磁场对运动电荷的作用—洛伦兹力.pptVIP

3.4 磁场对运动电荷的作用—洛伦兹力 * 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？ 知识背景 1.磁场对通电导线力的作用—安培力 I F 2.导线中的电流是由电荷的定向移动形成的，就象水流是由水分子定向移动形成一样． i i i i i i i i i i i i i I=Ni 猜想…… 导线中的电流是由电荷的定向移动形成的 i i i I=Ni 磁场对通电导线有力的作用 I F i i i I=Ni f f f F=NF洛 磁场对通电导线的力实际上是作用在运动电荷上的,安培力是这些力的宏观表现 洛伦兹（1853—1928） 洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆。洛伦兹创立了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，1902年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从1945年起，把他的生日定为“洛伦兹节”。 一、洛伦兹力 1、定义：运动电荷在磁场中受到的磁场力，称为洛伦兹力（Lorentz force）. （一般用F洛来表示洛伦兹力） 洛伦兹（荷兰） Lorentz 1853—1928 2.理论推导 有一段静止导线长L，横截面积为S，单位体积内含有的自由电子数为n，每个电子的电荷量是e，设在时间△t内，自由电子沿导线移动了距离△x，则电子定向移动的速率 ，那么通过导线的电流是 我们已经知道，若长度是L的通电导线与磁场方向垂直，通过的电流是I，则匀强磁场B中受到的安培力大小为 设每个电子受到的磁场力是F洛，那么F=NF洛，N是这段导线所含有的自由电子总数，N=nSL，所以 q v L S 3.结论分析 （1）e为电子所带电荷量，电荷量为q的运动电荷所受到的洛伦兹力可以表示为 （2）带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向，同样可以用左手定则判断.正电荷所受洛伦兹力的方向与B、v的关系可用图3-4-3表示，若带电粒子是负电荷，则受力方向与正电荷的受力方向相反. 问题： 磁场对放入其中的通电导线有力的作用，磁场对运动电荷是否有力的作用？ 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。 二、带电粒子在磁场中的运动 2.洛伦兹力的方向 v F洛 v F洛 1.实验现象：(1)没有加磁场时，电子束直线前进； (2)加了磁场后，电子束的运动径迹发生弯曲。 3.洛伦兹力方向的判断--------左手定则 v F洛 v F洛 4.洛伦兹力的方向： F洛⊥B，且 F洛⊥v ,F洛⊥vB平面 V ［想一想］若此电子不垂直射入磁场， 电子受到的洛伦兹力又如何呢 ？ B1 B2 （θ为B、v 的夹角） 5.洛伦兹力的大小 当v⊥B时，F洛=qvB 当v∥B时，F洛=0 当B、v 的夹角为θ时， 6.洛伦兹力的特点 只改变运动电荷速度的方向，不改变运动电荷速度的大小. 结论：洛伦兹力对运动电荷永远不做功! 如图3-4-4所示，一个带正电荷q的带电粒子，在磁感应强度为B的匀强磁场中，以垂直于磁场的方向运动，粒子所受洛伦兹力大小恒为F洛=qvB ，方向总跟速度方向垂直。 7.带电粒子在磁场中的运动轨迹 我们通过力学的学习已经知道，如果一个物体只受一个垂直于运动方向且大小不变的力的作用，并且这个力始终在同一个平面内，则这个物体将做匀速圆周运动。 因此，带电粒子在匀强磁场中必定做匀速圆周运动，圆周运动的轨道平面与磁场方向垂直，其向心力就来自洛伦兹力。 问题： 一带电量为q，质量为m，速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其轨道半径R和周期T为多大？ 理论推导: 粒子做匀速圆周运动所需的向心力 由粒子所受的洛伦兹力提供,即 说明: 1、轨道半径和粒子的运动速率成正比。 2、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运动速率无关。 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。 *