第五節(jié) 研究洛倫茲力
[學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求]
物理觀念:1.知道什么是洛倫茲力.2.知道洛倫茲力公式及洛倫茲力做功的特點.
科學(xué)思維:1.會用左手定則判斷洛倫茲力的方向.2.掌握洛倫茲力的推導(dǎo)過程,會計算洛倫茲力的大小.3.會分析洛倫茲力作用下帶電體的運動.
一、洛倫茲力的方向
1.洛倫茲力:運動電荷在磁場中所受的力.
2.洛倫茲力的方向:
(1)左手定則:伸開左手,使大拇指跟其余四個手指垂直,且處于同一平面內(nèi),把手放入磁場中,讓磁感線垂直穿入手心,四指指向正電荷運動的方向,那么,拇指所指的方向就是正電荷所受洛倫茲力的方向.運動的負(fù)電荷受力的方向與相同方向運動的正電荷受力的方向相反.
(2)特點:洛倫茲力的方向與電荷運動方向和磁場方向都垂直,洛倫茲力只改變帶電粒子的速度的方向,不改變速度的大小,對電荷不做功(選填“做功”或“不做功”).
二、洛倫茲力的大小
1.洛倫茲力公式的推導(dǎo):設(shè)有一段長為l的通電導(dǎo)線(如圖1),橫截面積為S,單位體積內(nèi)含有的自由電荷數(shù)為n,每個自由電荷的電荷量為q,電荷定向移動的平均速度為v,垂直放入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中.
導(dǎo)體所受安培力F=BIl
導(dǎo)體中的電流I=nqvS
導(dǎo)體中的自由電荷總數(shù)N=nSl
由以上各式可推得,每個電荷所受洛倫茲力的大小f==qvB.
圖1
2.公式:f=qvB.
3.適用條件:電荷運動方向與磁場方向垂直.
1.判斷下列說法的正誤.
(1)運動電荷在磁場中一定受洛倫茲力.(×)
(2)同一電荷,以相同大小的速度進入磁場,速度方向不同時,洛倫茲力的大小也可能相同.(√)
(3)洛倫茲力在勻強磁場中一般是變力,而電場力在勻強電場中是恒力.(√)
(4)洛倫茲力同電場力一樣,可對運動電荷做正功或負(fù)功.(×)
(5)洛倫茲力始終與帶電粒子的運動方向垂直,故洛倫茲力永遠(yuǎn)不做功.(√)
2.陰極射線管中電子流向由左向右,其上方放置一根通有如圖2所示電流的直導(dǎo)線,導(dǎo)線與陰極射線管平行,則陰極射線將向________偏轉(zhuǎn).
圖2
答案 下
一、洛倫茲力的方向
如圖所示,電子由陰極向陽極運動(向右運動)過程中發(fā)生了向下偏轉(zhuǎn),試問:
(1)什么力使電子向下偏轉(zhuǎn)?該力的方向如何?
(2)電子運動軌跡附近的磁場方向如何?電子所受洛倫茲力與磁場方向、電子運動方向存在什么關(guān)系?
答案 (1)洛倫茲力 向下
(2)磁場方向向里 電子所受洛倫茲力與磁場方向垂直,與電子運動方向垂直,滿足左手定則