高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 5.5 探究洛伦兹力教案 沪科版选修3-1-沪科版高二选修3-1物理教案VIP专享VIP免费

5.5探究洛伦兹力1．洛伦兹力磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力。(1)洛伦兹力的方向：用左手定则判断，伸开左手，拇指跟其余四个手指垂直，且处于同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。(2)洛伦兹力的大小安培力可以看成是大量的运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力则是安培力的微观解释。洛伦兹力的大小公式为f＝qvB，其中q表示运动电荷的电荷量，v表示电荷的运动速度，B表示磁感应强度。此公式适用于速度方向跟磁场方向垂直的情况。预习交流1如图所示，如果在电子射线管上方平行于管轴放置一根载流导线，电流方向如图所示，电子射线将朝什么方向偏转？电流反向后情况如何？想一想：为什么禁止将磁铁靠近正在播放节目的电视机？答案：由安培定则可得导线产生的磁场在导线上方垂直纸面向外，在导线下方垂直纸面向里，再由左手定则可得电子射线向下偏，电流反向后同理可得电子射线向上偏，因为电视显像管应用了电子束磁偏转的道理，所以将磁铁靠近正在播放节目的电视机时磁铁的磁场会影响电子的运动使图像变形。2．研究带电粒子在磁场中的运动利用阴极射线管实验观察带电粒子在磁场的运动轨迹，让电子束垂直磁场方向进入匀强磁场的空间，将发现阴极射线在匀强磁场中的运动轨迹是圆周，即带电粒子垂直磁场方向进入，在匀强磁场中做匀速圆周运动，向心力由洛伦兹力提供，与速度方向垂直，故洛伦兹力对运动电荷不做功。3．带电粒子的轨道半径和周期(1)轨道半径：由方程qvB＝得，r＝。在匀强磁场中做圆周运动的带电粒子，它运动的轨道半径跟其运动的速率成正比。(2)运动周期：由T＝和r＝得，T＝。带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与它运动的轨道半径、运动的速率无关。预习交流2带电粒子在匀强磁场中为什么会做匀速圆周运动？答案：带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用，该力与运动速度方向垂直，充当向心力，由于向心力不做功，也就是洛伦兹力对运动电荷不做功，因此它不改变速度的大小，只改变速度的方向，所以运动电荷做匀速圆周运动。一、洛伦兹力的方向和大小我们用左手定则可以判断安培力的方向，那可不可以用左手定则判断洛伦兹力的方向？如果能，那么对正负运动电荷在判断洛伦兹力时有何不同？答案：洛伦兹力的方向可用左手定则来判断：张开左手，使大拇指与其余四指垂直且在同一平面内，让磁感线穿过手心，让四指指向正电荷运动的方向，则大拇指所指的方向就是正电荷所受的洛伦兹力的方向。用左手定则判定洛伦兹力方向时注意正、负电荷的区别，正电荷运动方向相当于电流方向，即四指指向，负电荷运动方向与电流方向相反，即与四指指向相反。如图中各图已标出磁场方向、电荷运动方向、电荷所受洛伦兹力方向三者中的两个，试标出另一个的方向。答案：(1)受力方向垂直于v斜向左(2)受力方向垂直于v向左(3)运动方向平行于斜面向下(4)磁场方向垂直纸面指向读者。解析：用左手定则判断，对－q，四指应指向其运动方向的反方向。分别可得，图(1)中＋q受洛伦兹力方向垂直于v斜向左；图(2)中－q受洛伦兹力方向垂直于v向左；图(3)中－q运动方向平行于斜面向下；图(4)中匀强磁场方向垂直纸面指向读者。洛伦兹力的方向具有这样的特点：无论v与B是否垂直，洛伦兹力总是同时垂直于电荷运动方向与磁场方向。二、洛伦兹力的微观解释若有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中。这段导体所受的安培力为多大？电流I的微观表达式是什么？这段导体中含有多少自由电荷数？每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为多大？答案：设导体中每个带电粒子定向移动的速率为v，单位体积内的粒子数为n，导体的截面积为S。(如图所示)导体电流为I＝nqSv，其中q是每个粒子的电荷量。对于长为L的导线，当它垂直于磁场放置时，所受安培力为：F安＝BIL＝nqSvBL。这段导体中的电荷数为N＝n·S·L，则每个带电粒子受到的力，即洛伦兹力为：f＝＝＝qvB。在下列各图中，匀强磁场的磁感应强度均为B...