4、磁场对运动电荷作用.docVIP

第4节：磁场对运动电荷的作用——洛伦兹力 ※领域方向：我们已经知道磁场对“通电导体”的磁场力(安培力)规律——大小：F安=IBL；方向：满足左手定则关系，且有，。事实上，通电导体内的电流是由许多自由电荷定向运动形成的，那么，磁场对运动电荷是否产生磁场力？磁场对“运动电荷”的磁场力与对“通电导体”的磁场力是什么关系？磁场对运动电荷的磁场力的大小、方向有什么规律？ 自由电荷受磁场力后如何运动? ※知识探究案※ [学习目标]： 1.知道(当电荷速度方向垂直于磁场方向时)磁场对运动电荷会产生磁场力——洛伦兹力； 推导运动电荷所受洛伦兹力的大小规律公式、方向判定方法。 2.理解洛伦兹力作用在自由电荷上产生的效果——改变速度的方向；建立(速度方向与磁场方向垂直时)自由电荷在匀强磁场中的运动模型——匀速圆周运动；推导自由电荷在匀强磁场中的匀速圆周运动的数学规律。 [自研过程]： 探究一：磁场对运动电荷是否产生磁场力? 设疑猜想：我们知道，磁场对通电导体有磁场力作用——安培力。而通电导体内的电流是由许多定向运动的电荷组成的，那么，磁场对单个运动电荷是否有磁场力？ 实验验证：观看视频《带电粒子在磁场中偏转》。注意观察：运动电荷的轨迹发生弯曲时，电荷运动方向与磁场方向是怎样的？ ；运动电荷的轨迹为什么会发生弯曲？ 机理分析：事实上，当单个电荷运动时仍会形成 ；磁场对放入其中的 会产生磁场力作用。历史上，最早研究磁场对运动电荷的磁场力的科学家是洛伦兹，所以，又把磁场对运动电荷的磁场力叫洛伦兹力。 ●反馈练习： 1．电子束以一定的初速度沿轴线进入螺线管内，螺线管中通以方向随时间而周期性变化的电流，如图所示，则电子束在螺线管中做A．匀速直线运动B．匀速圆周运动C．加速减速交替的运动D．来回振动 1.如右图，通电金属棒置于匀强磁场中，导体内作定向运动的每一电荷都要受到磁场的洛伦兹力；金属棒整体受到了安培力。 那么，洛伦兹力与安培力是什么关系？ 2.接着我们根据安培力大小公式 推导 洛伦兹力大小公式。 情境假设：如上图所示，在磁感强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直放置了一段长为L、横截面积为S、通过电流为I的金属导体棒。已知通电的金属导体棒里作定向移动的电子密度为n。请推导洛伦兹力的表达式。 3.洛伦兹力方向的判定、洛伦兹力方向的特点： ①由于洛伦兹力的本质与安培力的本质相同，所以，洛伦兹力的判定方法仍用 。但要注意电流方向与电荷运动方向的关系：正电荷运动方向与电流方向 、负电荷运动方向与电流方向 。 ②洛伦兹力方向的特点：（电荷速度方向V可以不垂直于磁场方向B）任何时候一定有:、。 ●反馈练习： 2.在图所示的各图中，匀强磁场的磁感应强度均为B，带电粒子的速率均为v、带电量均为q。试求出图中带电粒子所受洛仑兹力的大小，并标出洛仑兹力的方向。 3.每时每刻都有大量带电的宇宙射线向地球射来，地球磁场可以有效地改变这些宇宙射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义。假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，（如图，地球由西向东转，虚线表示地球自转轴，上方为地理北极），在地球磁场的作用下，它将（ ） A、向东偏转 B、向南偏转 C、向西偏转 D、向北偏转 4.两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1：4，电荷量之比为1：2，则两带电粒子受洛伦兹力之比为A．2：1B．1：1C．1：2D．1：4探究三：洛伦兹力的作用效果、自由粒子在匀强磁场中的运动模型 任务一：洛伦兹力作用在自由粒子上产生的作用效果： ⑴如图1所示，当粒子以速度V垂直于磁场方向开始运动，粒子在任何时候（任意位置） 所受的洛伦兹力方向都与粒子速度方向 。 ⑵从动力学理论来看，洛伦兹力不能改变速度的 、只是不断改变速度的 ，从而使粒子不断地作速率不变的曲线运动。 ⑶从功能关系来看，洛伦兹力始终不对粒子 ，不改