磁場對運動電荷的作用(上課用)

1、四川省安縣中學四川省安縣中學 邱光兵邱光兵2015年年12月月接通電源后，導線接通電源后，導線將怎樣運動將怎樣運動?NS課前復習：課前復習：1 1、磁場對通電導線的作用力的大小和方向？、磁場對通電導線的作用力的大小和方向？2 2、電流是如何形成的？、電流是如何形成的？3 3、由上述的兩個問題你可以想到什么？、由上述的兩個問題你可以想到什么？ 磁場對通電導線的安培力可能是作用在磁場對通電導線的安培力可能是作用在大量運動電荷的作用力的宏觀表現(xiàn)，也就是大量運動電荷的作用力的宏觀表現(xiàn)，也就是說磁場可能對運動電荷有力的作用。說磁場可能對運動電荷有力的作用。電荷的定向移動形成的電荷的定向移動形成的大小：大

2、小：F FI I L BsinL Bsin方向：左手定則方向：左手定則原來：原來：導體中的電流是由電荷導體中的電流是由電荷的定向移動形成的的定向移動形成的iiiI=I=nqvsnqvs磁場對通電導體磁場對通電導體有力的作用有力的作用I IF F=ILB=nqvsLB=ILB=nqvsLBiiifffF=NF=NF F洛洛磁場對通電磁場對通電導體的導體的安培安培力力是作用在是作用在運動電荷上運動電荷上的的洛倫茲力洛倫茲力的的宏觀表現(xiàn)宏觀表現(xiàn)L長導體長導體中有中有N個個帶電粒子帶電粒子（一）運動電荷在磁場中受到的作用力,我們把這個力稱為洛倫茲力。安培力安培力洛侖茲力洛侖茲力磁場對磁場對電流電流的作

3、用的作用磁場對磁場對運動電荷運動電荷的作用的作用因因果果微觀原因微觀原因宏觀表現(xiàn)宏觀表現(xiàn)荷蘭物理學家，他是電子論的創(chuàng)始人、相對論中洛倫茲變換的建立者，并因在原子物理中的重要貢獻（塞曼效應）獲得第二屆（1902年）諾貝爾物理學獎。被愛因斯坦稱為“我們時代最偉大，最高尚的人”。（18531928）洛倫茲洛倫茲+IF-IF1.1.判定安培力方向。判定安培力方向。2.2.電流方向和電荷運動方向的關系。電流方向和電荷運動方向的關系。3.F3.F安安的方向和洛倫茲力方向的關系。的方向和洛倫茲力方向的關系。4.4.電荷運動方向、磁場方向、洛倫茲力電荷運動方向、磁場方向、洛倫茲力方向的關系。方向的關系。 想一

4、想 伸開左手，使拇指和其余四指垂直，伸開左手，使拇指和其余四指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線從掌心進入，并使四指指向從掌心進入，并使四指指向正正電荷運動電荷運動的方向，這時拇指所指的方向就是的方向，這時拇指所指的方向就是正正電電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。荷在磁場中所受洛倫茲力的方向。（二）洛倫茲力方向的判斷左手定則 四指指向四指指向負負電荷運動的電荷運動的反反方向，拇方向，拇指所指的方向就是指所指的方向就是負負電荷所受洛倫茲力電荷所受洛倫茲力的方向。的方向。1.以相同速度進入同一磁場的以相同速度進入同一磁場的正、負正、負電荷受到的洛倫茲力方向電荷

5、受到的洛倫茲力方向相反相反2.洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向垂直垂直于于v和和B組成的組成的平面平面B F洛洛v+v-v-v+v 試判斷下圖中所示的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的方向。 FFF向內(nèi)向內(nèi)F向外向外vvvv三、洛倫茲力的大小三、洛倫茲力的大小IFvvvv(1)通電導線中的電流通電導線中的電流qvBnSLLnqvSBNFF)(安洛nSLN LnqvSBBILF)(安(2)通電導線所受的安培力通電導線所受的安培力(3)這段導線內(nèi)的自由電荷數(shù)這段導線內(nèi)的自由電荷數(shù)(4)每個電荷所受的洛倫茲力每個電荷所受的洛倫茲力I = Q/t = nqSvqvBF洛(v垂直垂直B)三、洛倫茲力的大小

6、三、洛倫茲力的大小qvBF洛(v垂直垂直B)三、洛倫茲力的大小三、洛倫茲力的大小v2v1v2v1單位：單位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T)三、洛倫茲力的大小三、洛倫茲力的大小sinqvBF 洛(vB)(vB)特例特例: :qvBF 洛0洛F(vB)(vB)特例特例: :qvBF 洛0洛F課課 堂堂 練練 習習B課課 堂堂 練練 習習B課課 堂堂 練練 習習vv（四）鞏固練習 C221mvmgR RmvqvBmgN2 gRqBmgqvBmgN233 單位：單位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T)三、洛倫茲力的大小三、洛倫茲力的大小sinqvBF 洛(vB)(vB)特例特例

7、: :qvBF 洛0洛F(vB)(vB)特例特例: :qvBF 洛0洛F問題問題1:1:帶電粒子平行射入勻強磁場的運動狀態(tài)帶電粒子平行射入勻強磁場的運動狀態(tài)? ?問題問題2:2:帶電粒子垂直射入勻強磁場的運動狀態(tài)帶電粒子垂直射入勻強磁場的運動狀態(tài)? ?勻速直線運動勻速直線運動勻速圓周運動勻速圓周運動一、帶電粒子在勻強磁場中的運動一、帶電粒子在勻強磁場中的運動問題問題3:3:帶電粒子以一定角度射入勻強磁場的運動狀態(tài)帶電粒子以一定角度射入勻強磁場的運動狀態(tài)? ?1 1）圓周運動的半徑）圓周運動的半徑2 2）圓周運動的周期）圓周運動的周期問題問題3:3:推導粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的圓半徑推導

8、粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的圓半徑r r和運動周期和運動周期T,T,與粒子的速度與粒子的速度v v和磁場的強度和磁場的強度B B的關系表達式的關系表達式RvmqvB2qBmvR vRT2qBmT2一、帶電粒子在勻強磁場中的運動一、帶電粒子在勻強磁場中的運動一、帶電粒子在勻強磁場中的運動一、帶電粒子在勻強磁場中的運動帶電粒子垂直射入勻強磁場的運動狀態(tài)帶電粒子垂直射入勻強磁場的運動狀態(tài)帶電粒子在磁場中運動情況研究：Tt2qBmT2注意：注意：用弧度表示幾何法求半徑向心力公式求半徑利用vR利用弦的中垂線1.如圖，虛線上方存在無窮大的磁場，一帶正電的粒子質(zhì)如圖，虛線上方存在無窮大的磁場，一帶正電的

9、粒子質(zhì)量量m m、電量、電量q q、若它以速度、若它以速度v v沿與虛線成沿與虛線成30300 0、60600 0、90900 0、1201200 0、1501500 0、1801800 0角分別射入，請你作出上述幾種情況下角分別射入，請你作出上述幾種情況下粒子的軌跡、并求其在磁場中運動的時間。粒子的軌跡、并求其在磁場中運動的時間。有界磁場問題：有界磁場問題：入射角入射角300時時qBmqBmt3261入射角入射角1500時時qBmqBmt35265粒子在磁場中做圓周運動的對稱規(guī)律：粒子在磁場中做圓周運動的對稱規(guī)律：從同一直線邊界射入的粒子，從同一邊界射出時，從同一直線邊界射入的粒子，從同一邊

10、界射出時，速度與邊界的夾角相等。速度與邊界的夾角相等。1 1、兩個對稱規(guī)律、兩個對稱規(guī)律：H21H31He42V V0 0P PM MO OV VV VP PM MO O(偏向角）偏向角）vvO 例：垂直紙面向外的勻強磁場僅限于寬度為d的條形區(qū)域內(nèi)，磁感應強度為B一個質(zhì)量為m、電量為q的粒子以一定的速度垂直于磁場邊界方向從點垂直飛入磁場 區(qū)，如圖所示，當它飛離磁場區(qū)時，運動方向偏轉(zhuǎn)角試求粒子的運動速度v以及在磁場中運動的時間t臨界問題臨界問題例題講解例題講解帶電粒子在帶電粒子在無界無界勻強磁場中的運動勻強磁場中的運動F洛洛=0勻速直線運動勻速直線運動F洛洛=Bqv勻速圓周運動勻速圓周運動F洛洛=Bqv等距螺旋（等距螺旋（090）V/BVBv與與B成成角角mVRqB2 mTqB在在只只有有洛洛侖侖茲茲力力的的作作用用下下qBmvR qBmT2RvmqvB2vRT2 1. 1.