运动电荷在磁场中的受力
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运动电荷在磁场中受到的力引言在物理学中,磁场是一种存在于空间中的特殊力场。
而电荷是产生磁场或受到磁场力作用的重要物理量。
当一个电荷在磁场中运动时,它会受到一个力的作用,这就是运动电荷在磁场中受到的力。
本文将详细讨论运动电荷在磁场中受到的力的性质、计算方法等内容。
磁场和磁场力磁场是由具有磁性的物质产生的。
磁场的特点是有方向和强度。
磁场的单位是特斯拉(Tesla),常用符号为T。
常见的磁场来源有恒定磁场和交变磁场。
磁场力是指磁场对电荷或电流产生的力。
在运动电荷场景中,所受力的大小与电荷的速度、磁场强度以及电荷的运动方向有关。
根据洛伦兹力定律,运动电荷在磁场中所受到的力可以用如下公式表示:[ = q( ) ]其中,F为电荷所受到的力,q为电荷量,v为电荷的速度,B为磁场强度。
运动电荷在磁场中受到的力的性质我们可以从公式中看出,运动电荷在磁场中受到的力具有以下几个性质:1. 没有静止电荷的力根据洛伦兹力定律,只有当电荷具有速度时,才会受到磁场力的作用。
当电荷静止时,磁场对它没有任何影响。
2. 力的方向垂直于速度和磁场强度方向根据公式中的向量积,我们可以看出电荷所受到的力方向与电荷的速度方向和磁场强度方向都垂直。
具体而言,力的方向遵循右手定则,即将右手的食指指向电荷的运动方向,中指指向磁场方向,则拇指指向力的方向。
3. 力的大小与速度、电荷量、磁场强度相关根据公式,我们可以看出电荷所受到的力大小与电荷的速度、电荷量以及磁场强度都有关系。
当速度、电荷量或磁场强度增大时,力也会增大。
而当速度、电荷量或磁场强度减小时,力也会减小。
4. 力不会改变电荷的动能在运动电荷受到磁场力作用时,它的动能不会发生改变。
这是因为磁场力的方向始终垂直于速度方向,所以它只会改变电荷的运动方向而不会改变电荷的速度大小。
运动电荷在磁场中受到的力的计算方法为了计算运动电荷在磁场中受到的力,我们需要知道电荷的速度、电荷量和磁场强度。
根据洛伦兹力定律公式,我们可以按照以下步骤进行计算:1. 确定电荷的速度首先,我们需要确定电荷的速度。
运动电荷在磁场中的受力分析在物理学中,我们学习了电荷和磁场的相互作用。
其中,最为经典的案例就是运动电荷在磁场中受力的问题。
本文将对运动电荷在磁场中的受力进行分析。
一、洛伦兹力的定义和计算公式当一个带电粒子以速度v在磁场B中运动时,它将受到洛伦兹力的作用。
洛伦兹力的定义是:当一个电荷e的粒子以速度v进入磁感应强度为B的均匀磁场中运动时,它所受的力F与物理量e、v、B之间的关系是:F = e * (v x B)其中,矢量符号x表示向量叉积。
此公式表明,洛伦兹力的大小等于电荷e和速度v的乘积,并且与速度v和磁感应强度B的夹角有关。
二、洛伦兹力的方向根据洛伦兹力公式可以看出,洛伦兹力是一个矢量,其方向与速度v和磁感应强度B的夹角有关。
具体来说,将速度向量v按照右手法则旋转到磁感应强度B的方向上,右手握住v,大拇指指向v,四指弯曲的方向则为洛伦兹力的方向。
三、运动电荷在磁场中的轨迹根据洛伦兹力的方向和大小,我们可以推断出运动电荷在磁场中的轨迹。
当洛伦兹力与电荷的速度方向垂直时,电荷将绕着磁场线圈形成一个圆周运动。
当洛伦兹力与电荷的速度方向平行时,电荷将继续沿着直线运动。
而当洛伦兹力与电荷的速度方向呈45度夹角时,电荷将绕着一条螺旋线运动。
四、洛伦兹力的应用洛伦兹力在物理学中有着广泛的应用,其中最为重要的应用之一就是电磁感应。
当一个导线中的电流通过时,导线中的电子将以一定的速度运动。
根据洛伦兹力的作用,电流中的电子将受到一个向导线的方向垂直的磁场力。
利用这一原理,我们可以实现电磁感应,例如发电机的原理。
此外,洛伦兹力还可以应用于粒子加速器和核物理实验中。
在粒子加速器中,带电粒子在加速过程中会产生磁场,从而受到洛伦兹力的作用,加速到较高的速度。
而在核物理实验中,利用洛伦兹力可以将带电粒子进行加速、定位和探测。
五、运动电荷在非均匀磁场中的受力分析虽然本文主要讨论了运动电荷在均匀磁场中的受力分析,但实际应用中我们也经常会遇到非均匀磁场的情况。
考点3 运动电荷在磁场中受到的力—洛伦兹力1.洛伦兹力运动电荷在磁场中受到的力叫做洛伦兹力.2.洛伦兹力的方向(1)判定方法左手定则:掌心——磁感线垂直穿入掌心;四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向;拇指——指向洛伦兹力的方向.(2)方向特点:F⊥B,F⊥v,即F垂直于B和v决定的平面(注意:洛伦兹力不做功).3.洛伦兹力的大小(1)v∥B时,洛伦兹力F=0.(θ=0°或180°)(2)v⊥B时,洛伦兹力F=qvB.(θ=90°)(3)v=0时,洛伦兹力F=0.1.关于电场力与洛伦兹力,以下说法正确的是()A.电荷只要处在电场中,就会受到电场力,而电荷静止在磁场中,也可能受到洛伦兹力B.电场力对在电场中的电荷一定会做功,而洛伦兹力对在磁场中的电荷却不会做功C.电场力与洛伦兹力一样,受力方向都在电场线和磁感线上D.只有运动的电荷在磁场中才会受到洛伦兹力的作用2.下列各图中,运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是()3.如下图所示是磁感应强度B、正电荷速度v和磁场对电荷的作用力F三者方向的相互关系图(其中B、F、v两两垂直).其中正确的是()4.下列关于洛伦兹力的说法中,正确的是()A.只要速度大小相同,所受洛伦兹力就相同B.如果把+q改为-q,且速度反向,大小不变,则洛伦兹力的大小、方向均不变C.洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直,磁场方向一定与电荷运动方向垂直D.粒子在只受到洛伦兹力作用下运动的动能、速度均不变5.带电粒子(重力不计)穿过饱和蒸汽时,在它走过的路径上饱和蒸汽便凝成小液滴,从而显示了粒子的径迹,这是云室的原理,如图所示是云室的拍摄照片,云室中加了垂直于照片向外的匀强磁场,图中oa、ob、oc、od是从o点发出的四种粒子的径迹,下列说法中正确的是()A.四种粒子都带正电B.四种粒子都带负电C.打到a、b点的粒子带正电D.打到c、d点的粒子带正电6.如图所示是电子射线管示意图.接通电源后,电子射线由阴极沿x轴正方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转,下列措施可采用的是()A.加一磁场,磁场方向沿z轴负方向B.加一磁场,磁场方向沿y轴正方向C.加一磁场,磁场方向沿x轴正方向D.加一磁场,磁场方向沿y轴负方向7.如图所示,一束电子流沿管的轴线进入螺线管,忽略重力,电子在管内的运动应该是()A.当从a端通入电流时,电子做匀加速直线运动B.当从b端通入电流时,电子做匀加速直线运动C.不管从哪端通入电流,电子都做匀速直线运动D.不管从哪端通入电流,电子都做匀速圆周运动8.(多选)如图为一“滤速器”装置的示意图.a、b为水平放置的平行金属板,一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间.为了选取具有某种特定速率的电子,可在a、b间加上电压,并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场,使所选电子仍能够沿水平直线OO′运动,由O′射出.不计重力作用.可能达到上述目的的办法是()A.使a板电势高于b板,磁场方向垂直纸面向里B.使a板电势低于b板,磁场方向垂直纸面向里C.使a板电势高于b板,磁场方向垂直纸面向外D.使a板电势低于b板,磁场方向垂直纸面向外9.(多选)在方向如图所示的匀强电场(场强为E)和匀强磁场(磁感应强度为B)共存的场区中,一电子沿垂直电场线和磁感线的方向以速度v0射入场区,设电子射出场区时的速度为v,则()A.若v0>E/B,电子沿轨迹I运动,射出场区时,速度v>v0B.若v0>E/B,电子沿轨迹Ⅱ运动,射出场区时,速度v<v0C.若v0<E/B,电子沿轨迹Ⅰ运动,射出场区时,速度v>v0D.若v0<E/B,电子沿轨迹Ⅱ运动,射出场区时,速度v<v010.带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场,恰做匀速直线运动,如图3-5-12所示,若油滴质量为m,磁感应强度为B,则下述说法正确的是()A.油滴必带正电荷,电荷量为2mg/v0BB.油滴必带负电荷,比荷q/m=g/v0BC.油滴必带正电荷,电荷量为mg/v0BD.油滴带什么电荷都可以,只要满足q=mg/v0B11.(多选)如图所示,用丝线吊一个质量为m的带电(绝缘)小球处于匀强磁场中,空气阻力不计,当小球分别从等高的A点和B点向最低点O运动且两次经过O点时()A.小球的动能相同B.丝线所受的拉力相同C.小球所受的洛伦兹力相同D.小球的向心加速度相同12. (多选)如图所示,一个带正电荷的小球沿水平光滑绝缘的桌面向右运动,飞离桌子边缘A ,最后落到地板上.设有磁场时飞行时间为t 1,水平射程为x 1,着地速度大小为v 1;若撤去磁场,其余条件不变时,小球飞行时间为t 2,水平射程为x 2,着地速度大小为v 2.则下列结论正确的是( )A .x 1>x 2B .t 1>t 2C .v 1>v 2D .v 1和v 2相同13. (多选)如图所示,a 为带正电的小物块,b 是一不带电的绝缘物块(设a 、b 间无电荷转移),a 、b 叠放于粗糙的水平地面上,地面上方有垂直纸面向里的匀强磁场,现用水平恒力F 拉b 物块,使a 、b 一起无相对滑动地向左加速运动,在加速运动阶段( )A .a 、b 一起运动的加速度减小B .a 、b 一起运动的加速度增大C .a 、b 物块间的摩擦力减小D .a 、b 物块间的摩擦力增大14. 如图所示,表面粗糙的斜面固定于地面上,并处于方向垂直纸面向外、强度为B 的匀强磁场中.质量为m 、带电荷量为+Q 的小滑块从斜面顶端由静止下滑.在滑块下滑的过程中,下列判断正确的是( )A . 滑块受到的摩擦力不变B . 滑块到达地面时的动能与B 的大小无关C . 滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下D . B 很大时,滑块可能静止于斜面上15. (多选)质量为m 、带电荷量为q 的小物块,从倾角为θ的光滑绝缘斜面上由静止下滑,整个斜面置于方向水平向里的匀强磁场中,磁感应强度为B ,如图所示.若带电小物块下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零,下列说法中正确的是( )A . 小物块一定带正电荷B . 小物块在斜面上运动时做匀加速直线运动C . 小物块在斜面上运动时做加速度增大,而速度也增大的变加速直线运动D . 小物块在斜面上下滑过程中,当小物块对斜面压力为零时的速率为mg cos θBq16、如图所示,套在足够长的绝缘粗糙直棒上的带正电小球,其质量为m ,带电荷量为q ,小球可在棒上滑动,现将此棒竖直放入沿水平方向的且互相垂直的匀强磁场和匀强电场中.设小球电荷量不变,小球由棒的下端以某一速度上滑的过程中一定有( )A. 小球加速度一直减小B. 小球的速度先减小,直到最后匀速C. 杆对小球的弹力一直减小D. 小球受到的洛伦兹力一直减小17、(多选)在一绝缘、粗糙且足够长的水平管道中有一带电量为q 、质量为m 的带电球体,管道半径略大于球体半径.整个管道处于磁感应强度为B 的水平匀强磁场中,磁感应强度方向与管道垂直.现给带电球体一个水平速度v ,则在整个运动过程中,带电球体克服摩擦力所做的功可能为( )A .0 B.12m (mg qB )2 C.12mv 2 D.12mv 2-(mg qB )2] 18、(多选)如图所示,粗糙的足够长的竖直木杆上套有一个带电的小球,整个装置处在由水平匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场组成的足够大的复合场中,小球由静止开始下滑,在整个运动过程中小球的v -t 图象如图所示,其中错误的是( )19、(多选)如图所示,一个带正电荷的物块m ,由静止开始从斜面上A 点下滑,滑到水平面BC 上的D 点停下来.已知物块与斜面及水平面间的动摩擦因数相同,且不计物块经过B 处时的机械能损失.先在ABC 所在空间加竖直向下的匀强电场,第二次让物块m 从A 点由静止开始下滑,结果物块在水平面上的D ′点停下来.后又撤去电场,在ABC 所在空间加水平向里的匀强磁场,再次让物块m 从A 点由静止开始下滑,结果物块沿斜面滑下并在水平面上的D ″点停下来.则以下说法中正确的是( )A 、D ′点一定在D 点左侧B 、D ′点一定与D 点重合C 、D ″点一定在D 点右侧 D 、D ″点一定与D 点重合20、如图所示,在磁感应强度为B 的水平匀强磁场中,有一足够长的绝缘细棒OO ′在竖直面内垂直于磁场方向放置,细棒与水平面夹角为α.一质量为m 、带电荷量为+q 的圆环A 套在OO ′棒上,圆环与棒间的动摩擦因数为μ,且μ<tan α.现让圆环A 由静止开始下滑,试问圆环在下滑过程中:(1) 圆环A 的最大加速度为多大?获得最大加速度时的速度为多大?(2) 圆环A 能够达到的最大速度为多大?21、(多选)如图所示,一根水平光滑的绝缘直槽轨连接一个竖直放置的半径为R =0.50m 的绝缘光滑槽轨,槽轨处在垂直纸面向外的匀强磁场中,磁感应强度B =0.50T.有一个质量m =0.10g ,带电量为q =+1.6×10-3C 的小球在水平轨道上向右运动.若小球恰好能通过最高点,则下列说法正确的是( )A 、小球在最高点所受的合力为零B 、小球到达最高点时的机械能与小球在水平轨道上的机械能相等C 、如果设小球到达最高点的线速度是v ,则小球在最高点时式子mg +qvB =m v 2R 成立D 、如果重力加速度取10m/s 2,则小球的初速度v 0=4.6m/s22、如图所示,一个绝缘且内壁光滑的环形细圆管,固定于竖直平面内,环的半径为R(比细管的内径大得多),在圆管的最低点有一个直径略小于细管内径的带正电小球处于静止状态,小球的质量为m,带电荷量为q,重力加速度为g.空间存在一磁感应强度大小未知(不为零),方向垂直于环形细圆管所在平面且向里的匀强磁场.某时刻,给小球一方向水平向右、大小为v0=5gR的初速度,则以下判断正确的是()A、无论磁感应强度大小如何,获得初速度后的瞬间,小球在最低点一定受到管壁的弹力作用B、无论磁感应强度大小如何,小球一定能到达环形细圆管的最高点,且小球在最高点一定受到管壁的弹力作用C无论磁感应强度大小如何,小球一定能到达环形细圆管的最高点,且小球到达最高点时的速度大小都相同D、小球在环形细圆管的最低点运动到所能到达的最高点的过程中,水平方向分速度的大小一直减小23、(多选)如图所示,设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场,已知一粒子在重力、电场力和洛伦兹力作用下,从静止开始自A点沿曲线ACB运动,到达B点时速度为零,C点是运动的最低点,以下说法正确的是()A、这粒子必带正电荷B、A点和B点在同一高度C、粒子在C点时速度最大D、粒子到达B点后,将沿曲线返回A点。
3、 洛伦兹力 带电粒子在磁场中的运动教学目标:1.掌握洛仑兹力的概念;2.熟练解决带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题 教学过程: 1.洛伦兹力运动电荷在磁场中受到的磁场力叫洛伦兹力,它是安培力的微观表现。
计算公式的推导:如图所示,整个导线受到的磁场力(安培力)为F 安 =BIL ;其中I=nesv ;设导线中共有N 个自由电子N=nsL ;每个电子受的磁场力为F ,则F 安=NF 。
由以上四式可得F=qvB 。
条件是v 与B 垂直。
当v 与B 成θ角时,F=qvB sin θ。
2.洛伦兹力方向的判定在用左手定则时,四指必须指电流方向(不是速度方向),即正电荷定向移动的方向;对负电荷,四指应指负电荷定向移动方向的反方向。
3.有关洛伦兹力大小的计算(1)正确画出带电粒子可能的运动轨迹图,a)定偏向:运用左手定则定轨迹偏向,其中要特别注意四指指向与负电荷的运动方向相反。
b)定圆心:主要利用v f ⊥或弦与半径垂直的关系确定。
找出对应交点就找到了圆心。
c)定半径:方法有两种,一是利用几何关系求;二是根据半径公式求。
(2)可能用到常用的四个关系式a) qvB= m R v 2= m 2ωr=m ωv=m Tπ2v ;可得: R=Bq mv ; c) T=Bq m π2; d)T t πθ2=3、带电粒子在有边界的匀强磁场中的运动 1、带电粒子在半无界磁场中的运动【例1】 如图直线MN 上方有磁感应强度为B 的匀强磁场。
正、负电子同时从同一点O 以与MN 成30°角的同样速度v 射入磁场(电子质量为m ,电荷为e ),它们从磁场中射出时相距多远?射出的时间差是多少?M解:由公式知,它们的半径和周期是相同的。
只是偏转方向相反。
先确定圆心,画出半径,由对称性知:射入、射出点和圆心恰好组成正三角形。
所以两个射出点相距2r ,由图还可看出,经历时间相差2T /3。
答案为射出点相距Be mv s 2=,时间差为Bqmt 34π=∆。
电磁场对运动电荷的作用力公式及其应用
当运动电荷进入电磁场时,将会受到一个作用力。
我们可以通过
公式计算这个作用力的大小及方向,从而便于我们研究和应用电磁场。
电荷在电磁场中受到的力可以表示为Lorentz力,其公式为:
F=q(E+v*B),其中q为电荷量,E为电场强度,B为磁场强度,v为电
荷速度。
当电荷沿着电场方向运动时,E和v的方向相同,电荷将受到一个正方向的力;当电荷沿着磁场方向运动时,E和v的方向垂直,电荷将受到一个侧向的力。
在实际应用中,我们可以利用这个公式来计算电子在磁场中的轨迹,或者导体中电流与磁场的相互作用。
比如在磁共振成像技术中,利用此公式可以使人体内水分子受到
一个特定方向的力,从而进一步推导出关于人体结构的信息。
此外,在电动力学理论中,也常常用到此公式推导出电荷的运动
轨迹、电磁波的传播等等。
总之,电磁场对运动电荷的作用力公式是一个十分重要的物理公式,不仅在基础科学研究中得到广泛应用,也在许多实际技术领域发
挥着重要的作用。
磁场中的电荷运动磁场中的电荷运动是物理学中一个重要的研究领域,它涉及到磁场对电荷的力作用以及电荷在磁场中的运动轨迹。
本文将介绍一些关于磁场中的电荷运动的基本概念和原理。
1. 磁场对电荷的力作用当一个电荷Q运动在磁场中时,它会受到磁场力的作用。
根据洛伦兹力的定律,电荷在磁场中所受的力F可以表示为F = QvBsinθ,其中Q是电荷的大小,v是电荷的速度,B是磁场的磁感应强度,θ是电荷速度与磁场方向之间的夹角。
如果电荷的速度与磁场的方向平行或反平行,那么电荷将不会受到磁场力的作用。
2. 电荷在磁场中的运动轨迹电荷在磁场中的运动轨迹可以通过磁场对电荷的力作用来分析。
对于一个电荷Q在磁场中以速度v运动,如果初始时刻电荷的速度与磁场的方向垂直,那么根据洛伦兹力的定律可以得到电荷所受的力F = QvB,即力的大小与速度和磁感应强度成正比。
根据牛顿第二定律,F = ma,其中m是电荷的质量,a是电荷的加速度。
根据上述的推导,可以得到a = QvB/m,这说明在磁场中,电荷将受到一个与速度共同方向垂直的加速度,并且加速度的大小与速度、磁感应强度以及电荷的质量有关。
由于电荷在磁场中的加速度与速度方向垂直,所以它将沿着曲线运动。
这个曲线被称为洛伦兹力曲线或者磁力曲线。
洛伦兹力曲线是一个二维平面内的圆形轨迹,圆心位于速度方向与磁场方向的交点上。
电荷在磁场中的运动轨迹是一个圆环形轨迹,圆环的半径与电荷的质量、速度以及磁感应强度有关。
3. 应用和实验观测磁场中的电荷运动在实际应用中有着广泛的使用和研究。
例如,电子在磁场中的运动被应用于电子微镜、磁共振成像等领域。
此外,磁场中的电荷运动也可以通过实验来观测和验证。
一种常见的实验是通过将一个带电粒子(例如正负电子)引入一个磁场中,观察其运动轨迹。
实验者可以根据电子的运动轨迹来测量磁感应强度,从而推断出磁场的性质。
实验还可以通过调整电荷的速度、改变磁感应强度等条件来研究磁场对电荷运动的影响。
运动电荷在磁场中受到的力当一个运动带电粒子进入磁场时,它会受到一个垂直于速度方向的力,这就是运动电荷在磁场中受到的力。
这个力被称为洛伦兹力,它的大小和方向由洛伦兹力定律决定。
洛伦兹力定律描述了运动电荷在磁场中受到的力的大小和方向。
根据洛伦兹力定律,洛伦兹力的大小等于电荷的电量乘以速度与磁场强度的乘积的绝对值,即F = qvBsinθ,其中F表示洛伦兹力,q表示电荷的电量,v表示电荷的速度,B表示磁场的磁感应强度,θ表示速度与磁场的夹角。
根据洛伦兹力定律可知,只有当电荷的速度与磁场的方向存在夹角时,电荷才会受到磁场的力。
当电荷的速度与磁场的方向平行或反平行时,洛伦兹力的大小为零,电荷不会受到磁场的力。
这是因为sinθ等于零或π,洛伦兹力的大小为零。
洛伦兹力的方向垂直于速度与磁场的平面,它遵循右手定则。
右手定则可以通过以下方式确定洛伦兹力的方向:用右手握住电荷的速度,让伸出的食指指向速度方向,中指指向磁场方向,那么拇指的方向就是洛伦兹力的方向。
洛伦兹力的大小与电荷的电量成正比,因此电量越大,受到的力也越大。
洛伦兹力的大小与速度的大小成正比,因此速度越大,受到的力也越大。
洛伦兹力的大小与磁场的磁感应强度成正比,因此磁场越强,受到的力也越大。
洛伦兹力对于电荷在磁场中的运动轨迹有着重要的影响。
当电荷的速度与磁场的方向垂直时,洛伦兹力使得电荷沿着磁场的方向做圆周运动。
当电荷的速度与磁场的方向平行或反平行时,洛伦兹力的大小为零,电荷沿直线运动。
运动电荷在磁场中受到的力在很多领域都有着广泛的应用。
例如,在粒子加速器中,利用磁场对带电粒子施加洛伦兹力,可以使粒子沿着特定轨道加速运动。
在磁共振成像中,利用磁场对带电粒子施加洛伦兹力,可以观察到物质的内部结构。
在电动机中,利用磁场对带电导体施加洛伦兹力,可以实现电能转化为机械能。
总结起来,运动电荷在磁场中受到的力由洛伦兹力定律描述。
洛伦兹力的大小等于电荷的电量乘以速度与磁场强度的乘积的绝对值,方向垂直于速度与磁场的平面。
磁场中的电荷受力和运动问题在物理学中,我们经常会遇到磁场中的电荷受力和运动问题。
磁场是由运动的电荷产生的,也可以通过电流或磁体来产生。
电荷在磁场中会受到力的作用,并且可能会发生运动。
在本文中,我们将详细讨论磁场中电荷的受力和运动问题。
一、洛伦兹力在磁场中,电荷受到的力被称为洛伦兹力。
洛伦兹力的大小与电荷的大小、电荷的速度以及磁场的强度有关。
洛伦兹力的方向垂直于电荷的速度和磁场的方向,并且遵循左手定则。
左手定则的规则是,将大拇指指向电荷的速度方向,食指指向磁场的方向,那么中指的方向就是洛伦兹力的方向。
二、电荷在磁场中的运动电荷在磁场中的运动可以分为两种情况:一种是电荷受到洛伦兹力而发生圆周运动,另一种是电荷在磁场中受到力而沿直线运动。
1. 圆周运动当电荷在磁场中受到垂直于速度方向的洛伦兹力,它将会执行圆周运动。
在圆周运动中,洛伦兹力提供了向心力,使电荷维持在一个半径为r的圆轨道上运动。
根据牛顿第二定律,洛伦兹力等于质量乘以向心加速度,即F = ma。
因此,我们可以得出洛伦兹力的表达式 F = qvB,其中q是电荷,v是速度,B是磁场的强度。
2. 直线运动除了圆周运动,电荷也可以在磁场中进行直线运动。
当洛伦兹力与电荷的速度方向平行时,电荷将会在磁场中做匀速直线运动。
洛伦兹力提供了电荷的加速度,使其速度保持不变。
由于洛伦兹力为零,电荷将不会受到磁场的影响。
三、荷质比的测量磁场中的电荷受力和运动问题还可以用来测定电荷的荷质比。
荷质比是指电荷的大小与质量之比。
假设我们知道电荷q的速度v和磁场的强度B,以及电荷在磁场中所绕圆周的半径r,那么我们可以通过洛伦兹力的表达式F = qvB和向心力的表达式F = mv²/r,将两者相等并解方程,就可以求得电荷的荷质比。
四、进一步探究除了以上简单情况,磁场对电荷的作用还涉及到电流和磁矩等更加复杂的问题。
电流在磁场中也会受到力的作用,并且可能会发生运动。
磁矩是由电流形成的一个矢量,它在磁场中也会受到力的作用。
移动电荷在磁场中的运动规律当移动电荷在磁场中运动时,会受到磁力的作用,这种作用称为洛伦兹力。
洛伦兹力是由电荷的速度和磁场的强度共同决定的。
在理解移动电荷在磁场中的运动规律之前,我们先来了解一下磁场和洛仑兹力的基本概念。
磁场是由磁铁或电流所产生的,能够对周围物质或电荷产生作用的力场。
任何带电粒子都带有电荷,在磁场中运动时会受到磁力的作用,这个力就是洛伦兹力。
洛伦兹力的大小与电荷的速度和磁场的强度有关。
对于一个带电粒子在磁场中运动的情况,我们可以根据洛伦兹力的方向来分析。
洛伦兹力的方向垂直于电荷的速度和磁场的方向,符合右手定则。
具体来说,如果我们用右手将磁场方向的向量和电荷速度的向量组成一个“田”字形,那么洛伦兹力的方向就是向着右边的,或者说是垂直于速度和磁场的平面内。
在某些情况下,我们可以利用洛伦兹力来实现一些实际应用。
例如,磁力驱动在现代电子设备中被广泛应用。
当带电粒子通过导线时,可以利用洛伦兹力使导线产生一定的位移,从而达到驱动的效果。
这就是著名的电磁感应现象,也是电动机、发电机的工作原理。
除了这些实际应用,移动电荷在磁场中的运动规律也有一些基本特性。
首先,洛伦兹力的大小与电荷的速度成正比。
当速度增大时,洛伦兹力也会增大。
这说明磁场对速度较大的电荷的影响较大。
其次,洛伦兹力的大小与磁场强度成正比。
当磁场强度增大时,洛伦兹力也会增大。
这说明磁场越强,对电荷的作用力就越大。
另外,移动电荷在磁场中的运动还受到电荷自身的性质的影响。
具体来说,正电荷和负电荷在磁场中的运动方向是相反的。
正电荷受到的洛伦兹力方向与负电荷受到的洛伦兹力方向相反。
这是因为正负电荷在磁场中的运动规律是不同的。
最后,当移动电荷的速度与磁场的方向平行时,洛伦兹力为零。
也就是说,移动电荷在磁场中沿磁场方向运动时,并不受到磁场力的作用。
只有当电荷的速度与磁场的方向垂直时,洛伦兹力才能够对电荷产生影响。
综上所述,移动电荷在磁场中的运动规律是由洛伦兹力决定的。
3.5 磁场对运动电荷的作用力(第一课时)
【学习目标】
1、知道什么是洛伦兹力。
2、利用左手定则会判断洛伦兹力的方向,理解洛伦兹力对电荷不做功。
3、掌握洛伦兹力大小的推理过程。
4、掌握垂直进入磁场方向的带电粒子,受到洛伦兹力大小的计算。
【教学重点】
1.利用左手定则会判断洛伦兹力的方向。
2.掌握垂直进入磁场方向的带电粒子,受到洛伦兹力大小的计算。
【复习提问】如图,判定安培力的方向
磁场对电流有力的作用,电流是由电荷的定向移动形成的,大家会想到什么?
(提示:这个力可能是作用在运动电荷上的,而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现。
)
【同步导学】
1、洛伦兹力的方向
运动电荷在磁场中受到的作用力称为。
通电导线在磁场中所受实际是洛伦兹力的宏观表现。
但两者的受力物体是有区别的。
方向(左手定则):。
如果运动的是负电荷,则四指指向负电荷运动的反方向,那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。
讨论并判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向。
甲乙丙丁
例题1:下列关于电荷所受电场力和洛伦兹力的说法,正确的是()
A、电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用
B、电荷在电场中一定受到电场力的作用
C、电荷所受电场力一定与该处电场方向一致
D、电荷所受洛伦兹力不一定与磁场方向垂直
例题2:如图所示,各带电粒子均以速度v射入匀强磁场,其中图C中v的方向垂直纸面向里,图D中v的方向垂直纸面向外,试分别指出各带电粒子所受洛仑兹力的方向。
2.洛伦兹力的大小
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
电流强度I的微观表达式为
这段导体中含有自由电荷数为
安培力可以看作是作用在每个运动上的洛伦兹力F的合力,这段导体中含有的自由电荷数为,所以每个自由电荷所受的洛伦兹力大小为
当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B的方向不垂直时,设夹角为θ,则电荷所受的洛伦兹力大小为
思考与讨论:
同学们讨论一下带电粒子在磁场中运动时,洛伦兹力对带电粒子是否做功?
洛伦兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小,所以洛伦兹力对电荷。
例题3:两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场,两粒子质量之比为1:4,电量之比为1:2,则两带电粒子受洛仑兹力之比为()
A、2:1
B、1:1
C、1:2
D、1:4
例题4:下列关于安培力和洛伦兹力的说法中,正确的是()
A、洛伦兹力和安培力是性质完全不同的两种力
B、洛伦兹力和安培力,其本质都是磁场对运动电荷的作用力
C、洛伦兹力就是安培力,两者是等价的
D、洛伦兹力对运动电荷不能做功,安培力对通电导体能做功
【训练测试】
1、关于带电粒子所受洛仑兹力f、磁感应强度B和粒子速度v三者之间的关系,下列说法中正确的是()
A、f、
B、v三者必定均相互垂直
B、f必定垂直于B、v,但B不一定垂直v
C、B必定垂直于f,但f不一定垂直于v
D、v必定垂直于f,但f不一定垂直于B
2.如图所示,在电子射线管上方平行放置一通电长直导线,则电子射线将()
A、向上偏
B、向下偏
C、向纸内偏
D、向纸外偏
3.来自宇宙的电子流,以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点,则这些电子在进
入地球周围的空间时,将 ( )
A 、竖直向下沿直线射向地面
B 、相对于预定地面向东偏转
C 、相对于预定点稍向西偏转
D 、相对于预定点稍向北偏转
4.带电粒子(重力不计)穿过饱和蒸汽时,在它走过的路径上饱和蒸汽便凝成小液滴,从而
显示了粒子的径迹,这是云室的原理,如图2所示是云室的拍摄照片,云室中加了垂直于照
片向外的匀强磁场,图中oa 、ob 、oc 、od 是从o 点发出的四种粒子的径迹,下列说法中正
确的是
A 、四种粒子都带正电
B 、四种粒子都带负电
C 、打到a 、b 点的粒子带正电
D 、.打到c 、d 点的粒子带正电
5.设匀强磁场方向沿z 轴正向,带负电的运动粒子在磁场中受洛仑兹力f
作用的方向沿y
轴正向,如图所示,则该带负电的粒子速度方向为( )
A 、一定沿x 轴正向
B 、一定沿x 轴负向
C 、可能在xOz 平面内
D 、可能在xOy 平面内
6.电子以4×106m/s 的速率垂直 射入磁感应强度为0.5T 的匀强磁场中,受到的磁场力为
N ,如果电子射入磁场时的速度v 与B 的方向间的夹角是180°,则电子所受的磁场
力为 N
7.电子束以一定的初速度沿轴线进入螺线管内,螺线管中通以方向随时间而周期性变化的
电流,如图所示,则电子束在螺线管中做 ( )
A 、匀速直线运动
B 、匀速圆周运动
C 、加速减速交替的运动
D 、来回振动
8.单摆摆长L ,摆球质量为m ,带有电荷+q ,在垂直于纸面向里的磁感应强度为B 的匀
强磁场中摆动,当其向左、向右通过最低点时,线上拉力大小是否相等? Z y x。