《運動電荷在磁場中受到的力》

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1、. . . 第 三 章 磁 場第 五 節(jié) 運 動 電 荷 在 磁 場 中 受 到 的 力 . . . 電 視 機 ， 是 我 們 家 里 常 見 的 家 用 電 器 ， 有 的 叫 顯 像 管電 視 ， 有 的 叫 液 晶 電 視 。 那 么 顯 像 管 電 視 機 是 如 何 工 作 的呢 ？ 這 節(jié) 課 我 們 就 來 認 識 下 。 . . . 1. 判 斷 安 培 力 的 方 向I I2. 安 培 力 大 小 的 一 般 計 算 方 法 F FF = ILBsin 知 識 回 顧 . . . 磁 場 對 通 電 導 線 （ 電 流 ） 有 力 的 作 用 ， 而 電 流 是 電 荷 的

2、 定 向運 動 形 成 的 ， 由 此 你 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(chǎn) 生 的電 流 是 如 何 形 成 的 ？ . . . http:/ 驗 現(xiàn) 象 在 沒 有 外 磁 場 時 ， 電 子 束 沿 直 線 運 動 ， 將 磁 鐵 靠 近 陰 極 射 線管 ， 發(fā) 現(xiàn) 電 子 束 運 動 軌 跡 發(fā) 生 了 彎 曲 。 實 驗 結 論 磁 場 對 運 動 電 荷 有 力 的 作 用 。 通 過 觀 看 視 頻 ， 陰 極 射 線 在 磁 場 中 的 偏 轉(zhuǎn) 演 示 實 驗 ， 使

3、 學 生 了 解 微 觀 粒 子 在磁 場 中 受 到 力 的 作 用 。 . . . 洛 倫 茲 力 的 方 向1.實 驗 探 究 ： 磁 場 對 運 動 電 荷 是 否 有 力 的 作 用（ 1） 探 究 過 程 無 外 加 磁 場 時 ， 陰 極 射 線 管 中 電 子 束 的 運 動 軌 跡 為 直 線 . . . 外 加 蹄 形 磁 鐵 時 ， 陰 極 射 線 管 中 電 子 束 運 動 軌 跡 發(fā) 生 彎 曲 交 換 磁 鐵 N、 S極 ， 電 子 束 的 偏 轉(zhuǎn) 方 向 與 之 前 相 反 換 用 兩 個 蹄 形 磁 鐵 時 ， 電 子 束 的 偏 轉(zhuǎn) 角 度 增 大 . . .

4、 洛 倫 茲（ 1853 1928）一 、 洛 倫 茲 力2. 洛 倫 茲 力 與 安 培 力 的 關 系 ： 1. 磁 場 對 運 動 電 荷 有 力 的 作 用 ， 這 個力 叫 做 洛 侖 茲 力 。安 培 力 是 洛 倫 茲 力 的 宏 觀 表 現(xiàn) ；洛 倫 茲 力 是 安 培 力 的 微 觀 本 質(zhì) 。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(xiàn) . . . u猜 想 ： 能 不 能 用 左 手 定 則 來 判 定 ？u推 理 ： 我 們 曾 經(jīng) 用 左 手 定 則 判 定 安 培 力 的 方 向 。

5、 大 量 定 向 移 動 電 荷 所 受 洛 倫 茲 力 宏 觀 表 現(xiàn) 為 安 培 力 ， 因 此 ， 可 以 用 左 手 定 則 判 定 洛 倫 茲 力 的 方 向 。u驗 證 ： 嘗 試 不 同 方 向 的 磁 場 對 電 子 束 的 不 同 影 響 ， 判 斷 運 動 的 電 子 束 在 各 種 方 向 的 磁 場 中 的 受 力 方 向 。 洛 侖 茲 力 F洛 的 方 向 如 何 確 定 ？ . . . 10 v1. 伸 開 左 手 ， 使 拇 指 與 其 余 四 指垂 直 ， 并 且 都 與 手 掌 在 同 一 平 面內(nèi) ， 讓 磁 感 線 垂 直 穿 過 手 心 ， 若四 指

6、指 向 正 電 荷 運 動 的 方 向 ， 那么 拇 指 所 指 的 方 向 就 是 正 電 荷 所受 洛 倫 茲 力 的 方 向 。 F洛 F洛二 、 洛 倫 茲 力 的 方 向 左 手 定 則2. 若 四 指 指 向 負 電 荷 運 動 的 反方 向 ， 那 么 拇 指 所 指 的 方 向 就 是負 電 荷 所 受 洛 倫 茲 力 的 方 向 。 v . . . B vF洛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 既 垂 直 于 磁 場 ， 又 垂 直 于 速 度 ， 即 垂 直于

7、v 和 B 所 組 成 的 平 面 。 . . . 思 考1.判 斷 下 列 說 法 的 正 誤（ 1） 洛 倫 茲 力 方 向 一 定 與 電 荷 的 運 動 方 向 垂 直 ， 磁 場 方 向 也 一 定 與 電 荷 的 運 動 方 向垂 直 。 （ ）（ 2） 運 動 電 荷 在 某 處 不 受 洛 倫 茲 力 的 作 用 ， 則 該 處 的 磁 感 應 強 度 一 定 為 0。 （ ）（ 3） 如 果 把 q改 為 q ， 且 速 度 反 向 ， 則 洛 倫 茲 力 的 方 向 不 變 。 （ ） . . . 例 1. 試 判 斷 下 圖 中 的 帶 電 粒 子 剛 進 入 磁 場 時

8、 所 受 洛 倫 茲力 的 方 向 。 FF F 垂 直 于 紙 面向 外 F 垂 直 于 紙 面向 外vB vBvBvB . . . 如 果 帶 電 粒 子 射 入 勻 強 磁 場 時 （ 不 計 粒 子 重 力 ） ， 初 速度 v0 跟 磁 感 強 度 B 的 方 向 平 行 ， 粒 子 將 做 什 么 運 動 ？以 初 速 度 v0 做 勻 速 直 線 運 動試 判 斷 ： 圖 中 的 帶 電 粒 子剛 進 入 磁 場 時 所 受 的 洛 倫茲 力 的 情 況 如 何 ？ v0類 比 ： 我 們 知 道 ， 當 電 流 方 向 跟 磁 場 方 向 平 行 時 安 培 力 等 于0 。

9、當 帶 電 粒 子 的 運 動 方 向 與 磁 場 方 向 平 行 時 ， 洛 倫 茲 力 最小 F 洛 = 0。 . . . ( v B )三 、 洛 倫 茲 力 的 大 小電 荷 量 為 q 的 粒 子 以 速 度 v 運 動 時 ， 如 果 速 度 方 向 與 磁感 應 強 度 方 向 垂 直 ， 那 么 粒 子 所 受 的 洛 倫 茲 力 為 ：F洛 = qvB當 v B 時 ， F洛 = 0 若 帶 電 粒 子 不 垂 直 射 入 磁 場 ， 粒 子 受 到 的 洛 倫 茲 力 又 如何 呢 ? . . . v2 v1vF 洛 = qvBsin ( 為 B 與 v 的 夾 角 ) .

10、 . . 1. 安 培 力 是 洛 倫 茲 力 的 宏 觀 表 現(xiàn) ， 洛 倫 茲 力 是 安 培 力微 觀 表 現(xiàn) 。2. 大 小 關 系 ： F安 NF洛 （ N是 導 體 中 運 動 的 電 荷 數(shù) ） 。3. 方 向 關 系 ： F安 與 F洛 方 向 相 同 。4. F安 與 F洛 本 質(zhì) 都 是 磁 場 對 運 動 電 荷 的 作 用 力 。洛 倫 茲 力 與 安 培 力 的 關 系 . . . 例 2. 一 初 速 度 為 零 的 質(zhì) 子 （ 質(zhì) 量 m = 1.67 kg ， 電 荷量 q = 1.6 C ） ， 經(jīng) 過 電 壓 為 3340 V 的 電 場 加 速 后 ，垂

11、直 進 入 磁 場 感 應 強 度 為 5.0 T 的 勻 強 磁 場 中 ， 質(zhì) 子所 受 洛 侖 磁 力 為 多 大 ？解 析 ： 由 動 能 定 理 ： qU = 則 質(zhì) 子 所 受 洛 倫 慈 力 F = qvB = qB = 6.4 N 。 . . . 1. 關 于 安 培 力 和 洛 倫 茲 力 ， 下 列 說 法 正 確 的 是 ( ) A. 安 培 力 和 洛 倫 茲 力 是 性 質(zhì) 完 全 不 同 的 兩 種 力 B. 安 培 力 和 洛 倫 茲 力 ， 其 本 質(zhì) 都 是 磁 場 對 運 動 電 荷 的 作 用力 C. 安 培 力 和 洛 倫 茲 力 ， 二 者 是 等 價

12、 的 D. 安 培 力 對 通 電 導 體 能 做 功 ， 但 洛 倫 茲 力 對 運 動 電 荷 不 能做 功 BD . . . http:/ 、 電 視 顯 像 管 的 工 作 原 理顯 像 管 的 介 紹原 理 ： 電 子 束 在 磁 場 中 偏 轉(zhuǎn) 。主 要 構 造 : 電 子 槍 （ 陰 極 ） 、 偏 轉(zhuǎn) 線 圈 、 熒 光 屏 等 。 . . . 電 子 束 從 最 上 一 行 到 掃 描 到 最 后 一 行 叫 做 一 場 。 電 視 中每 秒 要 進 行 50場 掃 描 ， 因 為 人 眼 的 “ 視 覺 暫 留 ” ， 所 以 我 們會 感 覺 整 個 熒 光 屏 都 在

13、發(fā) 光 。 電 視 顯 像 管 發(fā) 射 電 子 ， 在 加 速 電 場 中 被 加 速 后 進 入 偏 轉(zhuǎn)磁 場 。 在 偏 轉(zhuǎn) 磁 場 作 用 下 ， 電 子 束 在 熒 光 屏 上 掃 描 。 電 子 束在 熒 光 屏 上 掃 描 一 行 后 ， 迅 速 返 回 (如 圖 中 虛 線 所 示 )， 再 做下 一 行 掃 描 ， 直 到 熒 光 屏 的 下 端 。 . . . 1. 洛 倫 茲 力 ： 運 動 電 荷 在 磁 場 中 受 到 的 作 用 力 。 安 培 力 是 洛 倫 茲 力 的 宏 觀 表 現(xiàn) 2. 洛 倫 茲 力 方 向 的 判 斷 ： 左 手 定 則 。F v、 B 所

14、 在 的 平 面 ； 負 電 荷 的 方 向 與 正 電 荷 的 相 反3. 洛 倫 茲 力 的 大 小 ： F = qvBsin （ 為 B 與 v 的 夾 角 ）4. 電 視 顯 像 管 的 工 作 原 理 . . . 1. 試 判 斷 各 圖 中 帶 電 粒 子 受 洛 倫 茲 力 的 方 向 、 或 帶 電 粒子 的 電 性 、 或 帶 點 粒 子 的 運 動 方 向 。vF洛 vv洛 倫 茲 力 方 向垂 直 紙 面 向 里 洛 倫 茲 力 方 向垂 直 紙 面 向 外vF洛 . . . BC2. 下 列 說 法 中 正 確 的 是 （ ） A. 磁 場 方 向 、 電 荷 運 動

15、方 向 、 洛 侖 茲 力 方 向 三 者 總 是 互相 垂 直 的 B. 洛 侖 茲 力 方 向 一 定 既 垂 直 于 磁 場 方 向 ， 又 垂 直 于 電 荷運 動 方 向 C. 電 荷 運 動 方 向 與 磁 場 方 向 可 能 垂 直 ， 也 可 能 不 垂 直 ，但 洛 侖 茲 力 方 向 一 定 與 磁 場 方 向 和 運 動 方 向 都 垂 直 D. 根 據(jù) 電 荷 運 動 方 向 和 洛 侖 茲 力 方 向 ， 一 定 能 確 定 磁 場方 向 . . . 3. 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 ，

16、 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 U qv . . . 4. 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(zhì) 量 為 m ， 磁 感 應 強度 為 B， 細 繩 與 豎 直 方 向 的 夾 角 為 。 當 小 球 從 如 圖 所示 的 位 置 擺 到 最 低 處 時 ， 擺 線 上 拉 力 T 多 大 ？ . . . 27 當 擺 球 向 右 擺 到 最 低 點 時 ， 速 度 方向 水 平 向 右 ， 洛 倫 茲 力 方 向 豎 直 向上 ， 如 圖 所 示 。 則 ：Tm g = m 3 2 cos 2 1 cosT mg mg Bq gL 解 析 :擺 球 在 運 動 中 洛 倫 茲 力 不 做 功 ， 由 動 能 定 理 得 ：m gL( 1cos ) = v = TF洛 vm g 3 2 cos 2 1 cosT mg mg Bq gL 答 案 ：