廣東省佛山市高中物理 第一章 電與磁 第六節(jié) 洛倫茲力初探課件 粵教版選修11

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1、第六節(jié)第六節(jié) 洛倫茲力初探洛倫茲力初探 磁場對通電導(dǎo)體有力的作用，而磁場對通電導(dǎo)體有力的作用，而通電導(dǎo)體中的電流是由電荷定向移動通電導(dǎo)體中的電流是由電荷定向移動形成的。荷蘭物理學(xué)家洛倫茲猜想：形成的。荷蘭物理學(xué)家洛倫茲猜想：磁場對通電導(dǎo)體的作用力，實際上是磁場對通電導(dǎo)體的作用力，實際上是作用在運動電荷上的；而通電導(dǎo)體所作用在運動電荷上的；而通電導(dǎo)體所受的安培力，則是運動電荷所受磁場受的安培力，則是運動電荷所受磁場力的宏觀表現(xiàn)。力的宏觀表現(xiàn)。 后人把后人把磁場對運動電荷的作磁場對運動電荷的作用力稱為洛倫茲力。用力稱為洛倫茲力。磁場對運動電荷的作用磁場對運動電荷的作用 觀察電子束運動徑跡的裝置觀察

2、電子束運動徑跡的裝置陰極射線管，其結(jié)構(gòu)如下陰極射線管，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。陰極射線管內(nèi)部抽成真空，在陰極和陽極之間強電場圖所示。陰極射線管內(nèi)部抽成真空，在陰極和陽極之間強電場的作用下，陰極發(fā)射的電子束穿過狹縫沿直線從陰極向陽極運的作用下，陰極發(fā)射的電子束穿過狹縫沿直線從陰極向陽極運運動，電子束轟擊在熒光屏這個障礙物上，激發(fā)出熒光，顯運動，電子束轟擊在熒光屏這個障礙物上，激發(fā)出熒光，顯示出電子束的運動徑跡。這使我們能夠示出電子束的運動徑跡。這使我們能夠“看看”到電子束的運動到電子束的運動狀況，從而分析它的受力情況。狀況，從而分析它的受力情況。觀察與思考觀察與思考演示實驗一演示實驗一：見圖：見圖1-

3、6-31-6-3。 未加磁場時，電子束做未加磁場時，電子束做 直線運動。直線運動。 加上磁場后，如果磁場加上磁場后，如果磁場 方向與電子束運動的方向垂方向與電子束運動的方向垂 直，電子束受到了磁場力，直，電子束受到了磁場力， 運動徑跡發(fā)生彎曲。運動徑跡發(fā)生彎曲。 在上圖中，電子束的速度方向向右，磁場方向垂直屏幕在上圖中，電子束的速度方向向右，磁場方向垂直屏幕向里，所受洛倫茲力向下。向里，所受洛倫茲力向下。 洛倫茲力的方向與磁場方向垂直，與運動電荷的速度方洛倫茲力的方向與磁場方向垂直，與運動電荷的速度方向垂直向垂直。指向可用左手定則判定：。指向可用左手定則判定：磁感線垂直穿過掌心，磁感線垂直穿過

4、掌心，四指指向正電荷運動的方向（或負(fù)電荷運動的反方四指指向正電荷運動的方向（或負(fù)電荷運動的反方向），拇指所指的方向就是洛倫茲力方向。向），拇指所指的方向就是洛倫茲力方向。演示實驗二演示實驗二：見圖：見圖1-6-41-6-4（）演示實驗三演示實驗三：見圖：見圖1-6-41-6-4（b b） 加上磁場后，如果磁加上磁場后，如果磁 場方向與電子束運動的方場方向與電子束運動的方 向垂直，電子束受到了磁向垂直，電子束受到了磁 場力，運動徑跡發(fā)生彎曲。場力，運動徑跡發(fā)生彎曲。 洛倫茲力的方向與磁場方向垂直，與運動電荷的速度方向洛倫茲力的方向與磁場方向垂直，與運動電荷的速度方向垂直垂直。指向可用左手定則判定

5、：。指向可用左手定則判定： 磁感線垂直穿過掌心，四磁感線垂直穿過掌心，四指指指向正電荷運動的方向（或負(fù)電荷運動的反方向），拇指向正電荷運動的方向（或負(fù)電荷運動的反方向），拇指所指的方向就是洛倫茲力方向。指所指的方向就是洛倫茲力方向。 在左圖中，電子束的在左圖中，電子束的速度方向向右，磁場方向速度方向向右，磁場方向垂直屏幕向外，電子束所垂直屏幕向外，電子束所受洛倫茲力向上。受洛倫茲力向上。洛倫茲力的應(yīng)用洛倫茲力的應(yīng)用磁偏轉(zhuǎn)與顯像管磁偏轉(zhuǎn)與顯像管 借助垂直于電子束運動方向的磁場使電子束改變方向或者借助垂直于電子束運動方向的磁場使電子束改變方向或者發(fā)生偏轉(zhuǎn)的方法稱為磁偏轉(zhuǎn)。能夠顯示各種畫面的顯示器，

6、發(fā)生偏轉(zhuǎn)的方法稱為磁偏轉(zhuǎn)。能夠顯示各種畫面的顯示器，它它們的主要元件就是帶有磁偏轉(zhuǎn)裝置的顯象管。們的主要元件就是帶有磁偏轉(zhuǎn)裝置的顯象管。不加磁場時不加磁場時加上向外的磁場時加上向外的磁場時磁場越強，偏轉(zhuǎn)越大磁場越強，偏轉(zhuǎn)越大加上向里的磁場時加上向里的磁場時磁場越強，偏轉(zhuǎn)越大磁場越強，偏轉(zhuǎn)越大 電子束的運動方向不變，磁場方向改變，電子束電子束的運動方向不變，磁場方向改變，電子束的偏轉(zhuǎn)方向改變。磁場越強，電子束的偏轉(zhuǎn)越大的偏轉(zhuǎn)方向改變。磁場越強，電子束的偏轉(zhuǎn)越大。 一般顯示器主要由電一般顯示器主要由電子槍、線圈、熒光屏、玻子槍、線圈、熒光屏、玻璃屏幕四部分組成。電子璃屏幕四部分組成。電子槍產(chǎn)生高能

7、電子束，通電槍產(chǎn)生高能電子束，通電線圈提供磁場。電子束穿線圈提供磁場。電子束穿過磁場時，受洛倫茲力作過磁場時，受洛倫茲力作用，徑跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)。電子用，徑跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)。電子束打在熒光物質(zhì)上，能產(chǎn)束打在熒光物質(zhì)上，能產(chǎn) 顯示器接受到影像信號時，電子束從熒光屏左上角開始從顯示器接受到影像信號時，電子束從熒光屏左上角開始從從左向右掃描出一條水平線，之后再掃描下面一條水平線。從左向右掃描出一條水平線，之后再掃描下面一條水平線。 如此反復(fù)，高頻率地從上而下掃描，如此反復(fù)，高頻率地從上而下掃描， 并利用人眼的視覺暫并利用人眼的視覺暫留效應(yīng)，使熒光屏上的亮點構(gòu)成我們看到的影像。留效應(yīng)，使熒光屏上的亮點構(gòu)成我們看到

8、的影像。生亮點。磁場隨外加信號改變時，電子束在熒光屏上產(chǎn)生的亮生亮點。磁場隨外加信號改變時，電子束在熒光屏上產(chǎn)生的亮點位置也發(fā)生相應(yīng)的變化。點位置也發(fā)生相應(yīng)的變化。 彩色顯示器的工彩色顯示器的工作原理與黑白顯示器作原理與黑白顯示器大致相同，只是電子大致相同，只是電子槍從一支變成三支，槍從一支變成三支，而熒光物質(zhì)由單色改而熒光物質(zhì)由單色改為紅、綠、藍三種顏為紅、綠、藍三種顏色。來自每支電子槍色。來自每支電子槍的電子束打在相應(yīng)的的電子束打在相應(yīng)的熒光物質(zhì)上，產(chǎn)生單熒光物質(zhì)上，產(chǎn)生單一的顏色，通過調(diào)整一的顏色，通過調(diào)整三束電子束的強度，三束電子束的強度，可以合成各種顏色?？梢院铣筛鞣N顏色。近年來，人

9、們已經(jīng)制近年來，人們已經(jīng)制造出能發(fā)射三束電子造出能發(fā)射三束電子束的單支電子槍。束的單支電子槍。洛倫茲力的應(yīng)用洛倫茲力的應(yīng)用磁流體發(fā)電機磁流體發(fā)電機 目前世界上正在研究一種新型目前世界上正在研究一種新型發(fā)電機發(fā)電機-磁流體發(fā)電機。它的原磁流體發(fā)電機。它的原理是：將一束等離子體理是：將一束等離子體 （即高溫下（即高溫下電離的氣體，電離的氣體， 含有大量帶正電荷和含有大量帶正電荷和負(fù)電荷的微粒，負(fù)電荷的微粒， 總體是電中性的）總體是電中性的）噴入磁場，噴入磁場， 磁場中的兩塊金屬板磁場中的兩塊金屬板A A和和B B上會聚集電荷，上會聚集電荷， 使它們之間產(chǎn)使它們之間產(chǎn)生電壓。金屬板上為什么會聚集電生

10、電壓。金屬板上為什么會聚集電荷？圖上電路中的電流方向如何？荷？圖上電路中的電流方向如何？ 磁場中的磁感線水平向右，電荷垂直磁感線進入磁場受洛磁場中的磁感線水平向右，電荷垂直磁感線進入磁場受洛倫茲力，正電荷所受洛倫茲力向下，負(fù)電荷所受洛倫茲力向上，倫茲力，正電荷所受洛倫茲力向下，負(fù)電荷所受洛倫茲力向上，它們分別聚集到它們分別聚集到A A、B B板上。板上。B B板相當(dāng)于電源正極，板相當(dāng)于電源正極，A A板相當(dāng)于電板相當(dāng)于電源負(fù)極。將電阻接在源負(fù)極。將電阻接在A A、B B板上，正電荷從板上，正電荷從B B板經(jīng)電阻板經(jīng)電阻R R移向移向A A板，板，R R上的電流方向向上。上的電流方向向上。磁流體

11、發(fā)電機原理的側(cè)視圖見上圖。磁流體發(fā)電機原理的側(cè)視圖見上圖。內(nèi)容小結(jié)內(nèi)容小結(jié) 1.1.磁場對運動電荷的作用力磁場對運動電荷的作用力-洛倫茲力。通電洛倫茲力。通電導(dǎo)體所受安培力，則是運動電荷所受洛倫茲力的宏觀導(dǎo)體所受安培力，則是運動電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。表現(xiàn)。 2.2.洛倫茲力的方向總垂直于運動電荷的速度方向洛倫茲力的方向總垂直于運動電荷的速度方向與磁感應(yīng)強度與磁感應(yīng)強度B B所在所在的平面。指向可用左手定則判的平面。指向可用左手定則判定：定： 磁感線垂直穿過掌心，四指指向正電荷運動的磁感線垂直穿過掌心，四指指向正電荷運動的方向（或負(fù)電荷運動的反方向），拇指所指的方向就方向（或負(fù)電荷運動的反

12、方向），拇指所指的方向就是洛倫茲力方向。是洛倫茲力方向。 3.3.洛倫茲力的應(yīng)用洛倫茲力的應(yīng)用: :顯像管、回旋加速器、磁流顯像管、回旋加速器、磁流體體發(fā)電機發(fā)電機。鞏固練習(xí)鞏固練習(xí) 1.“1.“借助陰極射線管借助陰極射線管, ,我們可以看到每個電子的運動軌跡我們可以看到每個電子的運動軌跡”的說法正確嗎的說法正確嗎? ?為什么為什么? ? 答答: :這種說法不正確。陰極射線管的原理是：高速運動的這種說法不正確。陰極射線管的原理是：高速運動的電子束打在熒光物質(zhì)上，激發(fā)出綠色熒光。我們借助熒光感知電子束打在熒光物質(zhì)上，激發(fā)出綠色熒光。我們借助熒光感知電子束的運動軌跡。電子束的運動軌跡。 2.2.運動的電子束在垂直于運動方向的磁場中會受到運動的電子束在垂直于運動方向的磁場中會受到_的作用。顯像管通過的作用。顯像管通過_控制電子束打在熒光屏上的位置控制電子束打在熒光屏上的位置構(gòu)成畫面。為了讓顯示器有清晰的圖像，顯像管的設(shè)計、生產(chǎn)構(gòu)成畫面。為了讓顯示器有清晰的圖像，顯像管的設(shè)計、生產(chǎn)及使用都應(yīng)該注意防止及使用都應(yīng)該注意防止_對成像的干擾。對成像的干擾。 答答：洛倫茲力，外加信號控制的磁場，磁場：洛倫茲力，外加信號控制的磁場，磁場