2021-2022高中物理选修3-1沪科版课件：5.5 探究洛伦兹力(共27张PPT)

[延伸思考] 由 r＝mBqv知同一带电粒子，在同一匀强磁场中，半径 r 会随着速度的增 大而增大，它的周期也会随着速度的增大而增大吗？
一、对洛伦兹力方向的判定
Hale Waihona Puke f例1 下列关于图中各带电粒子所受洛伦
f
兹力的方向或带电粒子的带电性的判断
错误的是 ( C )
A．洛伦兹力方向竖直向上
B．洛伦兹力方向垂直纸面向里
答案 (1)是一条直线 是一个圆周 (2)半径减小 半径增大
[要点提炼] 1.带电粒子所受洛伦兹力与速度方向垂直，只改变速度方向，不改变速度
大小，对运动电荷不做功.
2.沿着与磁场垂直的方向射入磁场中的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运 动.向心力为洛伦兹力 f＝qvB，由 qvB＝mrv2可知半径 r＝mBqv，又 T＝2vπr， 所以 T＝2Bπqm.
二、洛伦兹力的大小 如图所示，将直导线垂直放入磁 场中，直导线中自由电荷的电荷 量为 q，定向移动的速度为 v，单 位体积的自由电荷数为 n，导线 长度为 L，横截面积为 S，磁场的磁感应强度为 B. (1)导线中的电流是多少？导线在磁场中所受安培力 多大？ (2)长为 L 的导线中含有的自由电荷数为多少？如果 把安培力看成是每个自由电荷所受洛伦兹力的合力， 则每个自由电荷所受洛伦兹力是多少？
f
C．粒子带负电
q
D．洛伦兹力方向垂直纸面向外
学习目标 知识储备 学习探究 典例精析 课堂小结 自我检测
二、对洛伦兹力公式的理解
例2 如图所示，各图中的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，并指出洛 伦兹力的方向．
F4
F1
v⊥

解析 由 qU＝12mv2①
qvB＝mRv2②，
得 R＝B1
2mqU，而 mα＝4mH，qα＝2qH，故 RH∶Rα＝1∶
2，又 T＝2qπBm，故 TH∶Tα＝1∶2.同理可求其他物理量之
比.
答案 B
三、有关洛伦兹力的综合问题分析
例3 一个质量为m＝0.1 g的小滑块，带有q＝5×10－4 C的电 荷量，放置在倾角α＝30°的光滑斜面上(绝缘)，斜面固定且 置于B＝0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如 图5所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下， 斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，要 离开斜面(g取10 m/s2).求：
2.一个质量为m、带电荷量为q的粒子，在磁感应强度为B的 匀强磁场中，以速度v做匀速圆周运动，你能计算出它做圆 周运动的轨道半径R和周期T吗？ 答案 因做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力 F 洛＝qvB 故有 qvB＝mRv2 带电粒子做圆周运动的半径：R＝mqBv 周期：T＝2πvR＝2qπBm.
二、洛伦兹力的大小
问题设计 如图2所示，磁场的磁感应强度为B.设磁场中有一段长度为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且定向运动的速度都是v . (1)导线中的电流是多大？导线在磁场中所受安培力是多大？ 答案 I＝nqvS F安＝ILB＝nqvSLB
第三章
磁场
学案4 磁场对运动电荷 的作用——洛伦兹力
目标定位
1.能从安培力的计算公式推导出洛伦兹力的计算公式. 2.会计算洛伦兹力的大小，会判断洛伦兹力的方向. 3.会用公式F洛＝qvB推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周 运动的半径公式、周期公式，并会应用它们解决有关问题.
知识探究

安培力与洛仑兹力
洛仑兹力f
微观
+ 安培力方向：左手定则 洛仑兹力方向：左手定则 I I f fff f f f F 安培力大小： 洛仑兹力大小：
安培力F
宏观
F=ILB f=qvB
课堂练习 (请看黑板)
如图9所示，关于安掊力、洛伦兹力和电场力的方 向判断正确的是
汽枪
游 园 活 动
电子枪
电 视 机 扫 描 原 理
到目前为止，BEPC对撞亮度在τ-粲能区仍居世界领先地位。BEPC 成功地用于同步辐射的实验研究，使高能所成为我国重要的同步辐
射实验基地之一。
高能物理研究重要装置
应用实例流程图:
钡餐 亲癌特性 肿瘤部位 新核 镍核 低速轻核 高速轻核 重核 中子 钴核 γ
肿瘤
汽化
加速类型及原理演示
直线加速 PLAY
U
U
U
U
回旋加速 PLAY
U
U
背景材料
学科方向
粒子加速器是一门多专业的综合性学科，它涉及到加速
器物理和许多高技术领域，其中包括射频、电磁场、电源、超 高真空、精密机械、电子学、计算机及网络、自动控制、束流 诊断、辐射防护、低温超导，等等。
F I
猜想……
磁场对通电导体的力 实际上是作用在运动 电荷上的,安培力是这 些力的Байду номын сангаас观表现
F=Nf
f
i
f
i
f
i
I=Ni
洛仑兹力----磁场对运动电荷的作用力
◆ 实验观察
方向:左手定则
◆ 洛仑兹力
大小:f=qVB (V、L、B两两垂直时） (你能推理出来吗?)
补充说明:带电粒子的电流方向规定 1.正电荷定向移动…… 2.负电荷定向移动……

探究洛伦兹力
一、洛伦兹力
1、洛伦兹力的本质
F
磁场对未通电的导体 无力的作用
F
I
磁场对通电导体 有力的作用
猜想
fff
I
磁场对通电导体的力作 用在运动电荷上,安培力
是这些力的宏观表现
实验 验证
洛伦兹力f
宏观 微观
安培力F
一、洛伦兹力
2、定义： 运动电荷受磁场的作用力。
3、方向： 遵从左手定则 （f⊥v，f⊥B）
L＝vt
当 B、 v夹 θ角时：f＝qvB sin θ ＝qvB⊥ qv⊥B
二、研究带电粒子在磁场中的运动
1、运动轨迹的探究
（1）理论探究 由f⊥v f 作为向心力，q做匀速圆周运动。
线圈 真空管
（2）实验观察
无磁场时 有磁场时
2、运动的半径和周期
由 得： 运动周期为：
v2 qvB m
解：质子在圆形磁场中走过一段圆弧后离开磁场区域，如 图所示。
半径： r = mv/qB∝v
v越大，r越大，路程越小
偏向角：tanθ / 2 R / r qBR / mv
v越大， θ越小
运动时间： t θ T
2π
θ越小，t越小
质子最终将离开圆形磁场，所以在磁场中运动的时间不
可能无限长。
5、如图所示，一质量为m＝0.1 g的小滑块，带有q＝5×10－4 C
4、大小：
问题：设导体处于强度为B的匀强磁场中，横
截面积为S，单位体积的自由电荷数为n,电荷电量
为q，定向移动的平均速率为v，求q受的洛伦兹力f。
解：电流大小为 I nqvS
S
F＝Nf
导 线 内 电 荷 数 为 ： N n vt S