洛伦兹力的应用

洛伦兹力的应用

教学目标：

1. 知识与技能

（1）理解运动电荷垂直进入匀强磁场时，电荷在洛仑兹力的作用下做匀速圆周运动。

（2）能通过实验观察粒子的圆周运动的条件以及圆周半径受哪些因素的影响。推导带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径周期公式，并会应用它们分析实验结果，并用于解决实际问题。

2. 过程与方法

多媒体和演示实验相结合

3. 情感态度及价值观

培养科学的探究精神

教学重点：掌握运动电荷在磁场中圆周运动的半径和周期的计算公式以及运用公式分析各种实际问题。

教学难点：理解粒子在匀强磁场中的圆周运动周期大小与速度大小无关。

教具：洛伦兹力演示仪

复习导入：

提问学生带电粒子在磁场中的受力情况：

（1） 平行进入磁场中：F=0；粒子将做匀速直线运动。

（2） 垂直进入磁场中：F=Bqv。

猜想：粒子将做什么运动？

教学过程：

一、 理论探究：

匀速圆周运动的特点：速度大小不变；速度方向不断发生变化；向心力大小不变；向心力方向始终与速度方向垂直。

洛伦兹力总与速度方向垂直，不改变带电粒子的速度大小，所以洛伦兹力对带电粒子不做功且洛仑兹力大小不变。

洛伦兹力对电荷提供向心力，故只在洛伦兹力的作用下，电荷将作匀速圆周运动。

二、 实验演示：

用Flash演示正电荷和负电荷垂直进入匀强磁场中得运动。

介绍洛伦兹力演示仪：

（1）加速电场：作用是改变电子束出射的速度

（2）励磁线圈：作用是能在两线圈之间产生平行于两线圈中心匀强磁场。

实验过程：a、未加入磁场时，观察电子束的轨迹；

b、加入磁场时，观察电子束的轨迹；

c、改变线圈电流方向时，观察电子束的轨迹。

结论：带电粒子垂直进入匀强磁场时，做匀速圆周运动。

提问：若带电粒子是以某个角度进入磁场时，运动轨迹是什么呢？

用Flash演示带电粒子以某个角度进入磁场时的运动轨迹。

洛伦兹力练习题1

1．下列说法正确的是

A．运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用

B．运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度一定为零

C．洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的速度

D．洛伦兹力对带电粒子不做功

2.关于安培力和洛伦兹力，下列说法中正确的是

A.带电粒子一定会受到洛伦兹力作用

B.洛伦兹力F方向一定既垂直与磁场B的方向，又垂直与带电粒子的运动速度V方向

C.通电导线一定会受到安培力作用

D.洛伦兹力对运动电荷一定不做功，安培力对通电导线也一定不做功

3．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、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m、带电量为＋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指向斜面

D．不管B多大，滑块可能静止于斜面上

4.如图所示，质量为m，带电荷量为－q的微粒以速度v与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。如果微粒做匀速直线运动，则下列说法正确的是

A．微粒受电场力、洛伦兹力、重力三个力作用

B．微粒受电场力、洛伦兹力两个力作用

C．匀强电场的电场强度E＝

D．匀强磁场的磁感应强度B＝

5．如图3-12所示，质量m=1.0×10-4 kg的小球放在绝缘的水平面上，小球带电荷量q=2.0×10-4 C，小球与水平面间的动摩擦因数μ=0.2，外加水平向右的匀强电场E=5 V／m，垂直纸面向外的匀强磁场B=2 T，小球从静止开始运动.问：

(1)小球具有最大加速度的值为多少？

(2)小球的最大速度为多少?(g取10 m／s2)

3.4磁场对运动电荷的作用——洛伦兹力

★教学目标

(一）知识与技能

1、知道什么是洛伦兹力。

2、理解安培力和洛伦兹力的关系，掌握洛伦兹力大小的推理过程。

3、知道洛伦兹力产生条件，会用左手定则判定洛伦兹力的方向。

4、了解洛伦兹力的特点，会推导电荷在磁场中运动的半径和周期。

（二）过程与方法

通过洛伦兹力大小的推导过程进一步培养学生的分析推理能力。

（三）情感、态度与价值观

让学生认真体会科学研究思维方法。

★教学重点

1、掌握洛伦兹力大小的推导过程。

2、会推导电荷在磁场中运动的半径和周期。

★教学难点

1、理解洛伦兹力对运动电荷不做功。

2、洛伦兹力方向的判断。

★教学过程

（一）引入新课：同学们，我们首先来观看一下神奇而有美丽的极光。

播放极光的图片。

师：同学们知道极光是怎样形成的吗？

生：来自太阳的高能粒子进入大气后，在地磁场作用下与大气发生作用而产生的。

师：你们知道极光一般出现在什么地方吗？

生：两极等高纬度地区。

师：为什么极光不能在赤道等低纬度地区出现呢？

生：学生好奇。

师：我们通过这一节课的学习就知道这是为什么了。今天我们一起来学习第三章第四节磁场对运动电荷的作用——洛伦兹力 （板书标题）

一． 洛伦兹力 我们先来做一个实验。这是一个蹄形磁铁，它周围存在磁场。

这是阴极射线管，它能产生运动电荷。

介绍：阴极射线管的玻璃管内已经抽成真空，当左右两个电极按标签上的极性接上高压电源时，阴极会发射电子。在电场的加速下飞向阳极，电子束掠射到荧光板上，显示出电子束的轨迹。

演示：

1.没有磁场时电子束是一条直线。

2.用一个蹄形磁铁在电子束的路径上加磁场，尝试不同方向的磁场对电子束径迹的不同影响，并填下表。

磁场方向 竖直向下 竖直向上 垂直于纸面向里 垂直于纸面向外

电子束偏转方向 向外偏转 向里偏转 向下偏转 向上偏转

通过这个实验我们可以得到什么结论？

结论：磁场对运动电荷有作用力，我们把这一个作用力称为洛伦兹力。

洛伦兹力的应用

洛伦兹力是物理学中一个重要的概念，它描述了带电粒子在磁场中运动时所受到的力。这个概念在科学研究和实际应用中有着广泛的应用。下面将分析和讨论洛伦兹力在几个不同领域中的具体应用。

一、物理学研究

洛伦兹力是电磁场理论的重要组成部分，它被广泛应用于物理学研究中。在粒子物理学实验中，科学家通过在加速器中产生高能带电粒子，利用洛伦兹力将这些粒子引导到特定的轨道上。这样可以精确测量粒子的质量、电荷量以及其他物理性质，从而对物质的微观结构和宇宙的演化有更深入的了解。

二、电力工程

洛伦兹力在电力工程中也有重要应用。例如，电力传输系统中的输电线路通常悬挂在电力塔上，这些输电线路中的电流受到地球磁场的影响而受到洛伦兹力的作用。通过合理设计电力输电线路的位置和形状，可以在电力输送过程中最大程度地减小洛伦兹力对输电线路的影响，提高电力传输效率。

三、磁共振成像

磁共振成像（MRI）是一种常用的医学检测技术，它利用了洛伦兹力的原理。在MRI扫描中，患者会被置于一个强磁场中，这个磁场可以改变人体组织内部的原子核的旋转方向。通过施加不同的电磁场脉冲，可以使原子核的旋转发生预定的变化。利用洛伦兹力的原理，医生可以通过探测这些变化来获取人体内部组织的详细结构信息，从而进行诊断和治疗。

四、磁力驱动器

洛伦兹力也被应用于磁力驱动器中，这是一种利用洛伦兹力驱动物体运动的技术。通过在水中施加磁场，并通过控制磁场的方向和强度，可以使装有磁导体的物体受到洛伦兹力的作用而运动。磁力驱动器可以应用在水下机器人、船舶推进器和高速列车等领域，实现无摩擦、高效率的运动。

五、电子加速器

洛伦兹力在电子加速器中应用广泛。电子加速器是一种利用电场和磁场加速电子束的设备。通过在加速器中施加强磁场，并通过调节磁场的强度和方向，可以使电子束受到洛伦兹力的作用而加速运动。电子加速器广泛应用于科学研究、材料分析和放射治疗等领域，具有重要的实际应用价值。