3.5运动电荷在磁场中受到的力学案(人教版选修3-1)讲解.doc

第5节运动电荷在磁场中受到的力 1.磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力，洛伦兹力的方向可由左手定则判定。2．洛伦兹力的大小为F＝qvBsinθ，其中θ为电荷运动方向与磁场方向的夹角。 3．电视显像管应用了电子束磁偏转的原理。电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的，叫做偏转线圈。 洛伦兹力的方向 1．洛伦兹力的定义 运动电荷在磁场中所受的作用力。 2．洛伦兹力的方向 (1)实验观察——阴极射线在磁场中的偏转。 ①没有磁场时电子束是一条直线。 ②将一蹄形磁铁跨放在阴极射线管外面，电子流运动轨迹发生弯曲。 (2)洛伦兹力方向的判断： 左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。 1．对洛伦兹力方向的理解 (1)洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向和磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动方向和磁场方向所决定的平面，F、B、v三者的方向关系是：FB、Fv，但B与v不一定垂直。 (2)洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化。但无论怎么变化，洛伦兹力都与运动方向垂直，故洛伦兹力永不做功，它只改变电荷运动方向，不改变电荷速度大小。 2．洛伦兹力与安培力的联系和区别 区　别 联　系 ①洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力，而安培力是指通电导线(即大量带电粒子)所受到的磁场力 ②洛伦兹力永不做功，而安培力可以做功 ①安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释 ②大小关系：F安＝NF洛(N是导体中定向运动的电荷数) ③方向关系：洛伦兹力与安培力的方向一致，均可用左手定则进行判断 [特别提醒] (1)判断负电荷在磁场中运动受洛伦兹力的方向，四指要指向负电荷运动的相反方向，也就是电流的方向，或者让磁感线穿过手背也可判断。 (2)电荷运动的方向v和B不一定垂直，但洛伦兹力一定垂直于磁感应强度和速度方向。 1．试判断如图3－5－1所示的各图中带电粒子所受洛伦兹力的方向或带电粒子的电性。 图3－5－1 解析：由左手定则判定，A：带电粒子受力方向向上；B：带电粒子受力方向垂直纸面向外；C：带电粒子带负电；D：带电粒子受力方向垂直纸面向里。 答案：见解析 洛伦兹力的大小 (1)电荷量为q的粒子以速度v运动时，如果速度方向与磁感应强度方向垂直，则F＝qvB。 (2)当电荷运动方向与磁场的方向夹角为θ时，F＝qvBsinθ。 (3)当电荷沿磁场方向运动(即θ＝0或vB)时，F＝0。 1．洛伦兹力的大小 (1)理论推导(导线与磁场垂直且固定不动) 假设：一导线长为L，横截面积为S，单位体积内的自由电荷数为n，每一电荷带电量为q，电荷定向移动的平均速率为v。(如图3－5－2所示) 则导线内总的自由电荷数为N＝LSn图3－5－2 导线内的电流强度为I＝nqSv 假设将此导线垂直放入磁感应强度为B的磁场中，则此导线受到的安培力为F安＝BIL 由安培力与洛伦兹力的关系得：F洛＝，F洛＝＝qvB(条件：电荷运动方向与磁场方向垂直) (2)若运动电荷速度v的方向与磁感应强度B的方向成θ角时，可将v分解为与B平行的分量v2和与B垂直的分量v1，其中分速度v2方向不受洛伦兹力，如图3－5－3所示，运动电荷所受洛伦兹力由分速度v1决定：图3－5－3F＝qv1B＝q(vsinθ)B＝qBvsinθ。 [特别提醒] (1)尽管安培力是自由电荷定向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现，但不能认为安培力就简单地等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和，一般只有当导体静止时才能这样认为。 (2)当B与v平行时，电荷不受洛伦兹力(F＝0)；当电荷相对磁场静止时，电荷不受洛伦兹力(F＝0)。 2．洛伦兹力与电场力的比较 洛伦兹力 电场力 产生条件 仅在运动电荷的速度方向与B不平行时，运动电荷才受到洛伦兹力 带电粒子只要处在电场中，一定受到电场力 大小方向 F＝qvBsinθ，方向与B垂直，与v垂直，用左手定则判断 F＝qE，F的方向与E同向或反向 特点 洛伦兹力永不做功 电场力可做正功、负功或不做功 相同点 反映了电场和磁场都具有力的性质 2．一初速度为零的质子(质量m＝1.67×10－27kg，电荷量q＝1.6×10－19 C)经过电压为3 340 V的电场加速后，垂直进入磁感应强度为5.0×10－4 T的匀强磁场中，质子所受洛伦兹力为多大？ 解析：由动能定理：qU＝mv2 则质子所受洛伦兹力F＝qvB＝qB＝6.4×10－17 N。 答案：6.4×10－17 N 电视显像管的工作原理 1.结构 如图3－5－4所示为电视显像管的原理