探究洛伦兹力.ppt
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1、5.5 5.5 探究洛伦兹力探究洛伦兹力1 1、认识洛伦兹力的概念;会用左手定则判断洛伦兹力的方向、认识洛伦兹力的概念;会用左手定则判断洛伦兹力的方向6 6、认识带电粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力时的运动模型、认识带电粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力时的运动模型 做部分圆弧运动(有边界)做部分圆弧运动(有边界)5 5、体会几何知识在解题中的应用,掌握此类问题的四个要点:、体会几何知识在解题中的应用,掌握此类问题的四个要点:定圆心;定圆心;找半径;找半径;用对称;用对称;求时间。求时间。做完整的圆周运动做完整的圆周运动3 3、明确、明确带电粒子在匀强磁场中的圆周运动运动带电粒子在匀强磁场中的圆周运动运
2、动;会用洛伦兹会用洛伦兹力提供向心力的基本思想进行相关计算;力提供向心力的基本思想进行相关计算;教学目标:教学目标:2 2、掌握洛伦兹力大小的计算公式;、掌握洛伦兹力大小的计算公式;4 4、掌握、掌握半径公式和周期公式;半径公式和周期公式;极光极光由于地磁场俘获带电粒子而出由于地磁场俘获带电粒子而出现的现象现的现象 外层空间射入地磁场外层空间射入地磁场中的带电粒子在地磁场中的带电粒子在地磁场力的作用下被力的作用下被“俘获俘获”后后,向南北两极向南北两极“沉降沉降”,在两极上空与空气在两极上空与空气分子发生碰撞后产生辐分子发生碰撞后产生辐射从而形成极光射从而形成极光.1 1、定义:、定义:运动电
3、荷所受运动电荷所受磁场磁场的作用力叫的作用力叫洛伦兹力洛伦兹力2 2、本、本质质:安培力是导线中所有定向移动电荷所受到的洛伦兹安培力是导线中所有定向移动电荷所受到的洛伦兹力的宏观表现力的宏观表现一洛伦兹力的概念一洛伦兹力的概念1、实验:探究洛伦兹力的方向、实验:探究洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向荷兰物理学家荷兰物理学家 洛伦兹洛伦兹185318531928)1928)实验:探究洛伦兹力的方向实验:探究洛伦兹力的方向V VN NS SF F 2 2方向方向:洛伦兹力的方向判断符合洛伦兹力的方向判断符合左手定则左手定则:伸开左手,使大拇指跟其余四指垂直,且处于同一平面伸开左手,
4、使大拇指跟其余四指垂直,且处于同一平面内,把手放入磁场中,磁感线垂直穿过手心,四指指向正电内,把手放入磁场中,磁感线垂直穿过手心,四指指向正电荷运动的方向,那么,拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦荷运动的方向,那么,拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向兹力的方向 若是负电荷运动的若是负电荷运动的方向,那么四指应指向其反方向。方向,那么四指应指向其反方向。洛仑兹力洛仑兹力F F一定和一定和B B、V V决定的平面垂直。决定的平面垂直。洛仑兹力只改变速度的方向而不改变其大小。洛仑兹力只改变速度的方向而不改变其大小。洛伦兹力洛伦兹力永远不做功永远不做功。洛仑兹力的特点:洛仑兹力的特点:F FF
5、Fv v练习练习.初速度为初速度为v v0 0的电子,沿平行通电直导线的的电子,沿平行通电直导线的方向射出,直导线中电流方向与电子初始运动方向射出,直导线中电流方向与电子初始运动方向如图所示,则方向如图所示,则 ()A.A.电子将向右偏转,速度不变电子将向右偏转,速度不变 B.B.电子将向左偏转,速率改变电子将向左偏转,速率改变C.C.电子将向左偏转,速率不变电子将向左偏转,速率不变 D.D.电子将向右偏转,速度改变电子将向右偏转,速度改变D D四指指向正电荷运动方向即电流方向四指指向正电荷运动方向即电流方向(或负电荷运动的相反方向或负电荷运动的相反方向)三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小理
6、论基础:磁场对电流有安培力的作用理论基础:磁场对电流有安培力的作用;电流是由电荷电流是由电荷定向运动形成的。可推想磁场对电流的定向运动形成的。可推想磁场对电流的安培力安培力是磁场是磁场对运动电荷的作用力的对运动电荷的作用力的宏观表现。宏观表现。即:即:1 1)安培力是洛伦兹力的宏观表现)安培力是洛伦兹力的宏观表现 2 2)洛伦兹力是安培力的微观本质。)洛伦兹力是安培力的微观本质。I=NiI=NiiiiF FI II=NiI=NiifF=NfF=Nfififn:n:单位体积内的电荷数单位体积内的电荷数S:S:导体截面积导体截面积V:V:电荷运动速度电荷运动速度q:q:电荷的电量电荷的电量L=vt
7、L=vtS S把安培力看作是大量运动电荷所受洛仑兹力的合力把安培力看作是大量运动电荷所受洛仑兹力的合力1 1、公式推导、公式推导B B1 1B B2 2+v vB B+v vB B1 1B B2 2+v vB B+v v2 2、计算公式:、计算公式:(1)(1)v vB B 时:时:(2)(2)vB vB 时:时:(3)(3)v v与与B B成成 时:时:例例1 1、已知一质子以、已知一质子以5105107 7m/sm/s的速度沿的速度沿上图所示方向进入磁感应强度上图所示方向进入磁感应强度B=2TB=2T的匀的匀强磁场中,质子受的洛伦兹力为多大?强磁场中,质子受的洛伦兹力为多大?例例2 2、质
8、量为、质量为m m,带电量为,带电量为q q的带电的带电粒子,以速率粒子,以速率v v垂直进入如图所示垂直进入如图所示的匀强磁场中,恰好做匀速直线运的匀强磁场中,恰好做匀速直线运动是确定:带电粒子的电性并求动是确定:带电粒子的电性并求磁场的磁感应强度的大小磁场的磁感应强度的大小 解:带电粒子洛伦兹力一定是竖直向上,与重力反向,大解:带电粒子洛伦兹力一定是竖直向上,与重力反向,大小等于重力,所以其带正电,所受洛伦兹力大小为:小等于重力,所以其带正电,所受洛伦兹力大小为:mgqvb速度一定时,磁感应强度增大,轨迹更加弯曲速度一定时,磁感应强度增大,轨迹更加弯曲磁感应强度一定时,速度增大,轨迹弧度变
9、小磁感应强度一定时,速度增大,轨迹弧度变小四、带电粒子在磁场中的运动的研究四、带电粒子在磁场中的运动的研究洛洛伦伦兹兹力力演演示示仪仪速度一定时,磁感应强度增大,轨迹更加弯曲速度一定时,磁感应强度增大,轨迹更加弯曲磁感应强度一定时,速度增大,轨迹弧度变小磁感应强度一定时,速度增大,轨迹弧度变小四、带电粒子在磁场中的运动的研究四、带电粒子在磁场中的运动的研究2 2、带电粒子的轨道半径和周期、带电粒子的轨道半径和周期洛伦兹力提供向心力洛伦兹力提供向心力v vr r+f f说明:说明:1 1)半径跟其速率成正比)半径跟其速率成正比2 2)周期)周期T T与半径与半径r r、速率、速率v v无关无关带
10、电粒垂直匀进入匀强磁场时带电粒垂直匀进入匀强磁场时运动情况分析运动情况分析1.1.如图是科学史上一张著名的实验照片,显示的是一如图是科学史上一张著名的实验照片,显示的是一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹云室个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹云室放置在匀强磁场中,磁场方向垂直照片向里云室中横放置在匀强磁场中,磁场方向垂直照片向里云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用分析此径迹可知放的金属板对粒子的运动起阻碍作用分析此径迹可知粒子粒子 ()A A带正电,由下往上运动带正电,由下往上运动B B带正电,由上往下运动带正电,由上往下运动C C带负电,由上往下运动带负电,由上往下运动
11、D D带负电,由下往上运动带负电,由下往上运动A【解析】由题图可以看出,上方的轨迹半径小,说明粒子的速度小,所以粒子是从下方往上方运动的,再根据左手定则,可以判定粒子带正电,故选A.2.2.带电量为带电量为q q的粒子,在匀强磁场中运动,下面说法的粒子,在匀强磁场中运动,下面说法正确的是正确的是 ()A A只要速度大小相同,所受的洛伦兹力就相同只要速度大小相同,所受的洛伦兹力就相同B B如果把如果把q q改为改为q q,且速度反向大小不变,则所受的洛,且速度反向大小不变,则所受的洛伦兹力大小、方向均不变伦兹力大小、方向均不变C C只要带电粒子在磁场中运动,就一定受洛伦兹力的作用只要带电粒子在磁
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