2.未通电的导体中没有定向移动的电荷,在磁场中不受安培力;通电导体中有定向移动的电荷,在磁场中又受安培力的作用,由此我们猜想:定向移动的电荷可能受到力的作用。
通过实验验证你们的猜想。
演示实验:
介绍阴极射线的形成。观察磁场能使电子束发生偏转。证实运动电荷在磁场中受到力的作用。引出洛伦兹力的概念。
介绍物理学家洛伦兹:荷兰物理学家。他在物理学上的最重要的贡献是他的电子论。1895年他提出了著名的洛伦兹力公式。
学生总结并回答洛伦兹力和安培力的关系。安培力是洛伦兹力的宏观形式,洛伦兹力是安培力的微观表现。并用图片展示。
(2)探究洛伦兹力的方向:猜想-推理-得出结论-验证结论-应用提升
猜想:是否可以用左手定则判断呢?
推理:通电导体在磁场中受到的力用左手定则来判断,安培力是洛伦兹力的宏观形式,洛伦兹力也应该可以用左手定则来判断。
实验验证:将电子束看做电流,用左手定则判断出安培力的方向与实际的洛伦兹力的方向是否一致。
结论:可以用左手定则判断洛伦兹力的方向
洛伦兹力的方向的判断--左手定则:
伸开左手,使拇指与其余四指垂直,并且都处于同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向正电荷的运动方向,这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受的洛伦兹力的方向。
若四指指向负电荷运动的反向,那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。
(3)洛伦兹力的大小:数学建模-小组讨论-得出结论-应用提升
探究洛伦兹力的表达式
设有一段长为L横截面积为S的直导线,单位体积内的自由电荷数是n,每个自由电荷的电量为q,自由电荷定向移动的速率是v。把这一段导体垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中,求:
1.电流强度I。
2.通电导线中受的安培力。
3.这段导线内的自由电荷数。
4.每个电荷所受的洛伦兹力。
教师通过PPT讲解电流强度的微观表达形式I=svnq。
2、3、4问题学生小组讨论回答。
问题答案:1.电流强度I=svnq 2.导体受到的安培力F=BIL=B(svnq)L 3.长度为L线导体内的自由电荷数sLn 4.每个电荷所受的洛伦兹力F洛=qvB (运动电荷的速度方向与磁场垂直)
总结得出:洛伦兹力的表达式:F洛=qvB 适用条件:运动电荷的速度方向与磁场垂直。单位: F洛为N,q为C, v为m/s, B为T
深化洛伦兹力的概念
思考讨论:如果电荷的运动方向与速度方向不垂直呢?
将磁感应强度B向垂直和平行速度方向分解,V⊥=Bsinθ、V∥=Bcosθ,洛伦兹力的数学表达式为F=qvBsinθ,强调当速度的方向和磁场的方向平行时,洛伦兹力为0.
自制仪器展示洛伦兹力的方向与磁场和速度决定的平面垂直。
例题1:某带电粒子的电量为q=10-14C,以速率v=106m/s垂直射入B=10-2T的匀强磁场中,