3.5运动电荷在磁场中受到的力(上课用).ppt

宇宙射线 1、下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，试判断这时粒子所受洛伦兹力的方向 2：为了研究某种放射源发出的未知射线，物理探究者把放射源置于匀强磁场中，射线分裂成a、b、c三束，请分析三束射线的电性。 * 从宇宙深处射来的带电粒子为什么只在南北两极形成神秘莫测的极光？ 思考与讨论 思考与讨论 电视机的内部显像管中，电子枪射出的是一束细细的电子束，为什么整个屏幕都能发光？若在电视机附近放置一个很强的磁铁，电视画面将会出现颜色失真的现象，这又是为什么？ 阴极射线管 阴极 阳极 荧光屏 狭缝 若在阴阳两极间加上一高电压，阴极中的炽热的金属丝发射出的电子束，将在荧光屏上激发出荧光。 演示实验 实验现象：没有加磁场时，电子束直线前进；加了磁场后，电子束的运动径迹发生弯曲。 了解洛伦兹 洛伦兹是荷兰物理学家、数学家。1853年7月18日生于阿纳姆。1870年入莱顿大学学习数学、物理学，1875年获博士学位。25岁起任莱顿大学理论物理学教授，达35年。洛伦兹是经典电子论的创立者。他以电子概念为基础来解释物质的电性质，并从电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用，即洛伦兹力。 洛伦兹把物体的发光解释为原子内部 电子的振动产生，并预言光源放在磁场中时，原子内电子的振动将发生改变，从而导致光谱线的增宽或分裂 。1896年10月，洛伦兹的学生塞曼发现，在强磁场中钠光谱的D线有明显的增宽，即产生塞曼效应，证实了洛伦兹的预言。在1902年塞曼和洛伦兹共同获得诺贝尔物理学奖。洛伦兹于1928年2月4日在哈勒姆逝世。在举行葬礼那天，荷兰全国的电讯、电话中止3分钟，以示哀悼。 洛伦兹力(Lorentz force) 1、定义：运动电荷在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力。 2、洛伦兹力的方向： v F洛 v F洛 洛伦兹力的方向 伸开左手： 磁感线——垂直穿入手心 四指—— 大拇指—— 所受洛伦兹力的方向 ①指向正电荷的运动方向 ②指向负电荷运动的反向 v F洛 实验结论：洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直F⊥B，又跟电方荷的运动方向垂直F⊥v，故洛伦兹力的方向总是垂直于磁感线和运动电荷所在的平面，即：F安⊥Bv平面 思考与讨论 如图所示，若将电荷的运动方向和磁场的方向同时反向，则洛伦兹力的方向是不是也跟着反向？ 结论：当电荷的运动方向和磁场方向同时反向时，洛伦兹力方向不变。 v F洛 2、研究表明，洛伦兹力的大小与电荷的运动方向及磁场的方向有关。 1、通电导线在磁场中所受的安培力就是洛伦兹力的宏观表现。 思考与讨论 磁场对通电导线能产生安培力的作用，当磁场方向与电流方向垂直时，安培力的大小为F安=BIL，而电流就是电荷的定向移动形成的，那么，磁场对运动电荷所产生的洛伦兹力与安培力有什么关系？洛伦兹力的大小又与什么因素有关？ 如图所示，设有一段长度为L，横截面积为S的导线，导线单位体积内含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动速率为v，将这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中。 洛伦兹力的大小 安培力为F安=BIL 电流的微观表达式为 设导线中共有N个自由电子N=nsL 每个电子受的磁场力为F洛 = F安/N 故可得F洛=evB I=nesv (条件是v⊥B) 洛伦兹力的大小 洛仑兹力的特点 1、洛伦兹力的大小： v∥B，F洛=0；v⊥B，F洛=qvB 2、洛伦兹力的方向： F洛⊥B F洛⊥v F洛⊥vB平面 3、洛伦兹力的效果：只改变运动电荷速度的方向，不改变运动电荷速度的大小。 重要结论：洛伦兹力永远不做功！ v与B成θ时，F洛=qvBsinθ v⊥ v∥ 电视显像管的工作原理 电视显像管的工作原理 电视显像管应用了电子束在磁场中的偏转原理。电子束射向荧光屏就能发光，一束电子束只能使荧光屏上的一个点发光，而通过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整个荧光屏发光。 1、电子束是怎样实现偏 转的？ 思考与讨论 2、在图2.4－3中，如图 所示 （1）要是电子打在A点， 偏转磁场应该沿什么方向？ （2）要是电子打在B点， 偏转磁场应该沿什么方向？ 电视显像管的工作原理 思考与讨论 如图所示，电视显像管中，要使电子束从B逐渐向A点扫描，必须加一个怎样变化的偏转磁场？ 荧光屏中点O的下方，应加一垂直向内的磁场，且越下方磁场越强，而在O点的上方，应加一垂直向外的磁场，且越上方的磁场越强。 电视显像管的工作原理 绕有绝缘的通电导线的铁环，电流方向如图所示，若有一电子束以垂直于纸面向里的速度从O点射入，则电子的运动轨迹？ 向右偏转 向左偏转 向下偏转 向上偏转 B B B B 思考与讨论 电视显像管中的扫描 在