3.5_运动电荷在磁场中受到的力

1、v5.运动电荷在磁场中受到的力v一、洛伦兹力的方向和大小一、洛伦兹力的方向和大小v1演示实验：演示实验：v阴极射线管发出的电子束，如上图甲中的径迹是阴极射线管发出的电子束，如上图甲中的径迹是 把电子射线管放在蹄形磁铁的磁场中，把电子射线管放在蹄形磁铁的磁场中，如图乙中电子束的径迹如图乙中电子束的径迹 ，若调换磁铁，若调换磁铁南北极的位置，则电子束的径迹会南北极的位置，则电子束的径迹会v2洛伦兹力洛伦兹力v(1)定义：定义： 在磁场中所受的力在磁场中所受的力v(2)与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的安与安培力的关系：通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的培力是洛伦兹力的 ，而洛伦兹力，而洛

2、伦兹力是安培力的微观本质是安培力的微观本质一条直线一条直线发生弯曲发生弯曲向相反的方向弯曲向相反的方向弯曲运动电荷运动电荷宏观表现宏观表现v3洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向v(1)左手定则：左手定则：v伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内让与手掌在同一平面内让 从掌心进入，从掌心进入，并使四指指向并使四指指向 ，这时拇指所指的，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受方向就是运动的正电荷在磁场中所受 的的方向方向v(2)特点：洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁场特点：洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁场方向都方向都 ，洛伦兹力只

3、改变带电粒子的运，洛伦兹力只改变带电粒子的运动方向，不改变速度大小，对电荷不做功动方向，不改变速度大小，对电荷不做功磁感线磁感线正电荷运动方向正电荷运动方向洛伦兹力洛伦兹力垂直垂直v4洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小v(1)当当 时，时，FqvB.v(2)当当 时，时，F0.v二、电视显像管的工作原理二、电视显像管的工作原理v1电视显像管应用了电子束电视显像管应用了电子束 的原理的原理v2电子束打在荧光屏上的位置在偏转磁场电子束打在荧光屏上的位置在偏转磁场的控制下一行一行的不断移动，这在电视技的控制下一行一行的不断移动，这在电视技术中叫做术中叫做 . vBvB磁偏转磁偏转扫描扫描v1对洛伦兹力的进

4、一步理解对洛伦兹力的进一步理解v(1)洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向v决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷的电性的电性(正、负正、负)、速度方向、磁感应强度的、速度方向、磁感应强度的方向方向v在研究电荷的运动方向与磁场方向垂直在研究电荷的运动方向与磁场方向垂直的情况时，由左手定则可知，的情况时，由左手定则可知，F洛洛B，F洛洛v即即F洛洛垂直于垂直于B和和v两者决定的平面两者决定的平面v【特别提醒】(1)公式FqvB中的v是带电粒子相对于磁场的运动速度v(2)判断负电荷在磁场中运动所受洛伦兹力的方向，四个手指要伸向负电荷运动的相反方向v(3)电荷运动的方向v和磁场

5、的方向B不一定垂直，但洛伦兹力一定垂直于磁感应强度B和速度v的方向v(2)洛伦兹力与安培力的关系v洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现v尽管安培力是自由电荷定向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现，但也不能认为安培力就简单地等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和，一般只有当导体静止时才能这样认为v洛伦兹力恒不做功，但安培力却可以做功v可见安培力与洛伦兹力既有紧密相关、不可分割的必然联系，也有显著的区别v(3)由安培力公式推导洛伦兹力公式由安培力公式推导洛伦兹力公式v设导体内单位体积上自由电荷数为设导体内单位体积上自由电荷数为n，自由，自

6、由电荷的电荷量为电荷的电荷量为q，定向移动的速度为，定向移动的速度为v，设长度为设长度为L的导线中的自由电荷在的导线中的自由电荷在t秒内全秒内全部通过面积为部通过面积为S的截面的截面A，如下图所示，设，如下图所示，设通过的电荷量为通过的电荷量为Q，有，有QnqSLngSvt，导线与磁场垂直导线与磁场垂直v关于安培力和洛伦兹力，下面的说法正确关于安培力和洛伦兹力，下面的说法正确的是的是()vA安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力vB安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力运动电荷的作用力vC这两种力都是效果力，其实并不存

7、在，这两种力都是效果力，其实并不存在，原因是不遵守牛顿第三定律原因是不遵守牛顿第三定律vD安培力对通电导体能做功，洛伦兹力对安培力对通电导体能做功，洛伦兹力对运动电荷不能做功运动电荷不能做功v2洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力洛伦兹力电场力电场力性质性质洛伦兹力是磁场对运动电荷洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力的作用力电场力是电场对电电场力是电场对电荷的作用力荷的作用力产生产生条件条件磁场中静止电荷、沿磁场方向运磁场中静止电荷、沿磁场方向运动的电荷不受洛伦兹力动的电荷不受洛伦兹力电场中的电荷无论静止、电场中的电荷无论静止、还是沿任何方向运动都还是沿任何方向运动都要受到电场力要受到电场力方向方向(1

8、)方向由电荷的正负、磁场的方方向由电荷的正负、磁场的方向以及电荷的运动方向决定，向以及电荷的运动方向决定，方向之间的关系遵循左手定则方向之间的关系遵循左手定则(2)洛伦兹力方向一定垂直于磁场洛伦兹力方向一定垂直于磁场方向以及电荷运动方向方向以及电荷运动方向(电荷电荷运动方向与磁场方向不一定垂运动方向与磁场方向不一定垂直直)(1)方向由电荷的正负、方向由电荷的正负、电场的方向决定电场的方向决定(2)正电荷受力方向与正电荷受力方向与电场方向一致，负电场方向一致，负电荷受力方向与电电荷受力方向与电场方向相反场方向相反洛伦兹力洛伦兹力电场力电场力大小大小FqvB(vB)FqE作用作用效果效果洛伦兹力只

9、改变电洛伦兹力只改变电荷运动速度的方荷运动速度的方向，不能改变速向，不能改变速度的大小度的大小电场力既可以改变电电场力既可以改变电荷运动的速度方向荷运动的速度方向又可以改变电荷运又可以改变电荷运动速度的大小动速度的大小做功做功情况情况洛伦兹力一定不做洛伦兹力一定不做功功电场力可以不做功，电场力可以不做功，也可以做功也可以做功v(2011张家界高二检测张家界高二检测)关于电场力与洛伦关于电场力与洛伦兹力，以下说法正确的是兹力，以下说法正确的是()vA电荷只要处在电场中，就会受到电场力，电荷只要处在电场中，就会受到电场力，而电荷静止在磁场中，也可能受到洛伦兹而电荷静止在磁场中，也可能受到洛伦兹力力

10、vB电场力对在电场中的电荷一定会做功，电场力对在电场中的电荷一定会做功，而洛伦兹力对在磁场中的电荷却不会做功而洛伦兹力对在磁场中的电荷却不会做功vC电场力与洛伦兹力一样，受力方向都在电场力与洛伦兹力一样，受力方向都在电场线和磁感线上电场线和磁感线上vD只有运动的电荷在磁场中才会受到洛伦只有运动的电荷在磁场中才会受到洛伦兹力的作用兹力的作用Dv3洛伦兹力在现代科技中的应用v特点特点va速度选择器只选择速度速度选择器只选择速度(大小、方向大小、方向)而而不选择粒子的质量和电荷量如上图中若不选择粒子的质量和电荷量如上图中若从右侧入射则不能穿出场区从右侧入射则不能穿出场区vb速度选择器速度选择器B、E

11、、v三个物理量的大小、三个物理量的大小、方向互相约束，以保证粒子受到的电场力方向互相约束，以保证粒子受到的电场力和洛伦兹力等大、反向如图中只改变磁和洛伦兹力等大、反向如图中只改变磁场场B的方向，粒子将向下偏转的方向，粒子将向下偏转v(2)磁流体发电机磁流体发电机v目前世界上正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，它目前世界上正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，它可以把气体的内能直接转化为电能，如右图表示出了它的发可以把气体的内能直接转化为电能，如右图表示出了它的发电原理：将一束等离子体电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒而从

12、整体上来说是呈电中性正电和带负电的微粒而从整体上来说是呈电中性)喷射入磁喷射入磁场，磁场中有两块金属板场，磁场中有两块金属板A、B，则高速射入的离子在洛伦兹，则高速射入的离子在洛伦兹力的作用下向力的作用下向A、B两板聚集，使两板间产生电势差，若平行两板聚集，使两板间产生电势差，若平行金属板间距为金属板间距为d，匀强磁场的磁感应强度为，匀强磁场的磁感应强度为B，等离子体流速，等离子体流速为为v，气体从一侧面垂直磁场射入板间，不计气体电阻，外电，气体从一侧面垂直磁场射入板间，不计气体电阻，外电路电阻为路电阻为R，则两板间最大电压和可能达到的最大电流为多，则两板间最大电压和可能达到的最大电流为多少？

13、少？v在两平行金属板间，有如下图所示的互相正交的匀强电场在两平行金属板间，有如下图所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场和匀强磁场粒子以速度粒子以速度v0从两板的正中央垂直于电场从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，恰好能沿直线匀速通过方向和磁场方向射入时，恰好能沿直线匀速通过(粒子、粒子、质子、电子均不计重力质子、电子均不计重力)(1)若质子以速度若质子以速度v0从两板的正中央垂直于电场从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将做什么运动？方向和磁场方向射入时，质子将做什么运动？(2)若电子以速度若电子以速度v0从两板的正中央垂直于电场从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入

14、时，电子将做什么运动？方向和磁场方向射入时，电子将做什么运动？v以下说法中，正确的是以下说法中，正确的是()vA电荷处于磁场中一定受到洛伦兹力电荷处于磁场中一定受到洛伦兹力vB运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力vC洛伦兹力对运动电荷一定不做功洛伦兹力对运动电荷一定不做功vD洛伦兹力可改变运动电荷的速度洛伦兹力可改变运动电荷的速度CDv【跟踪发散】11：一初速度为零的质子(质量m1.671027 kg，电荷量q1.61019 C)，经过电压为1 880 V的电场加速后，垂直进入磁感应强度为5.0104 T的匀强磁场中，质子所受洛伦兹力多大？v答案：4.81017 N

15、v【跟踪发散】【跟踪发散】21：质量为：质量为0.1 g的小物的小物块，带有块，带有5104C的电荷量，放在倾角为的电荷量，放在倾角为30的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于0.5 T的匀强磁场中，磁场方向如图所示，物块的匀强磁场中，磁场方向如图所示，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面开始离开斜面v(设斜面足够长，设斜面足够长，g10 m/s2)问：问：v(1)物块带电性质？物块带电性质？v(2)物块离开斜面时的速度为多少？物块离开斜面时的速度为多少？v(3)物块在斜面上滑行的最大距离是多少？物块在斜面上滑行的最大距离是多少？v答案：(1)负(2)3.46 m/s(3)1.2 m v【跟踪发散】31：一个带正电的微粒(重力不计)穿过如右图所示的匀强磁场和匀强电场区域时，恰能沿直线运动，则欲使电荷向下偏转时应采用的办法是()vA增大电荷质量vB增大电荷电荷量vC减小入射速度vD增大磁感应强度Cv1一个运动电荷通过某一空间时，没有发一个运动电荷通过某一空间时，没有发生偏转，那么就这个空间是否存在电场或生偏转，那么就这个空间是否存在电场或磁场，下列说法中正确的是磁场，下列说法中正确的是v()vA一定不存在电场一定不存在电场vB一定不存在磁场一定不存在磁场vC一定