研究洛伦兹力

1、第三章第三章 磁场磁场 第五节第五节 研究洛伦兹力研究洛伦兹力思考探究：思考探究： 磁场磁场对电流有力的作用，什么是电流？由此，对电流有力的作用，什么是电流？由此，你想到了什么？你想到了什么？实验：实验： 极射线管研究磁场对运动电荷的作用极射线管研究磁场对运动电荷的作用思考探究：思考探究：1.阴极射线的实质是什么？阴极射线的实质是什么？ 2.没有磁场时，接通高压电源可以观察到什么现象？没有磁场时，接通高压电源可以观察到什么现象？ 3.若在电子束的路径上加磁场，可以观察到什么现象？若在电子束的路径上加磁场，可以观察到什么现象？ 实验现象：实验现象：未加入磁场未加入磁场加入磁场加入磁场磁场对运动电

2、荷的作用力叫做磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力洛伦兹力思考探究：思考探究：磁场对电流有安培力作用，电流则是由电磁场对电流有安培力作用，电流则是由电荷的定向运动形成的荷的定向运动形成的，另外磁场又对，另外磁场又对运动运动的电荷有洛伦兹力作用，那么根据以上结的电荷有洛伦兹力作用，那么根据以上结论安培力与洛伦兹力是否有关系？论安培力与洛伦兹力是否有关系？1.1.安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力微观表现。力微观表现。2.2.大小关系：大小关系：F F安安NFNF洛洛（N N是导体中运动的电是导体中运动的电荷数）荷数）3.3.方向关系：方向关系：F

3、安安与与F洛洛方向相同方向相同4.F4.F安安与与F F洛洛本质都是磁场对运动电荷的作用力本质都是磁场对运动电荷的作用力二二. .洛伦兹力与安培力的关系：洛伦兹力与安培力的关系：猜想：能不能用左手定则来判定？猜想：能不能用左手定则来判定？推理：我们曾经用左手定则判定安培力的方向。大推理：我们曾经用左手定则判定安培力的方向。大量定向移动电荷所受洛伦兹力宏观表现为安培力，量定向移动电荷所受洛伦兹力宏观表现为安培力，因此，可以用左手定则判定洛伦兹力的方向。因此，可以用左手定则判定洛伦兹力的方向。洛仑兹力洛仑兹力F F洛洛的方向如何确定？的方向如何确定？思考思考思考探究：思考探究：VNS左手定左手定则

4、则F判断洛伦兹力的方向判断洛伦兹力的方向一一.v1 1、伸开左手，使大拇指和其余四、伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线穿入手心，放入磁场中，让磁感线穿入手心，使四指指向使四指指向正电荷正电荷运动的方向，运动的方向，那么拇指所指的方向就使正电荷那么拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向。所受洛伦兹力的方向。 2 2、 如果运动的是如果运动的是负电荷负电荷，则四，则四指指向指指向负电荷负电荷运动的运动的反方向反方向，那么拇指所指的方向就是负电那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。荷所受洛伦兹力的方向。FFvBFVVF

5、思考探究：如果电荷的运动方向与磁场方向不垂直，这是思考探究：如果电荷的运动方向与磁场方向不垂直，这是如何判断洛伦兹力方向？如果是平行又如何？如何判断洛伦兹力方向？如果是平行又如何？1如图如图351所示，是表示磁场磁感应强度所示，是表示磁场磁感应强度B，正电荷运，正电荷运 动方向动方向v和磁场对电荷洛伦兹力和磁场对电荷洛伦兹力F的相互关系图，这四个的相互关系图，这四个 图中正确的是图中正确的是(B、v、F两两垂直两两垂直) () 图图351 解析：解析：根据左手定则可判断：根据左手定则可判断：A中电荷受力应为向下；中电荷受力应为向下；B中电荷受力应为向右；中电荷受力应为向右；C中电荷受力应为向右

6、；中电荷受力应为向右；D中电荷中电荷受力正确。受力正确。 答案：答案：D二二. .洛伦兹力的特点洛伦兹力的特点 1在研究电荷的运动方向与磁场方向垂直的情况时，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，洛伦兹力的方向既与磁场方向垂由左手定则可知，洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即洛伦兹力垂直于直，又与电荷的运动方向垂直，即洛伦兹力垂直于v和和B两者所决定的平面。两者所决定的平面。 2.由于洛伦兹力的方向总是跟运动电荷的速度方向垂由于洛伦兹力的方向总是跟运动电荷的速度方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功，洛伦兹力只能直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功，洛伦

7、兹力只能改变电荷速度的方向，不能改变速度的大小。改变电荷速度的方向，不能改变速度的大小。 3.判断负电荷在磁场中运动受到的洛伦兹力的方向时，判断负电荷在磁场中运动受到的洛伦兹力的方向时，四指要指向负电荷运动的相反方向，也就是电流的方四指要指向负电荷运动的相反方向，也就是电流的方向。向。2关于安培力和洛伦兹力，下列说法中正确的是关于安培力和洛伦兹力，下列说法中正确的是 () A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 B安培力可以对通电导线做功，洛伦兹力对运动电荷安培力可以对通电导线做功，洛伦兹力对运动电荷 一定不做功一定不做功 C运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该

8、处的磁感运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感 应强度一定为零应强度一定为零 D洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变 带电粒子的运动状态带电粒子的运动状态解析：解析：洛伦兹力是磁场对一个运动电荷的磁场力作用，而洛伦兹力是磁场对一个运动电荷的磁场力作用，而安培力是磁场对所有参与定向移动的电荷安培力是磁场对所有参与定向移动的电荷(电流电流)的磁场力的的磁场力的合力，二者本质都是磁场力，故选项合力，二者本质都是磁场力，故选项A错误。洛伦兹力永远错误。洛伦兹力永远与电荷运动方向垂直，所以洛伦兹力不做功。安培力是洛与电荷运动方向垂直，所以洛伦兹力

9、不做功。安培力是洛伦兹力的宏观表现，它虽然对引起电流的定向移动的电荷伦兹力的宏观表现，它虽然对引起电流的定向移动的电荷不做功，但对通电导线是可以做功的，二者虽本质相同，不做功，但对通电导线是可以做功的，二者虽本质相同，但效果不同，故选项但效果不同，故选项B正确。电荷运动方向与磁感线方向在正确。电荷运动方向与磁感线方向在同一直线上时，运动电荷不受洛伦兹力作用，而该处磁感同一直线上时，运动电荷不受洛伦兹力作用，而该处磁感应强度不为零，所以选项应强度不为零，所以选项C错误。洛伦兹力不改变带电粒子错误。洛伦兹力不改变带电粒子的速度大小，但改变速度的方向，选项的速度大小，但改变速度的方向，选项D错误。错

10、误。答案：答案：B 例例1如图如图352所示，在阴极射所示，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会向右，则阴极射线将会 ()A向上偏转向上偏转B向下偏转向下偏转C向纸内偏转向纸内偏转 D向纸外偏转向纸外偏转图图352 解析解析本题首先需要判断通电直导线周围磁场情况，本题首先需要判断通电直导线周围磁场情况，再由左手定则判断电子受力方向。题目设置巧妙，灵活考查再由左手定则判断电子受力方向。题目设置巧妙，灵活考查了左手定则对电子所受力方向的判断。在阴极射线管所在位了左

11、手定则对电子所受力方向的判断。在阴极射线管所在位置处，直导线产生的磁场方向垂直纸面向外，由左手定则可置处，直导线产生的磁场方向垂直纸面向外，由左手定则可以判断阴极射线中的电子受力方向向上，故选以判断阴极射线中的电子受力方向向上，故选A。 答案答案A1试判断图试判断图353中各带电粒子所受洛伦兹力的方向中各带电粒子所受洛伦兹力的方向 或带电粒子的带电情况。或带电粒子的带电情况。图图353解析：解析：根据左手定则可判断。根据左手定则可判断。答案：答案：a图：竖直向上，图：竖直向上，b图：垂直纸面向外；图：垂直纸面向外；c图：粒子图：粒子带负电荷；带负电荷；d图：垂直纸面向里。图：垂直纸面向里。思考

12、探究思考探究： 设有一段长为设有一段长为L直导线内自由电荷总数为直导线内自由电荷总数为N，每，每个自由电荷的电荷量为个自由电荷的电荷量为q，自由电荷定向移动的速率，自由电荷定向移动的速率为为v.这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的匀强磁场中，求的匀强磁场中，求（1）电流强度）电流强度I。（2）通电导线所受的安培力。）通电导线所受的安培力。（3）这段导线内的自由电荷数。）这段导线内的自由电荷数。（4）每个电荷所受的洛伦兹力。）每个电荷所受的洛伦兹力。(1)通电导线中的电流通电导线中的电流(2)通电导线所受的安培力通电导线所受的安培力(3)这段导线内

13、的自由电荷数这段导线内的自由电荷数(4)每个电荷所受的洛伦兹力每个电荷所受的洛伦兹力qvBnSLLnqvSBNFF)(安洛nSLN nqvSI LnqvSBBILF)(安FqvB洛电荷量为电荷量为q的粒子以速度的粒子以速度v运动时运动时,如果速如果速度方向与磁感应强度方向度方向与磁感应强度方向垂直垂直,那么粒子所受那么粒子所受的洛伦兹力为的洛伦兹力为(v垂直垂直B)三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小思考探究：若带电粒子不垂直射入磁场思考探究：若带电粒子不垂直射入磁场,粒子受粒子受到的洛伦兹力又如何呢到的洛伦兹力又如何呢?sin (FBqvBv 为 与 的夹角）(vB)(vB)特例特例: :F

14、qvB洛0洛F当运动电荷的速度当运动电荷的速度v方向与磁感应强度方向与磁感应强度B方方向的夹角为向的夹角为，电荷所受的洛伦兹力大小为，电荷所受的洛伦兹力大小为 三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的大小sinqvBF 洛 例例2一初速度为零的质子一初速度为零的质子(质量质量m1.671027 kg，电荷量电荷量q1.61019 C)，经过电压为，经过电压为1 880 V的电场加速后，的电场加速后，垂直进入磁感应强度为垂直进入磁感应强度为5.0104 T的匀强磁场中，质子所的匀强磁场中，质子所受的洛伦兹力是多大？受的洛伦兹力是多大？答案答案4.81017 N 只有运动的带电粒子才可能受洛伦兹力作用，当

15、速度只有运动的带电粒子才可能受洛伦兹力作用，当速度与磁场方向垂直时，洛伦兹力与磁场方向垂直时，洛伦兹力fqvB。2.(双选双选)如图如图354所示，用丝线吊一所示，用丝线吊一 个质量为个质量为m的带电的带电(绝缘绝缘)小球处于匀强小球处于匀强 磁场中，空气阻力不计，当小球分别磁场中，空气阻力不计，当小球分别 从从A点和点和B点向最低点点向最低点O运动且两次经过运动且两次经过O点时点时() A小球的动能相同小球的动能相同 B丝线所受的拉力相同丝线所受的拉力相同 C小球所受的洛伦兹力相同小球所受的洛伦兹力相同 D小球的向心加速度相同小球的向心加速度相同图图354答案：答案：AD如下图为速度选择器示

16、意图，带电粒子从离子源如下图为速度选择器示意图，带电粒子从离子源中发射出来，在电场强度为中发射出来，在电场强度为E的匀强电场和磁感应的匀强电场和磁感应强度为强度为B的匀强磁场中运动，速度多大的粒子可以的匀强磁场中运动，速度多大的粒子可以沿直线沿直线ss从右边孔射出？从右边孔射出？跟踪训练：跟踪训练： 例例3如图如图355所示，所示，M、N为一对水平放置的平行金属板，一带为一对水平放置的平行金属板，一带电粒子以平行于金属板方向的速度电粒子以平行于金属板方向的速度v穿穿过平行金属板。若在两板间存在互相过平行金属板。若在两板间存在互相垂直的匀强电场和匀强磁场，可使带电粒子的运动不垂直的匀强电场和匀强

17、磁场，可使带电粒子的运动不发生偏转。若不计粒子所受的重力，则以下叙述正确发生偏转。若不计粒子所受的重力，则以下叙述正确的是的是 ( )图图355 A若改变带电粒子的电性，既使它以同样速度若改变带电粒子的电性，既使它以同样速度v射入射入该区域，其运动方向也一定会发生偏转该区域，其运动方向也一定会发生偏转 B带电粒子无论带上何种电荷，只要以同样的速度带电粒子无论带上何种电荷，只要以同样的速度v入射，都不会发生偏转入射，都不会发生偏转 C若带电粒子的入射速度若带电粒子的入射速度vv，它将做匀变速曲线，它将做匀变速曲线运动运动 D若带电粒子的入射速度若带电粒子的入射速度vv时，粒子偏向哪个方向？电场力

18、和时，粒子偏向哪个方向？电场力和洛伦兹力各做什么功？粒子动能如何变化？洛伦兹力各做什么功？粒子动能如何变化？ (2)若粒子刚好从下板边缘射出，则求粒子射出时的速若粒子刚好从下板边缘射出，则求粒子射出时的速度大小。度大小。 例例4如图如图356所示，表面粗糙所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面向外、强度为面向外、强度为B的匀强磁场中。质量为的匀强磁场中。质量为m、带电量为、带电量为Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑，在滑块的小滑块从斜面顶端由静止下滑，在滑块下滑的过程中，下列判断正确的是下滑的过程中，下列判断正确的是 () A滑块受到的摩擦力不变滑块受到的摩擦力不变 B滑块到达地面时的动能与滑块到达地面时的动能与B的大小无关的大小无关 C滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下 DB很大时，滑块可能静止于斜面上很大时，滑块可能静止于斜面上图图356 解析解析滑块受重力、支持力、洛伦兹滑块受重力、支持力、洛伦兹力、摩擦力，如图所示。由左手定则首先容力、摩擦力，如图所示。由左手定则首先容易判断洛伦兹力的方向为垂直斜面向下，易判断洛伦兹力的方向为垂直斜面向下，C正确；