5.5探究洛伦兹力 课件

课件44张PPT。法门高中 冯少辉5.5探究洛伦兹力 一个绚丽而有趣的自然现象——极光为什么会产生极光？ 科学研究表明：由于地磁场俘获带电粒子而出现的现象磁场对运动电荷的作用力,叫做洛伦兹力。洛伦兹力荷兰物理学家 洛伦兹
(Lorentz， 1853—1928)荷兰物理学家，他是电子论的创始人、相对论中洛伦兹变换的建立者，并因在原子物理中的重要贡献（塞曼效应）获得第二届（1902年）诺贝尔物理学奖。被爱因斯坦称为“我们时代最伟大，最高尚的人”。1.电荷放在电场中会受到电场力作用，那么电荷放入磁场中是否一定会受到磁场力的作用?
提示：当电荷在磁场中静止或沿着磁感线方向运动时，电荷不会受到磁场力作用.只有当电荷运动且运动方向不与磁场平行时，才受洛伦兹力作用.2.利用左手定则判断带电粒子在磁场中所受到的洛伦兹力的方向时，四指所指的方向是否一定为电荷运动的方向？
提示：根据左手定则，四指所指的方向为正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向.3.洛伦兹力的方向与电荷运动方向、磁场方向有何关系？提示：(1)洛伦兹力的方向总是与电荷运动方向和磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于电荷运动方向和磁场方向所决定的平面.
(2)f、B、v三者的方向关系是：f⊥B，F⊥v，但B与v不一定垂直. 知识点1：洛伦兹力的方向
练习1：下面四幅图是带电粒子在磁场中的运动，其中粒子的速度方向都与磁场方向垂直，则关于带电粒子受力方向的说法正确的是( )Ａ.甲图中的带电粒子受到的洛伦兹力方向与速度方向垂直，且在纸面内向下
Ｂ.乙图中的带电粒子受到的洛伦兹力方向与速度方向垂直，且在纸面内向右下方
Ｃ.丙图中的带电粒子受到的洛伦兹力方向与速度方向垂直，且垂直于纸面向里
Ｄ.丁图中的带电粒子受到的洛伦兹力方向与速度方向垂直，且垂直于纸面向里2.(2010·淮安高二检测)有一个电子
射线管(阴极射线管)，放在一通电直
导线的上方，发现射线的径迹如图所
示，则此导线放置的方式及电流的流向为( )
A.直导线在纸面内，平行于射线管轴放置，电流从左流向右
B.直导线在纸面内，平行于射线管轴放置，电流从右流向左
C.直导线垂直于纸面和射线管轴放置，电流流向纸内
D.直导线垂直于纸面和射线管轴放置，电流流向纸外【解析】选B.负电荷向下偏转，由左手定则可判断导线上方的磁场方向垂直纸面向里，由安培定则知导线应按平行于纸面放置且导线中的电流方向从右流向左，故B正确，A、C、D错误.【典例1】(2010·杭州高二检测)
每时每刻都有大量宇宙射线向地
球射来，地磁场可以改变射线中
大多数带电粒子的运动方向，使
它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义.假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来,在地磁场的作用下,它将( )
A.向东偏转 B.向南偏转
C.向西偏转 D.向北偏转【思路 点拨】解答本题应明确以下三点：
(1)明确赤道上方地磁场的方向;
(2)与地理方位相联系；
(3)利用左手定则判断.
【自主解答】选A.赤道附近的地磁场方向水平向北,一个带正电的射线粒子竖直向下运动时,据左手定则可以确定,它受到水平向东的洛伦兹力,故它向东偏转,A正确.二、洛伦兹力的大小【分析论证】探究洛伦兹力的大小 理论基础:
磁场对电流有安培力的作用，而电流是由电荷定向运动形成的。所以磁场对电流的安培力可能是磁场对运动电荷的作用力的宏观表现。即：1.安培力是洛伦兹力的宏观表现．
2.洛伦兹力是安培力的微观本质。
虽不等价 但本质相同分析认证：1.在长L的体积内的电荷数为N=______,这些电荷完全通过截面积S的时间t=_______,n:单位体积内的
电荷数
S:导体截面积
V:电荷运动速度
q:电荷的电量LS2.通过导线的电流强度I=________长度为L的导线所受的安培力F=_________3.电量为q,速度为v在垂直磁场(磁感应强度为B)
中运动受到的洛仑兹力f=_______LSnL/vnqSv BvqLSnBvq把安培力看作是大量运动电荷所受洛仑兹力的合力磁场对运动电荷的洛伦兹力f的表达式：
f = qvB
此公式适用于速度方向与磁场方向垂直的情况1.既然安培力是作用在导线中各自由电子所受洛伦兹力的宏观表现，当在磁场中的导线没有通电时，自由电子也在不停地运动，为什么没有安培力呢？
提示：导线不通电时，电荷只做无规则的热运动，而无定向运动，由于向各方向运动的电荷几率相等，磁场对每个运动电荷的洛伦兹力叠加的宏观效果为零.2.电荷放在电场中一定会受到电场力的作用，那么电荷放入磁场中也一定会受到磁场力的作用吗？
提示：不一定.当电荷在磁场中静止或沿着磁场方向运动时，电荷不会受到磁场力作用.只有当电荷的运动方向与磁场方向不平行时，才受洛伦兹力作用.3.电荷在某一区域不受洛伦兹力，能否说明该区域的磁感应强度为零？
提示：不能.因为静止的电荷在磁场中不受洛伦兹力，电荷的运动方向与磁场方向平行时也不受洛伦兹力.练习 如图5－5－4所示，匀强磁场的磁感应
强度均为B，带电粒子的速率均为v、带电荷
量均为q.试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的
大小，并说明洛伦兹力的方向．图5－5－4【典例2】如图所示，质量为m、带
电荷量为q的小球从倾角为θ的光
滑绝缘斜面上由静止下滑，整个斜
面置于方向垂直纸面向外的匀强磁
场中，其磁感强度为B.若带电小球在下滑过程中的某时刻对斜面的作用力恰好为零，则下列说法正确的是( )A.小球带正电
B.小球在斜面上运动时做匀加速直线运动
C.小球在斜面上运动时做速度增大、加速度也增大的
变加速直线运动
D.小球在斜面上下滑的过程中，当小球对斜面压力为
零时的速率为【思路点拨】解答本题应明确以下问题：
(1)根据垂直斜面的受力确定洛伦兹力方向.
(2)由沿斜面方向上的合力确定小球的运动性质.
(3)由洛伦兹力公式确定临界速率.【自主解答】选A、B、D.对小球进行受力分析，带电小球在下滑的过程中某时刻对斜面的作用力恰好为零，由左手定则可知，洛伦兹力应垂直斜面向上，A正确；又因为洛伦兹力垂直斜面，离开斜面前小球的合外力大小为mgsinθ，方向沿斜面向下，故小球在斜面上运动时做匀加速直线运动，B对C错；当FN＝0时，有qvB＝mgcosθ，D对.2.设匀强磁场方向沿z轴正方向,带负
电的运动粒子在磁场中受洛伦兹力F
的作用，方向沿y轴正方向,如图所示.
则该带负电的粒子速度方向为( )
A.一定沿x轴正方向 B.一定沿x轴负方向
C.一定沿y轴正方向 D.一定沿z轴正方向【解析】选A.伸开左手,拇指与其余四指垂直,且处于同一平面内,让磁感线垂直穿过手心,拇指指向洛伦兹力的方向，那么四指指向x轴的负方向,因为粒子带负电,故其速度方向一定沿x轴正方向，A正确. 知识点2：洛伦兹力的大小
3.(2010·黄山高二检测)关于安培力和洛伦兹力，下面的说法正确的是( )
A.安培力和洛伦兹力是性质完全不同的两种力
B.安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力
C.安培力和洛伦兹力，二者是等价的
D.安培力对通电导体能做功，但洛伦兹力对运动电荷不能做功【解析】选B、D.安培力和洛伦兹力有着共同的本质，都是磁场对运动电荷的作用力，故A错误，B正确.安培力和洛伦兹力虽然本质相同，但安培力对导体能做功，而洛伦兹力对运动电荷不能做功，故C错误，D正确.4.带电量为＋q的粒子，在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是( )
A.只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同
B.如果只把＋q改为－q，且速度反向而大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变
C.只要带电粒子在磁场中运动，它一定受到洛伦兹力作用
D.带电粒子受到的洛伦兹力越小，则该磁场的磁感应强度越小【解析】选B.洛伦兹力f=qvBsinθ，即某带电粒子的洛伦兹力除了与磁感应强度、速度大小有关，还与运动方向和磁场方向间的夹角有关，所以A、D错误.把
＋q改为-q，且速度反向、大小不变，由左手定则和f=qvBsinθ判断，洛伦兹力大小和方向都不变，B正确.当电荷运动方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力作用，C错误.小结：1、洛伦兹力的方向（左手定则）
2、洛伦兹力的大小: f=qvB
3、关系：
安培力是洛伦兹力的宏观表现．
洛伦兹力是安培力的微观本质。
虽不等价 但本质相同
1.沿垂直于磁场方向进入匀强磁场的带电粒子为什么只能在平面内运动？
提示：垂直磁场方向进入磁场的粒子所受作用力方向垂直于B与v所决定的平面，没有让粒子离开这个平面的作用力，因此只能在B与v决定的平面内运动.2.一个长螺线管中通有交变电流,有一个带电粒子沿管中心轴线射入管中,粒子在管内将做什么运动?(不计带电粒子的重力)
提示:通有交变电流的螺线管内部磁场方向始终与轴线平行,带电粒子沿着磁感线方向运动时不受洛伦兹力,保持原运动状态不变,做匀速直线运动.3.带电粒子斜进入匀强磁场后,将做什么运动?
提示:将射入时的速度沿磁感线和与磁感线垂直的方向分解,沿磁感线方向上带电粒子不受力,做匀速直线运动,与磁感线垂直方向上带电粒子受到的洛伦兹力方向与速度方向垂直,做匀速圆周运动,所以带电粒子将做螺旋线运动. 知识点3：带电粒子在磁场中的运动
5.由几种不同的粒子组成的带电粒子束，以相同的速度v从同一点垂直磁场方向射入同一匀强磁场，结果所有的粒子沿同一圆周做匀速圆周运动(不计重力)，这是因为( )
A.它们具有相同的动能
B.它们具有相同的电荷量
C.它们具有相同的质量
D.它们具有相同的比荷【解析】选D.本题考查粒子的圆周运动的轨道半径.粒
子圆周运动的轨迹相同即轨道半径相同，由洛伦兹力
提供向心力有Bqv= 得r= 因为r、v、B相同，
所以 相同，故D正确，A、B、C错误.