F＝0，即運動方向與磁場平行時，不受洛倫茲力.
F洛=qvB
=1.60×10-19×3×106×0.10N
=4.8×10-14N
1、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？
解：因為v垂直B，所以所受洛倫茲力大小
2、當一帶正電q的粒子以速度v沿螺線管中軸線進入該通電螺線管，若不計重力，則 （ ）
A．帶電粒子速度大小改變；
B．帶電粒子速度方向改變；
C．帶電粒子速度大小不變；
D．帶電粒子速度方向不變。
CD
3、電荷量為＋q的粒子在勻強磁場中運動，下列說法正確的是( )
A．只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同
B．如果把＋q改為-q，且速度反向，大小不變，則洛倫茲力的大小方向不變
C．洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直，磁場方向一定與電荷運動方向垂直
D．粒子的速度一定變化
B
4、來自宇宙的質子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質子在進入地球周圍的空間時，將( )
A．豎直向下沿直線射向地面
B．相對于預定地面向東偏轉
C．相對于預定點稍向西偏轉
D．相對于預定點稍向北偏轉
B
V
【例】如圖所示，各圖中的勻強磁場的磁感應強度均為B，帶電粒子的速率均為v，帶電荷量均為q。試求出圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小，并指出洛倫茲力的方向。
擺球在最低點時的速度方向不同，洛倫茲力方向不同，繩受到的拉力大小不同
注：圖中擺球向右擺時
附：當擺球從角度α釋放向左擺時線上拉力T=？(略)
【例】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質量為m，磁感應強度為B，當小球從圖中最高處放開擺到最低處，擺線上拉力T多大？
擺球在運動中洛倫茲力不做功，由動能定理得：
解析：
1、主要構造:
電子槍（陰極）、偏轉線圈、熒光屏組成
顯像管
四
電視顯像管的工作原理
【思考與討論】
（1）要使電子打在A點,偏轉磁場應該沿什么方向
（2）要使電子打在B點,偏轉磁場應該沿什么方向
垂直紙面向外
垂直紙面向里
（3）要使電子從A點向B點逐漸移動,偏轉磁場應該怎樣變化？
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．原理：(1)電子槍發射電子．
(2)電子束在磁場中偏轉．
(3)熒光屏被電子束撞擊時發光．
3．在偏轉區的水平方向和豎直方向都有偏轉磁場，其方向、強弱都在不斷變化，使得電子束打在熒光屏上的光點從上向下、從左向右不斷移動．
在偏轉區的水平方向和豎直方向都有偏轉磁場，其方向、強弱都在不斷變化，因此電子束打在熒光屏上的光點就像如圖所示那樣不斷移動，這在電視技術中叫做掃描。 電子束在熒光屏上掃描一行之后，迅速返回（虛線），再做下一行掃描，直到熒光屏的下端,叫做一場，電視機中每秒要進行50場掃描，由于人的“視覺暫留”，我們感到整個熒光屏都在發光．
4、電視顯像管的工作原理
如果電視機熒光屏上沒有圖像，只有一條水平亮線，故障可能出現在哪里？
問題與練習
熒光屏上只有一條水平的亮線，說明電子束在豎直方向的運動停止了。故障可能是，在顯像管的偏轉區產生方向的磁場的線圈上沒有電流通過。說明：應該注意的是，水平方向的磁場使電子束產生豎直方向的分速度，而豎直方向的磁場使電子束產生水平方向的分速度。
【例2】一初速度為零的質子（質量m=1.67×10-27kg，電荷量q=1.6×10-19C）經過電壓3340V的電場加速后，垂直進入磁感應強度為5.0×10-4T的勻強磁場中，質子所受到的洛倫茲力是多大？
宇宙射線
從太陽或其他星體上，時刻都有大量的高能粒子流放出，稱為宇宙射線。這些高能粒子流若都到達地球，將對地球上的生物帶來危害。但由于地球周圍存在磁場，在洛倫茲力的作用下，改變了宇宙射線中帶電粒子的運動方向，從而對宇宙射線起了一定的阻擋作用。
人類首次拍到南北極光“同放光彩”奇景
+
+
以正電荷為例
在太陽創造的諸如光和熱等形式的能量中，有一種能量被稱為“太陽風”。這是一束可以覆蓋地球的強大的帶電亞原子顆粒流，該太陽風在地球上空環繞地球流動，以大約每秒400公里的速度撞擊地球磁場，磁場使該顆粒流偏向地磁極下落，它們與氧和氮的原子碰撞，擊走電子，使之成為激發態的離子，這些離子發射不同波長的輻射，產生出紅、綠或藍等色的極光特征色彩，形成極光。在南極地區形成的叫南極光。在北極地區同樣可看到這一現象，稱之為北極光。
十九世紀二十年代, 以塞貝克(數學家)為代表的科學家已認識到: 溫度差會引起電流, 安培考慮到地球自轉造成了太陽照射后正面與背面的溫度差, 從而提出如下假設: 地球磁場是由繞地球的環形電流引起的, 則該假設中的電流方向是（ ）
A、由西向東垂直磁子午線
B、由東向西垂直磁子午線
C、由南向北沿磁子午線
D、由赤道向兩極沿磁子午線方向
B
課堂練習

展開更多......

收起↑