第五節(jié)磁場對運動電荷的作用力

1、L/O/G/O2021-12-1412021-12-142演示實驗演示實驗: :電子射線管的原理：電子射線管的原理：從陰極發(fā)射出來電子，在陰陽兩極間的高壓作用從陰極發(fā)射出來電子，在陰陽兩極間的高壓作用下，使電子加速，形成電子束，轟擊到長條形的下，使電子加速，形成電子束，轟擊到長條形的熒光屏上激發(fā)出熒光，可以顯示電子束的運動軌熒光屏上激發(fā)出熒光，可以顯示電子束的運動軌跡。跡。實驗現(xiàn)象：實驗現(xiàn)象：在沒有外磁場時，電子束沿直線運動，將蹄形磁在沒有外磁場時，電子束沿直線運動，將蹄形磁鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了鐵靠近陰極射線管，發(fā)現(xiàn)電子束運動軌跡發(fā)生了彎曲。彎曲。結(jié)論：磁場對運動電荷有作

2、用。結(jié)論：磁場對運動電荷有作用。 2021-12-143一、洛倫茲力一、洛倫茲力1.1.定義定義：運動電荷在磁場中受到的作用力叫做：運動電荷在磁場中受到的作用力叫做洛洛倫茲力倫茲力2.2.為什么磁場對通電導線有作用力？為什么磁場對通電導線有作用力？磁場對電流有安培力的作用磁場對電流有安培力的作用, ,而電流是由電荷定向而電流是由電荷定向運動形成的運動形成的, ,且磁場對運動電荷有洛倫茲力的作用且磁場對運動電荷有洛倫茲力的作用. .所以磁場對電流的安培力就是磁場對運動電荷的所以磁場對電流的安培力就是磁場對運動電荷的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)安培力是洛倫茲力的安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)宏

3、觀表現(xiàn)洛倫茲力是安培力的洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)微觀本質(zhì)2021-12-144思考：如果是負電荷思考：如果是負電荷, ,我們應如何判定洛倫茲力的我們應如何判定洛倫茲力的方向方向? ?二、洛倫茲力的方向二、洛倫茲力的方向1.1.左手定則左手定則：伸開左手：伸開左手, ,使大拇指和其余四指垂直使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內(nèi)且處于同一平面內(nèi), ,把手放入磁場中把手放入磁場中, ,讓磁感線垂讓磁感線垂直穿過手心直穿過手心, ,若若四指指向正電荷四指指向正電荷運動的方向運動的方向, ,那么那么拇指所指拇指所指的方向就使正電荷所受的方向就使正電荷所受洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向 F Fv vq

4、qF Fv v-q-q2021-12-145v vF FB甲甲F Fv vB B乙乙B Bv v丙丙B Bv v丁丁訓練訓練1 1：試判斷下圖中的帶電粒子剛進入磁場時所：試判斷下圖中的帶電粒子剛進入磁場時所受的洛倫茲力的方向受的洛倫茲力的方向 結(jié)論：結(jié)論：1 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、負電荷電荷受到的洛倫茲力方向受到的洛倫茲力方向相反相反2 2、洛倫茲力的方向、洛倫茲力的方向垂直垂直于于v v和和B B組成的平面組成的平面v vF FB甲甲F Fv vB B乙乙2021-12-146三、洛倫茲力大小三、洛倫茲力大小設有一段長為設有一段長為L L，橫截面積為

5、，橫截面積為S S的直導線，單位體的直導線，單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n n，每個自由電荷的電荷量為，每個自由電荷的電荷量為q q，自由電荷定向移動的速率為，自由電荷定向移動的速率為v v。這段通電導線。這段通電導線垂直磁場方向放入磁感應強度為垂直磁場方向放入磁感應強度為B B的勻強磁場中，的勻強磁場中，求求（1 1）通電導線中的電流）通電導線中的電流（2 2）通電導線所受的安培力）通電導線所受的安培力（3 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 4）每個電荷所受的洛倫茲力）每個電荷所受的洛倫茲力2021-12-147問題問題: :若帶電粒子不垂直射入磁場若帶電

6、粒子不垂直射入磁場, ,電子受到的洛電子受到的洛倫茲力又如何呢倫茲力又如何呢? ?B BF洛v vB BB B為為B B和和v v之之間的夾角間的夾角 B BV VB BB B1.1.大小大?。弘姾闪繛椋弘姾闪繛閝 q的粒子以速度的粒子以速度v v運動時運動時, ,如如果速度方向與磁感應強度方向果速度方向與磁感應強度方向垂直垂直, ,那么粒子那么粒子所受的洛倫茲力為所受的洛倫茲力為(v(v垂直垂直B B）2021-12-148當運動電荷的速度當運動電荷的速度v v方向與磁感應強度方向與磁感應強度B B方向的夾方向的夾角為角為，電荷所受的洛倫茲力大小為，電荷所受的洛倫茲力大小為 練習練習2 2：

7、電子的速率：電子的速率v=3v=310106 6m/s,m/s,垂直射入垂直射入B=0.10TB=0.10T的勻強磁場中，它受到的洛倫茲力是多的勻強磁場中，它受到的洛倫茲力是多大？大？解：因為解：因為v v垂直垂直B B，所以所受洛倫茲力大小，所以所受洛倫茲力大小F F洛洛=qvB=qvB =1.60 =1.601010-19-193 310106 60.10N0.10N =4.8 =4.81010-14-14N N2021-12-149課堂練習課堂練習3 3當一帶正電當一帶正電q q的粒子以速度的粒子以速度v v沿螺線管中軸線進入沿螺線管中軸線進入該通電螺線管該通電螺線管, ,若不計重力若不

8、計重力, ,則則A A帶電粒子速度大小改變帶電粒子速度大小改變B B帶電粒子速度方向改變帶電粒子速度方向改變C C帶電粒子速度大小不變帶電粒子速度大小不變D D帶電粒子速度方向不變帶電粒子速度方向不變B B2021-12-1410課堂練習課堂練習4 4電荷量為電荷量為q q的粒子在勻強磁場中運動，下列說法的粒子在勻強磁場中運動，下列說法正確的是正確的是( )( )A A只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同B B如果把如果把q q改為改為-q-q，且速度反向，大小不變，且速度反向，大小不變，則洛倫茲力的大小方向不變則洛倫茲力的大小方向不變C C洛倫茲力方向一定

9、與電荷速度方向垂直，磁場洛倫茲力方向一定與電荷速度方向垂直，磁場方向一定與電荷運動方向垂直方向一定與電荷運動方向垂直D D粒子的速度一定變化粒子的速度一定變化2021-12-1411課堂練習課堂練習5 5 來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂來自宇宙的質(zhì)子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質(zhì)子在直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質(zhì)子在進入地球周圍的空間時，將進入地球周圍的空間時，將( )( )A A豎直向下沿直線射向地面豎直向下沿直線射向地面B B相對于預定地面向東偏轉(zhuǎn)相對于預定地面向東偏轉(zhuǎn)C C相對于預定點稍向西偏轉(zhuǎn)相對于預定點稍向西偏轉(zhuǎn)D D相對于預定點稍向北偏轉(zhuǎn)相對于預

10、定點稍向北偏轉(zhuǎn)V V2021-12-1412思考與討論：思考與討論：帶電粒子在磁場中運動時，洛倫茲帶電粒子在磁場中運動時，洛倫茲力對帶電粒子是否做功？力對帶電粒子是否做功？1.1.洛倫茲力的方向既垂直于磁場洛倫茲力的方向既垂直于磁場, ,又垂直于速度又垂直于速度, ,即垂直于即垂直于v v和和B B所組成的平面所組成的平面2.2.洛倫茲力只改變洛倫茲力只改變速度的方向速度的方向, ,不不改變速度的改變速度的大小大小 3.3.洛倫茲力對電荷洛倫茲力對電荷不做功不做功課堂練習課堂練習6：半球形光滑絕緣槽處于磁感應強度為半球形光滑絕緣槽處于磁感應強度為B的勻強磁場中的勻強磁場中,若將一帶正電若將一帶

11、正電,電量為電量為q,質(zhì)量為質(zhì)量為m的小球從絕緣槽的右側(cè)最高點由靜止釋放的小球從絕緣槽的右側(cè)最高點由靜止釋放,求小球求小球釋放后將怎樣運動釋放后將怎樣運動?2021-12-1413思考與討論：思考與討論：帶電粒子在磁場中運動時受洛倫茲力帶電粒子在磁場中運動時受洛倫茲力.而帶電粒子而帶電粒子在電場中受電場力在電場中受電場力.那么洛倫茲力與電場力有何區(qū)那么洛倫茲力與電場力有何區(qū)別？別？五、洛倫茲力和電場力的區(qū)別：五、洛倫茲力和電場力的區(qū)別：1.1.電荷在電場中一定受到電場力的作用，與其運電荷在電場中一定受到電場力的作用，與其運動狀態(tài)無關；而電荷在磁場中不一定受到磁場力動狀態(tài)無關；而電荷在磁場中不一

12、定受到磁場力作用，只有相對于磁場運動且運動方向與磁場方作用，只有相對于磁場運動且運動方向與磁場方向不平行的電荷才受磁場力作用。向不平行的電荷才受磁場力作用。 2.2.大?。捍笮。篎 F電電Eq, FEq, F洛洛=Bqvsin=Bqvsin。2021-12-14143.3.電荷所受電場力方向總是平行于電場線的切線電荷所受電場力方向總是平行于電場線的切線方向；而電荷所受磁場力的方向總是既垂直于磁方向；而電荷所受磁場力的方向總是既垂直于磁場方向，又垂直于運動方向。場方向，又垂直于運動方向。 4.4.電場力要對運動電荷做功（電荷在等勢面上運電場力要對運動電荷做功（電荷在等勢面上運動除外）；而電荷在磁

13、場中運動時，磁場力一定動除外）；而電荷在磁場中運動時，磁場力一定不會對電荷做功。不會對電荷做功。2021-12-1415課堂練習課堂練習7 7：在圖所示的平行板之間在圖所示的平行板之間, ,電場強度電場強度E E和和磁感應強度磁感應強度B B相互垂直相互垂直, ,具有不同水平速度的帶電具有不同水平速度的帶電粒子射入后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同粒子射入后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同. .這種裝置能把具這種裝置能把具有某一特定速度的粒子選擇出來有某一特定速度的粒子選擇出來, ,所以叫做速度選所以叫做速度選擇器擇器. .若帶正電粒子入射速度若帶正電粒子入射速度 , ,則下列說則下列說法正確的是法正確的是A.A.粒子動

14、能一定增加粒子動能一定增加, ,電場力做正功電場力做正功B.B.粒子所受洛倫茲力一定增大粒子所受洛倫茲力一定增大, ,洛倫茲力做正功洛倫茲力做正功C.C.粒子動能一定減少粒子動能一定減少, , 洛倫茲力不做功洛倫茲力不做功D.D.電場力不做功電場力不做功, ,洛倫茲力做正功洛倫茲力做正功BEv2021-12-1416B BI I若上極板電勢高若上極板電勢高. .就是就是p p型半導體型半導體; ;若下極板電勢高若下極板電勢高. .就是就是n n型半導體型半導體. .課堂練習課堂練習8:8:半導體靠自由電子半導體靠自由電子( (帶負電帶負電) )和空穴和空穴( (相相當于帶正電當于帶正電) )導

15、電導電, ,分為分為p p型半導體靠自由電子型半導體靠自由電子( (帶帶負電負電) )和空穴和空穴( (相當于帶正電相當于帶正電) )導電導電, ,分為分為p p型和型和n n型型兩種兩種.p.p型中空穴為多數(shù)載流子型中空穴為多數(shù)載流子;n;n型中自由電子為型中自由電子為多數(shù)載流子多數(shù)載流子. .用以下實驗可以判定一塊半導體材料用以下實驗可以判定一塊半導體材料是是p p型還是型還是n n型型: :將材料放在勻強磁場中將材料放在勻強磁場中. .通以圖示通以圖示方向的電流方向的電流I.I.用電壓表判定上下兩個表面的電勢用電壓表判定上下兩個表面的電勢高低高低. .從而判定判定一塊半導體材料是從而判定

16、判定一塊半導體材料是p p型還是型還是n n型型. .試分析原因試分析原因2021-12-1417課堂練習課堂練習9:9:繞有絕緣的通電導線的鐵環(huán)繞有絕緣的通電導線的鐵環(huán), ,電流方向電流方向如圖所示如圖所示. .若有一電子束以垂直于紙面向里的速度若有一電子束以垂直于紙面向里的速度從從O O點射入點射入. .則電子的運動軌跡則電子的運動軌跡? ?向右偏轉(zhuǎn)向右偏轉(zhuǎn)向左偏轉(zhuǎn)向左偏轉(zhuǎn)向下偏轉(zhuǎn)向下偏轉(zhuǎn)向上偏轉(zhuǎn)向上偏轉(zhuǎn)2021-12-1418四、電視顯像管的工作原理四、電視顯像管的工作原理1.1.主要構(gòu)造主要構(gòu)造: :電子槍（陰極）、電子槍（陰極）、偏轉(zhuǎn)線圈、熒光屏等偏轉(zhuǎn)線圈、熒光屏等(1)_(1)_若要使電子束在水平方向若要使電子束在水平方向偏離中心偏離中心, ,打在熒光屏上的打在熒光屏上的A A點點, ,偏轉(zhuǎn)磁場應該沿什么方向偏轉(zhuǎn)磁場應該沿什么方向? ? (2)(2)若