1、2021/8/11 星期三1第三章磁場第五節磁場對運動電荷的作用力2021/8/11 星期三2教學目標 （一）知識與技能1、知道什么是安培力。知道通電導線在磁場中所受安培力的方向與電流、磁場方向都垂直時，它的方向的判斷-左手定則。知道左手定則的內容，會用左手定則熟練地判定安培力的方向，并會用它解答有關問題.2、會用安培力公式F=BIL解答有關問題. 知道電流方向與磁場方向平行時，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場方向垂直時，電流受的安培力最大，等于BIL.3、了解磁電式電流表的內部構造的原理。 （二）過程與方法 通過演示、分析、歸納、運用使學生理解安培力的方向和大小的計算。培養學生的間

2、想像能力。2021/8/11 星期三3（三）情感態度與價值觀使學生學會由個別事物的個性來認識一般事物的共性的認識事物的一種重要的科學方法.并通過對磁電式電流表的內部構造的原理了解，感受物理知識之間的聯系。二、重點與難點：重點：安培力的方向確定和大小的計算。難點：左手定則的運用（尤其是當電流和磁場不垂直時，左手定則如何變通使用）。三、教具：磁鐵、電源、金屬桿、導線、鐵架臺、滑動變阻器、多媒體。2021/8/11 星期三4復習知識:1.帶電粒子在磁場中受洛倫茲力的計算公式？帶電粒子運動方向垂直于磁場方向，f=qvB，該公式的設用條件是V與B相互垂直,帶電粒子運動方向平行于磁場方向，f=0。2.帶電

3、粒子進入磁場時所受的洛倫茲力的方向？2021/8/11 星期三5顯象管的工作原理2021/8/11 星期三6問題討論：帶電粒子在勻強磁場中的運動1、帶電粒子的軌跡在哪個方位？ 2、速度如何變化？ 3、受力如何變化？ 4、軌跡是什么形狀? v2021/8/11 星期三7軌跡平面與磁場垂直因為帶電粒子的初速度和所受洛倫茲力的方向都在跟磁場方向垂直的平面內，沒有任何作用使粒子離開這個平面速度大小不變因為洛倫茲力總是跟粒子的運動方向垂直,所以洛倫茲力不對粒子做功，粒子的速度大小不變速度方向時刻改變因為洛倫茲力總是跟粒子的運動方向垂直，所以速度方向改變受力大小不變因為速度大小不變,所以洛倫茲力大小也不變

4、受力方向時刻改變因為速度方向改變，所以洛倫茲力方向也改變軌跡形狀圓因為帶電粒子受到一個大小不變，方向總與粒子運動方向垂直的力，因此帶電粒子做勻速圓周運動，其向心力就是洛倫茲力2021/8/11 星期三8洛倫茲力演示儀工作原理：由電子槍發出的電子射線可以使管 的低壓水銀蒸汽發出輝光，顯示出電子的徑跡。兩個平行的通電環形線圈可產生沿軸線方向的勻強磁場2021/8/11 星期三9結論：帶電粒子垂直進入磁場中，粒子在垂直磁場方向的平面內做勻速圓周運動，此洛倫茲力不做功。問題：一帶電量為q，質量為m，速度為v的帶電粒子垂直進入磁感應強度為B的勻強磁場中，其半徑r和周期T為多大？實驗現象：在暗室中可以清楚

5、地看到，在沒有磁場作用時，電子的徑跡是直線；在管外加上勻強磁場，電子的徑跡變彎曲成圓形。2021/8/11 星期三10推導:粒子做勻速圓周運動所需的向心力 是由粒子所受的洛倫茲力提供的,所以說明:1、軌道半徑和粒子的運動速率成正比。2、帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期和運動速率無關。2021/8/11 星期三11例題2：如圖所示，一束帶正電的相同的粒子垂直磁場邊界自O點射入勻強磁場中后分成了3束，其運動軌跡如圖，粒子運動方向與磁場方向垂直，不計粒子的重力作用，已知OA=OC/2=OD/3，則這三束粒子的速率之比 =2021/8/11 星期三12電荷的勻強磁場中的三種運動形式如運動電荷在勻強

6、磁場中除洛侖茲力外其他力均忽略不計（或均被平衡）(2)當B時，所受洛侖茲力提供向心力，做勻速圓周運動；(3)當與B夾一般角度時，由于可以將正交分解為和（分別平行于和垂直于）B，因此電荷一方向以的速度在平行于B的方向上做勻速直線運動，另一方向以的速度在垂直于B的平面內做勻速圓周運動。 (1)當B時，所受洛侖茲力為零，做勻速直線運動；qvB=mv2/RR=mv/qBT=2R/v=2m/qB在同一磁場中，不同的速度的運動粒子，其周期與速度無關，只與其荷質比有關等距螺旋 2021/8/11 星期三13例題氘核( )、氚核( )、氦核( )都垂直磁場方向入射同一勻強磁場，求以下幾種情況下，它們軌道半徑之

7、比及周期之比各是多少？（1）以相同速率射入磁場；（2）以相同動能射入磁場2021/8/11 星期三14帶電粒子做圓周運動的分析方法圓心的確定（）已知入射方向和出射方向,可以通過入射點和出射點分別作垂直與入射方向和出射方向的直線，兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心V0PMOV2021/8/11 星期三15帶電粒子做圓周運動的分析方法圓心的確定（）已知入射方向和出射點的位置時，可以通過入射點作入射方向的垂線，連接入射點和出射點，作其中垂線，這兩條垂線的交點就是圓弧軌道的圓心VPMO2021/8/11 星期三16半徑的確定和計算利用平面幾何的關系，求出該圓的可能半徑（或圓心角），并注意以下兩個重要的幾

8、何特點：粒子速度的偏向角等與圓心角，并等于AB弦與切線的夾角（弦切角）的倍即=2=t相對的弦切角（ ）相等，與相鄰的弦切角（ ）互補，即 (偏向角）vvO2021/8/11 星期三17運動時間的確定利用偏轉角（即圓心角）與弦切角的關系，或者利用四邊形的內角和等與360計算出圓心角的大小,由公式 t=T/ 360可求出粒子在磁場中運動的時間2021/8/11 星期三18注意圓周運動中的有關對稱規律如從同一邊界射入的粒子,從同一邊界射出時,速度與邊界的夾角相等,在圓形磁場區域內,沿徑向射入的粒子,必沿徑向射出.2021/8/11 星期三19帶電粒子在磁場中運動的多解問題帶電粒子的電性不確定形成多解

9、 受洛侖茲力作用的帶電粒子,可能帶正電荷,也可能帶負電荷,在相同的初速度下,正、負粒子在磁場中的軌跡不同，導致形成雙解。2021/8/11 星期三20帶電粒子在磁場中運動的多解問題臨界狀態不唯一形成多解 帶電粒子在洛侖茲力作用下飛越有界磁場時，由于粒子的運動軌跡是圓弧狀，因此它可能穿過去了，也可能轉過180從有界磁場的這邊反向飛出，形成多解2021/8/11 星期三21帶電粒子在磁場中運動的多解問題運動的重復性形成多解 帶電粒子在磁場中運動時，由于某些因素的變化，例如磁場的方向反向或者速度方向突然反向，往往運動具有反復性，因而形成多解。2021/8/11 星期三22例題一個帶電粒子，沿垂直于磁

10、場的方向射入一勻強磁場，粒子的一段徑跡如圖4所示，徑跡上的每一小段可近似看成圓弧由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的能量逐漸減?。◣щ娏坎蛔儯膱D中可以確定 A.粒子從a到b，帶正電 B粒子從b到a，帶正電C粒子從a到b，帶負電 D粒子從b到a，帶負電 2021/8/11 星期三23例題如圖所示，abcd為絕緣擋板圍成的正方形區域，其邊長為L，在這個區域內存在著磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向里的勻強磁場正、負電子分別從ab擋板中點K，沿垂直擋板ab方向射入場中，其質量為m，電量為e若從d、P兩點都有粒子射出，則正、負電子的入射速度分別為多少？（其中bP=L/4） 2021/8/11 星期三

11、24例題如圖所示，為一有圓形邊界的勻強磁場區域，一束質子流以不同速率由圓周上同一點沿半徑方向射入磁場，則質子在磁場中A. 路程長的運動時間長B. 速率大的運動時間長C. 速度偏轉角大的運動時 間長D. 運動時間有可能無限長 （設質子不受其它力） 2021/8/11 星期三25思路分析與解答：粒子只受洛侖茲力，且速度與磁場垂直，粒子在磁場中做勻速圓周運動。周期T=2m/qB與速度無關，但這并不能保證本例中的粒子在同一磁場區內運動時間相同，因為粒子在題設磁場區內做了一段不完整的圓周運動。設速度偏轉角（入射速度與出射速度之間的夾角）為，則由角速度定義 =/t 可知：以速度v入射的粒子在磁場區飛行時間

12、 t=/ 而=v/R，R=mv/qB，則有 t=m/qB。粒子m/q一定，磁場一定，偏轉角越大，運動時間越長。速度大，軌道半徑大，偏轉角小，盡管軌道較長但飛行時間短。本題C正確2021/8/11 星期三26例題如圖所示，在y0的區域內存在勻強磁場，磁場方向垂直于xy平面并指向紙面外，磁感強度為B.一帶正電的粒子以速度v0從O點射入磁場，入射方向在xy平面內，與x軸正向的夾角為，若粒子射出磁場的位置與O點的距離為l，求該粒子的電量和質量之 比. 2021/8/11 星期三27例題圖為電視機中顯像管的偏轉線圈示意圖，它由繞在磁環上的兩個相同的線圈串聯而成，線圈中通有方向如圖所示的電流，當電子束從紙里經磁環中心向紙外射出時，它將：（）A向上偏轉 B向下偏轉 C向左偏轉 D向右偏轉A2021/8/11 星期三28例題截面為矩形的金屬導體，放在圖所示的磁場中，當導體中通有圖示方向電流時，導體上、下表面的電勢、之間有：（）ABC D無法判斷2021/8/11 星期三29在真空中，半徑為r=310-2m的圓形區域內，有一勻強磁場，磁場的磁感應強