高中物理《磁场对运动电荷的作用 洛仑兹力》教案 教科版选修3-1.doc

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1、磁场对电流作用力洛仑兹力【教学结构】一、磁场对电流的作用力──安培力1．安培力的大小：根据磁感应强度的定义B=，F=BIL。2．安培力的方向：左手定则：伸出左手，四指与姆指在同一平面内且姆指与四指垂直，让磁感线从手心穿过，四指指电流方向，则姆指所指方向为安培力方向。做好实验。3．适用条件：磁感应强度B与电流方向垂直，磁场是匀强磁场。应注意：若电流方向与磁感应强度B平行，安培力为零。若为某一角度，应取磁感应强度B与电流方向垂直方向的分量。在处理具体问题时，必须注意判断二者是否垂直，尤其是导线运动时的情况。4．磁场对通电线框的作用如图1

2、所示，矩形线框ab、cd边长为L，bc、ad边长为l，通入电流强度为I，置于磁感应强度为B的匀强磁场中，线框可绕过bc、ad中点的轴oo′转动。为研究问题方便，把图1改为投影图2。图示情况，ab、cd边与B垂直，ab、cd边受磁场力F=BLI，根据左手定则，ab边、cd边受力方向如图所示，其力矩为逆时针方向，大小为M′=2BLI·，若线圈的匝数为n，此时力矩为M=nBLlI=nBSI，S为线框面积。线框沿逆时针方向转动α角如图3所示，线框位置变了但ab、cd与B垂直的情况没改变，F=BIL，方向没变，但F的力臂变为OE=lcosα，

3、则力矩M=nBSIcosα，当α=0时cosα=1，则有力矩的最大值，Mm=nBSI，此时线框平面与B平行，当α=90°时，cosα=0，M=0，线框平面与磁感应强度B垂直。二、洛仑兹力：磁场对运动电荷的作用力1．定性分析：根据磁的电本质可知，磁场对电流的作用实质上是磁场对运动电荷的总作用。电流是运动电荷定向运动产生的，磁场对导体中所有运动电荷作用的总和即为磁场对电流的作用。上述分析可通过实验验证。教材中的实验，阴极射线管放在马蹄形磁铁中间可观察到电子束的偏转。2．洛仑力的大小，电流强度微观表达式：I=nqsυ（s：导线横截面积，n

4、是导线单位体积内自由电子个数，q为电子电量，υ是电子移动速度），根据磁场对电流作用力公式：F=BIL，F=Nf，N为长为L横截面积为s的导线中自由电子总数，f为一个运动电荷所受磁场作用力，即洛仑兹力，结合I=nqsυ，可得Nf=BLnqsυ，∵NnLS，∴f=Bqυ。从洛仑兹力和磁场对电流作用力的关系可知，f=Bqυ，适用于一定的条件：当υ⊥B时公式成立，当υ‖B时，f=0，当υ与B有夹角α时，分解速度取其垂直B的速度分量。尤其应该注意的是，当υ‖B时，f=0。3．洛仑兹力的方向：左手定则确定洛仑兹力的方向，这是由实验而归纳出的方法

5、。伸出左手，四指与姆指垂直且在一个平面内，让磁感线从手心穿过，四指指运动电荷运动方向（若运动电荷是负电荷，四指指运动方向的反方向），姆指所指方向为洛仑兹力的方向。三、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动1．分析带电粒子在磁场中运动情况：我们只分析带电粒子在匀强磁场中，且速度方向与磁感应强度方向垂直的情况。运动电荷以速度υ进入磁场，在忽略重力的情况下，只受洛仑兹力，大小f=Bqυ，方向：f⊥υ，所以洛仑兹力只改变带电粒子的运动方向，而不改变速度大小，所以带电粒子的速度大小不变，洛仑兹力大小也不变，而且洛仑兹力总垂直速度方向，满足做匀速圆

6、周运动条件。洛仑兹力刚好是做匀速圆周运动的向心力。在上述分析过程中注意区分洛仑兹力和电场力产生的结果，带电粒子以速度υ垂直电场强度E的方向进入匀强电场，所受电场力大小、方向都不变是恒力，带电粒子做匀变速曲线运动，而洛仑兹力大小不变，而方向总在变化且总垂直速度方向，不是恒力，不做匀变速运动满足匀速圆周运动条件。2．带电粒子运动轨迹半径公式：Bqυ=m，则R=，粒子运动轨道半径R与粒子的动量成正比，与磁感应强度和电量的乘积成反比。3．带电粒子运动的周期公式：根据R=和υ=，可得：T=，从上式可知，粒子运动周期与粒子运动速度和轨道半径无关

7、，对于同一粒子在匀强磁场中运动时，无论运动速度，轨道半径如何变化，粒子运动周期不变。认真思考，该如何理解这一结果。4．速度选择器：如图4所示，平行金属板之间存在匀强电场，场强为E，匀强磁场，磁感应强度为B，但互相垂直，带电量为q的粒子。以速度υ垂直进入电、磁场，（重力不计）它受电场力沿场强方向，洛仑兹力逆电场方向，当Bqυ=Eq时，粒子受的合力为零，可沿原方向穿过电、磁场。但其速度必须为υ=，只有速度为E/B的粒子才可能穿过电、磁场，否则不能穿过。【解题要点】例一、两条互相垂直的导线，如图5所示，AB固定，CD可以自由运动，二者相隔

8、一小段距离，当通以如图电流时，CD将（）A．顺时针转动同时向AB靠近B．逆时针转动同时向AB靠近C．先顺时针转90°后，再靠近ABD．先逆时针转动90°后，再靠近AB解析：AB通以向右的电流，根据右手定则，AB上面磁场方向垂直纸面向外