3.5-运动电荷在磁场中受到的力解析

5.运动电荷在磁场中受到的力一、洛伦兹力的方向和大小1．演示实验：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，如图乙中电子束的径迹

，若调换磁铁南北极的位置，则电子束的径迹会

2．洛伦兹力(1)定义：

在磁场中所受的力．(2)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

，而洛伦兹力是安培力的微观本质．一条直线．发生弯曲向相反的方向弯曲．运动电荷宏观表现3．洛伦兹力的方向(1)左手定则：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

从掌心进入，并使四指指向

，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受

的方向．(2)特点：洛伦兹力的方向与电荷运动方向和磁场方向都

，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．磁感线正电荷运动方向洛伦兹力垂直4．洛伦兹力的大小(1)当

时，F＝qvB.(2)当

时，F＝0.二、电视显像管的工作原理1．电视显像管应用了电子束

的原理．2．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，这在电视技术中叫做

.v⊥Bv∥B磁偏转扫描1．对洛伦兹力的进一步理解(1)洛伦兹力的方向①决定洛伦兹力方向的因素有三个：电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向．②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，F洛⊥B，F洛⊥v即F洛垂直于B和v两者决定的平面．【特别提醒】

(1)公式F＝qvB中的v是带电粒子相对于磁场的运动速度．(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．(3)电荷运动的方向v和磁场的方向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．(2)洛伦兹力与安培力的关系①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．②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．③洛伦兹力恒不做功，但安培力却可以做功．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．(3)由安培力公式推导洛伦兹力公式设导体内单位体积上自由电荷数为n，自由电荷的电荷量为q，定向移动的速度为v，设长度为L的导线中的自由电荷在t秒内全部通过面积为S的截面A，如下图所示，设通过的电荷量为Q，有Q＝nqSL＝ngS·vt，导线与磁场垂直．关于安培力和洛伦兹力，下面的说法正确的是(

)A．安培力和洛伦兹力是性质不同的两种力B．安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用力C．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D．安培力对通电导体能做功，洛伦兹力对运动电荷不能做功2．洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力电场力性质洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力电场力是电场对电荷的作用力产生条件磁场中静止电荷、沿磁场方向运动的电荷不受洛伦兹力电场中的电荷无论静止、还是沿任何方向运动都要受到电场力方向(1)方向由电荷的正负、磁场的方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(2)洛伦兹力方向一定垂直于磁场方向以及电荷运动方向(电荷运动方向与磁场方向不一定垂直)(1)方向由电荷的正负、电场的方向决定(2)正电荷受力方向与电场方向一致，负电荷受力方向与电场方向相反洛伦兹力电场力大小F＝qvB(v⊥B)F＝qE作用效果洛伦兹力只改变电荷运动速度的方向，不能改变速度的大小电场力既可以改变电荷运动的速度方向又可以改变电荷运动速度的大小做功情况洛伦兹力一定不做功电场力可以不做功，也可以做功(2011·张家界高二检测)关于电场力与洛伦兹力，以下说法正确的是(

)A．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，也可能受到洛伦兹力B．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C．电场力与洛伦兹力一样，受力方向都在电场线和磁感线上D．只有运动的电荷在磁场中才会受到洛伦兹力的作用D3．洛伦兹力在现代科技中的应用②特点a．速度选择器只选择速度(大小、方向)而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．b．速度选择器B、E、v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和洛伦兹力等大、反向．如图中只改变磁场B的方向，粒子将向下偏转．(2)磁流体发电机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电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒．而从整体上来说是呈电中性)喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，则高速射入的离子在洛伦兹力的作用下向A、B两板聚集，使两板间产生电势差，若平行金属板间距为d，匀强磁场的磁感应强度为B，等离子体流速为v，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R，则两板间最大电压和可能达到的最大电流为多少？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．α粒子以速度v0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．(α粒子、质子、电子均不计重力)(1)若质子以速度v0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？(2)若电子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，电子将做什么运动？以下说法中，正确的是(

)A．电荷处于磁场中一定受到洛伦兹力B．运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力C．洛伦兹力对运动电荷一定不做功D．洛伦兹力可改变运动电荷的速度

CD【跟踪发散】

1－1：一初速度为零的质子(质量m＝1.67×10－27kg，电荷量q＝1.6×10－19C)，经过电压为1880V的电场加速后，垂直进入磁感应强度为5.0×10－4T的匀强磁场中，质子所受洛伦兹力多大？答案：

4.8×10－17N【跟踪发散】

2－1：质量为0.1g的小物块，带有5×10－4C的电荷量，放在倾角为30°的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于0.5T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，物块开始离开斜面(设斜面足够长，g＝10m/s2)问：(1)物块带电性质？(2)物块离开斜面时的速度为多少？(3)物块在斜面上滑行的最大距离是多少？答案：

(1)负(2)3.46m/s

(3)1.2m【跟踪发散】

3－1：一个带正电的微粒(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(

)A．增大电荷质量B．增大电荷电荷量C．减小入射速度D．增大磁感应强度C1．一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磁场，下列说法中正确的是(

)A．