1、3.4 磁場對運動電荷的作用洛倫茲力知識背景知識背景1.磁場對通電導(dǎo)線力的作用安培力I IF F2.導(dǎo)線中的電流是由電荷的定向移動形成的，就象水流是由水分子定向移動形成一樣iiiiiiiiiiiiiI=Ni猜想導(dǎo)線中的電流是由電荷的定向移動形成的iiiI=Ni磁場對通電導(dǎo)線有力的作用IFiiiI=NifffF=NF洛洛磁場對通電導(dǎo)線的力實際上是作用在運動電荷上的,安培力是這些力的宏觀表現(xiàn)洛倫茲（洛倫茲（1853185319281928） 洛倫茲是荷蘭物洛倫茲是荷蘭物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家，理學(xué)家、數(shù)學(xué)家，18531853年年7 7月月1818日生于阿日生于阿納姆。洛倫茲創(chuàng)立了納姆。洛倫茲創(chuàng)立了經(jīng)典電子

2、論，提出了經(jīng)典電子論，提出了洛倫茲變換公式，洛倫茲變換公式，19021902年與其學(xué)生塞曼年與其學(xué)生塞曼共同獲得諾貝爾物理共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎。為紀念洛倫茲學(xué)獎。為紀念洛倫茲的卓著功勛，荷蘭政的卓著功勛，荷蘭政府決定從府決定從19451945年起，年起，把他的生日定為把他的生日定為“洛洛倫茲節(jié)倫茲節(jié)”。（一般用F 來表示洛倫茲力）洛倫茲（荷蘭）洛倫茲（荷蘭）Lorentz185319282.2.理論推導(dǎo)理論推導(dǎo) 有一段靜止導(dǎo)線長L，橫截面積為S，單位體積內(nèi)含有的自由電子數(shù)為n，每個電子的電荷量是e，設(shè)在時間t內(nèi)，自由電子沿導(dǎo)線移動了距離x，則電子定向移動的速率 ，那么通過導(dǎo)線的電流是txvn

3、eSvtxneStqI 我們已經(jīng)知道，若長度是L的通電導(dǎo)線與磁場方向垂直，通過的電流是I，則勻強磁場B中受到的安培力大小為neSvBLILBF 設(shè)每個電子受到的磁場力是F ，那么F=NF洛，N是這段導(dǎo)線所含有的自由電子總數(shù)，N=nSL，所以NevBneSvBLNF洛evBF洛qvLS3.3.結(jié)論分析結(jié)論分析（1）e為電子所帶電荷量，電荷量為q的運動電荷所受到的洛倫茲力可以表示為qvBF洛（2）帶電粒子在磁場中所受洛倫茲力的方向，同樣可以用左手定則左手定則判斷.正電荷所受洛倫茲力的方向與B、v的關(guān)系可用圖3-4-3表示，若帶電粒子是負電荷，則受力方向與正電荷的受力方向相反.問題：問題： 磁場對放

4、入其中的通電導(dǎo)線有力的作用，磁場對磁場對放入其中的通電導(dǎo)線有力的作用，磁場對運動電荷是否有力的作用？運動電荷是否有力的作用？陰極射線管陰極射線管2 2. .洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向F洛洛F洛洛1.1.實驗現(xiàn)象：實驗現(xiàn)象：(1)(1)沒有加磁場時，電子束直線前進；沒有加磁場時，電子束直線前進； (2) (2)加了磁場后，電子束的運動徑跡發(fā)生彎曲。加了磁場后，電子束的運動徑跡發(fā)生彎曲。3.3.洛倫茲力方向的判斷洛倫茲力方向的判斷-左手定則左手定則vFvFF且且 Fv FVsinFqvBB1B2（為B、v 5.5.洛倫茲力的大小洛倫茲力的大小FF時，6.6.洛倫茲力的特點洛倫茲力的特點 只改變運

5、動電荷速度的方向，不改變運只改變運動電荷速度的方向，不改變運動電荷速度的大小動電荷速度的大小. .結(jié)論：洛倫茲力對運動電荷永遠不做功結(jié)論：洛倫茲力對運動電荷永遠不做功! !sinFqvB洛 如圖如圖3-4-43-4-4所示，一個帶正電荷所示，一個帶正電荷q的帶電粒子，在磁感的帶電粒子，在磁感應(yīng)強度為應(yīng)強度為B B的勻強磁場中，以垂直于磁場的方向運動，粒的勻強磁場中，以垂直于磁場的方向運動，粒子所受洛倫茲力大小恒為子所受洛倫茲力大小恒為F洛洛=qvB ，方向總跟速度方向垂，方向總跟速度方向垂直。直。 我們通過力學(xué)的學(xué)習(xí)已經(jīng)知道，我們通過力學(xué)的學(xué)習(xí)已經(jīng)知道，如果一個物體只受一個垂直于運如果一個物體

6、只受一個垂直于運動方向且大小不變的力的作用，動方向且大小不變的力的作用，并且這個力始終在同一個平面內(nèi)，并且這個力始終在同一個平面內(nèi)，則這個物體將做勻速圓周運動。則這個物體將做勻速圓周運動。 因此，帶電粒子在勻強磁場中因此，帶電粒子在勻強磁場中必定做勻速圓周運動，圓周運動必定做勻速圓周運動，圓周運動的軌道平面與磁場方向垂直，其的軌道平面與磁場方向垂直，其向心力就來自洛倫茲力。向心力就來自洛倫茲力。問題：問題： 一帶電量為q，質(zhì)量為m，速度為v的帶電粒子垂直進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，其軌道半徑R和周期T為多大？理論推導(dǎo)理論推導(dǎo): 粒子做勻速圓周運動所需的向心力 由粒子所受的洛倫茲力提供,即q

7、BmvR qBmT2RvmqvB2vRT2說明說明: 1、軌道半徑和粒子的運動速率成正比。 2、帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期和運動速率無關(guān)。RvmF2電視顯像管的工作原理電視顯像管的工作原理軌跡平面與磁場垂直因為帶電粒子的初速度和所受洛倫茲力的方向都在跟磁場方向垂直的平面內(nèi)，沒有任何作用使粒子離開這個平面速度大小不變 因為洛倫茲力總是跟粒子的運動方向垂直,所以洛倫茲力不對粒子做功，粒子的速度大小不變速度方向時刻改變因為洛倫茲力總是跟粒子的運動方向垂直，所以速度方向改變受力大小不變 因為速度大小不變,所以洛倫茲力大小也不變受力方向時刻改變因為速度方向改變，所以洛倫茲力方向也改變軌跡形狀圓

8、因為帶電粒子受到一個大小不變，方向總與粒子運動方向垂直的力，因此帶電粒子做勻速圓周運動，其向心力就是洛倫茲力課堂小結(jié)課堂小結(jié) + +vFvv垂直紙面向外垂直紙面向外vvF FvF垂直紙面向里垂直紙面向里1.1.下列各圖中帶電粒子剛剛進入磁場，試判斷這時下列各圖中帶電粒子剛剛進入磁場，試判斷這時粒子所受格倫茲力的方向？粒子所受格倫茲力的方向？F F2 2電子的速率電子的速率V=3V=310106 6m/sm/s垂直射入垂直射入B=0.1TB=0.1T的勻的勻強磁場中，它所受的洛倫茲力為多大強磁場中，它所受的洛倫茲力為多大？（e=1.6e=1.61010-19-19 C C）解： 電子所受洛倫茲力 F = qvB 代入數(shù)據(jù)解得 F=