第五节第五节 运动电荷在磁场中受到的力运动电荷在磁场中受到的力第三章第三章 磁场磁场回顾复习：回顾复习：1 1、安培力的定义：、安培力的定义：磁场对通电导线的作用力磁场对通电导线的作用力方向的判断：方向的判断：左手定则左手定则大小的计算：大小的计算：2、电流是如何形成的？电流是如何形成的？3 3、猜想、猜想: :磁场是不是可能对运动电荷有力的作用？磁场是不是可能对运动电荷有力的作用？电流是由电荷的定向移动形成的电流是由电荷的定向移动形成的演示：阴极射线在磁场中的偏转演示：阴极射线在磁场中的偏转1 1 、没有磁场时，接通高压电源可以观察到什么现象。、没有磁场时，接通高压电源可以观察到什么现象。2 2、光束实质上是什么？、光束实质上是什么？3 3、若在电子束的路径上加磁场，可以观察到什么现象？、若在电子束的路径上加磁场，可以观察到什么现象？4 4、改变磁场的方向，通过观查从而判断运动的电子在各、改变磁场的方向，通过观查从而判断运动的电子在各个方向磁场中的受力方向。个方向磁场中的受力方向。电子束的偏转实验电子束的偏转实验电子束的偏转动画电子束的偏转动画一、探究洛伦兹力的方向：一、探究洛伦兹力的方向：安培力是磁场对电流的作用力安培力是磁场对电流的作用力电流是电荷的定向移动形成的电流是电荷的定向移动形成的 洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力 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洛伦兹力的方向可以用左手定则判定洛伦兹力的方向可以用左手定则判定 实验验证：实验验证：理论推导：理论推导：推理与猜想推理与猜想：运动电荷在磁场中受到的力叫做洛伦兹力运动电荷在磁场中受到的力叫做洛伦兹力洛伦兹力：洛伦兹力：二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向-左手定则左手定则vv1 1、 伸开左手，使大拇指和其余四伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，若四指指向正电荷运动的方向，那若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就使正电荷所受么拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向 2 2、若四指指向负电荷运动的、若四指指向负电荷运动的反方反方向向，那么拇指所指的方向就是负电，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向荷所受洛伦兹力的方向FFvvBvFF垂直纸面向外垂直纸面向外试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向力的方向1 1、可见：以相同速度进入同一磁场的正负电荷受到、可见：以相同速度进入同一磁场的正负电荷受到的洛伦兹力方向相反。的洛伦兹力方向相反。2、安培力方向由左手定则判断。我们知道安培力的方、安培力方向由左手定则判断。我们知道安培力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电流方向，同样也用向既垂直于磁场方向，又垂直于电流方向，同样也用左手定则判断洛伦兹力左手定则判断洛伦兹力f的方向也既垂直于磁场的方向也既垂直于磁场B的方的方向又垂直于电荷运动速度向又垂直于电荷运动速度v的方向的方向练一练：练一练： 试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向，或带试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向，或带电粒子的电性、或带点粒子的运动方向。电粒子的电性、或带点粒子的运动方向。vFFvv洛伦兹力方向垂直纸面向里洛伦兹力方向垂直纸面向外v三、探究洛伦兹力的表达式：三、探究洛伦兹力的表达式：设有一段长为设有一段长为L，横截面积为，横截面积为S的直导线，单位体积的直导线，单位体积内的自由电荷数为内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为，每个自由电荷的电荷量为q，自，自由电荷定向移动的速率为由电荷定向移动的速率为v。这段通电导线垂直磁场。这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求的匀强磁场中，求（1）电流强度）电流强度I。（2）通电导线所受的安培力）通电导线所受的安培力。（3）这段导线内的自由电荷数。）这段导线内的自由电荷数。（4）每个电荷所受的洛伦兹力。）每个电荷所受的洛伦兹力。如果通电导线不和磁场方向垂直，怎么办？如果通电导线不和磁场方向垂直，怎么办？( (适用条件：速度方向与磁场方向垂直适用条件：速度方向与磁场方向垂直) )速度速度v与磁场与磁场B的方向夹角为的方向夹角为时时I=nqsvF安安ILB（nqsv）LB总电荷数：总电荷数：nsLF洛洛vB（为为B与与v的夹角）的夹角）当当vB时，时，FvB洛仑兹力的大小：洛仑兹力的大小：当当vB时，时，F0（为为B与与v的夹角）的夹角）1、当一带正电、当一带正电q的粒子以速度的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则该通电螺线管，若不计重力，则（）A带电粒子速度大小改变；带电粒子速度大小改变；B带电粒子速度方向改变；带电粒子速度方向改变；C带电粒子速度大小不变；带电粒子速度大小不变；D带电粒子速度方向不变。带电粒子速度方向不变。CD四、洛伦兹力的特点四、洛伦兹力的特点（1）洛伦兹力的方向既垂直于磁场方）洛伦兹力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于速度方向，即垂直于磁向，又垂直于速度方向，即垂直于磁场和速度所组成的平面。场和速度所组成的平面。（2）洛伦兹力对电荷不做功，即不改）洛伦兹力对电荷不做功，即不改变速度的大小，只改变速度的方向。变速度的大小，只改变速度的方向。根据根据FqvB，也可以从运，也可以从运动电荷所受的洛荷所受的洛仑兹力出力出发来定来定义磁感磁感应强强度，即度，即与与电场强强度定度定义式作一下比式作一下比较说明：磁明：磁现象只与运象只与运动电荷有关，表荷有关，表现为定定义式中反映运式中反映运动的物理量的物理量v.静止的电荷产生电场；运动的电荷除了仍会产生电场，静止的电荷产生电场；运动的电荷除了仍会产生电场，还会产生磁场。静止电荷受到库仑力的作用，运动电还会产生磁场。静止电荷受到库仑力的作用，运动电荷不仅受到库仑力的作用，还会受到洛仑兹力的作用。荷不仅受到库仑力的作用，还会受到洛仑兹力的作用。五、电视显像管的工作原理五、电视显像管的工作原理主要构造主要构造: :电子枪（阴极）、偏电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等。转线圈、荧光屏等。原理原理: :电子枪发射电子，电子束在磁场中偏转，电子枪发射电子，电子束在磁场中偏转，荧光屏被电子束撞击发光。荧光屏被电子束撞击发光。应用电子束磁偏转的道理应用电子束磁偏转的道理【思考与讨论思考与讨论】1 1若要使电子束在水平方向若要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上偏离中心，打在荧光屏上的的点，偏转磁场应该沿点，偏转磁场应该沿什么方向？什么方向？2 2若要使电子束打在若要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方向点，磁场应该沿什么方向？3 3如果显像管内的磁场是匀强磁场，会出现什么如果显像管内的磁场是匀强磁场，会出现什么情况？情况？4 4若要使电子束打在荧光屏上的位置由若要使电子束打在荧光屏上的位置由逐渐逐渐向向点移动（即扫描），偏转磁场应该怎样变化点移动（即扫描），偏转磁场应该怎样变化？如果显像管内的磁场是匀强磁场，所有电子都将到达荧光屏上同一位置。要使电子在屏上扫描，偏转磁场一方面要做周期性变化；另一方面，在一个周期内磁感应强度大小不断变化。，所有电子都将到达荧光屏上同一位置。扫描：使电子束偏转的磁场是两对线圈产生的。在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，使得电子束打在达荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。小结：、洛伦兹力的方向、洛伦兹力的大小、洛伦兹力的特点、电视显像管的工作原理