磁场对运动电荷的问题
磁场中的电荷运动
磁场中的电荷运动在磁场中的电荷运动磁场是由电流产生的，而电荷是带电粒子。
当电荷运动时，会受到磁场的力的作用，这种现象被称为磁场中的电荷运动。
本文将介绍电荷在磁场中的运动规律以及与其他物理量的关系。
一、洛伦兹力的作用在磁场中，电荷受到的力被称为洛伦兹力。
洛伦兹力的大小和方向由以下公式给出：F = qvBsinθ其中，F是洛伦兹力的大小，q是电荷的大小，v是电荷的速度，B 是磁场的大小，θ是电荷速度与磁场方向之间的夹角。
从上述公式可以看出，当电荷的速度与磁场方向垂直时，洛伦兹力最大；当速度与磁场方向平行时，洛伦兹力最小，甚至为零。
这意味着电荷在磁场中的轨迹将偏离原来的方向，呈现出弯曲的形状。
二、电荷的圆周运动如果一个正电荷以一定的速度在磁场中运动，它将沿着圆形轨迹运动。
根据洛伦兹力的作用方向，可以推导出电荷的运动轨迹。
假设磁场方向为垂直于纸面向内，电荷的速度方向与纸面平行，则电荷将绕着磁场方向进行圆周运动。
在这种情况下，洛伦兹力提供了向心力，使得电荷保持圆周运动。
根据牛顿第二定律，可以得到以下公式：F = ma = (mv^2)/r其中，m是电荷的质量，a是向心加速度，v是电荷的速度，r是电荷运动的半径。
结合洛伦兹力的表达式，可以得到以下关系：qvB = (mv^2)/r通过简单的计算，可以得到电荷运动的半径：r = mv/(qB)可以看出，电荷的运动半径与其质量、速度以及磁场强度成反比。
三、磁力对电流的作用当电流通过导线时，产生的磁场会对导线上的电荷施加力。
电流中的每一个电子都受到洛伦兹力的作用，导致整个导线受到一个总的力。
在直流电路中，导线上的电荷移动速度是恒定的，因此洛伦兹力和电荷的运动方向垂直，导致电流导线呈直线形状。
而在交流电路中，电流的方向和大小都会发生周期性变化，导致电荷在导线中来回运动。
在每一个电流周期内，电荷受到的磁场力的方向也会改变。
由于这种磁场力是周期性变化的，导致导线上的电荷来回振动，并引发电磁感应现象。
磁场中的电荷运动
磁场中的电荷运动
在磁场中，电荷受到磁力的作用而运动。
磁力是由于电荷在磁场中
的运动而产生的，它的大小和方向都与电荷的速度和磁场的性质有关。
根据洛伦兹力公式，磁力（F）等于电荷（q）的速度（v）与磁场（B）之间的叉乘，且与正弦θ成正比。
其中，θ是电荷速度和磁场的
夹角。
F = q * v × B * sinθ
根据这个公式，我们可以得出以下结论：
1. 当电荷的速度与磁场方向垂直（θ=90°）时，磁力达到最大值，
且与电荷的速度无关。
因此，在垂直于磁场方向运动的电荷受到最大
的磁力作用。
2. 当电荷的速度与磁场方向平行（θ=0°）时，磁力为零。
因此，在
平行于磁场方向运动的电荷不受磁力影响。
3. 当电荷的速度与磁场方向形成其他夹角时，磁力的大小取决于θ
的大小，即电荷的速度与磁场的夹角。
如果θ不为0°或90°，则磁力的大小介于零和最大值之间。
根据磁力的作用，电荷在磁场中可能发生以下几种不同的运动：
1. 直线运动：当电荷的速度与磁场方向垂直时，磁力的作用使电荷
沿着磁力的方向直线运动。
2. 螺旋运动：当电荷的速度与磁场方向形成一定夹角时，磁力的作用使电荷在垂直于磁场方向的平面上做螺旋运动。
3. 循环运动：当电荷的速度与磁场方向平行时，磁力为零，电荷不受磁力作用，继续沿着原来的方向匀速直线运动。
总之，磁场对电荷的运动具有一定的控制作用，可以改变电荷的运动轨迹和速度。
这在电磁学和磁共振等领域有广泛的应用。
磁场对运动电荷的作用
方法：作已知半径的圆，使其与两速度 方向线相切，圆心到两切点的距离即是 半径．
(2)确定轨迹所对应的圆心角，求运动时间．
先利用圆心角与弦切角的关系，或者是四边 形内角和等于3600（或2π）计算出圆心角θ 的大小，再由公式t=θT/3600（或θT/2π） 可求出运动时间
B、已知轨迹上的两点及其中一点 的速度方向
方法：过已知速度方向的点作速度 方向的垂线，得到一个半径方向； 作两已知点连线的中垂线，得到另 一半径方向，两条方向线的交点即 为圆心．
C、已知轨迹上的一点及其速度方向 和另外一条速度方向线
方法：过已知点作其速度的垂线，得到 一半径方向；作两速度方向线所成角的 平分线，一半径所在的直线，两者交点 即是圆心．
以垂直纸面向里的匀强磁场，粒子仍以
V0入射，恰从C关于中线的对称点D射出， 如图所示，则粒子从D点射出的速度为多 少?
·D
V0
W1=W2。VD= 2V02 - V2
·C
【例2】如图所示,竖直两平行板P、Q,长为L, 两板间电压为U,垂直纸面的匀强磁场的磁感 应强度为B,今有带电量为Q,质量为m的带正电 的油滴,从某高度处由静止落下,从两板正中 央进入两板之间,刚进入时油滴受到的磁场力 和电场力相等,此后油滴恰好从P板的下端点 处离开两板正对的区域,求(1)油滴原来静止 下落的位置离板上端点的高度h.(2)油滴离开 板间时的速度大小.
h=U2/2gB2d2
2g h L qU / m 2g U 2 / 2gB2d 2 L qU / m
【例3】在两块平行金属板A、B中,B板的正中 央有一α粒子源,可向各个方向射出速率不同 的α粒子,如图所示.若在A、B板中加上UAB＝ U0的电压后,A板就没有α粒子射到,U0是α粒 子不能到达A板的最小电压.若撤去A、B间的 电压,为了使α粒子不射到A板,而在A、B之间 加上匀强磁场,则匀强磁场的磁感强度B必须 符合什么条件(已知α粒子的荷质比 m/q=2.l×10－8kg/C, A、B间的距离d＝10cm, 电压U0=4.2×104V）?
磁场对运动电荷作用
一、洛伦兹力：磁场对 运动电荷
的作用力．
1．洛伦兹力的大小： F＝qvBsinθ ，其中θ 为 v 与 B 间的夹角．当带电粒子的运动方向与磁场方向互 相平行时， F ＝ 0 ；当带电粒子的运动方向与磁场方向 互相垂直时，F＝ qvB .只有运动电荷在磁场中才 有可能受到洛伦兹力作用，静止电荷在磁场中受到的 磁场对电荷的作用力一定为0.
mv2 mv 【解析】(1)qvB＝ ，r＝ r qB 离子在磁场中运动最大轨道半 径：rm＝1m 由几何关系知，最大速度的离 子刚好沿磁场边缘打在荧光屏上， 如图，所以 OA1 长度为： y＝2rcos30°＝ 3 m 即离子打到荧光屏上的范围为：[0， 3 m] 2πm (2)离子在磁场中运动的周期为： T＝ ＝π × qB 10－6s 5π T －7 经过时间：t＝ ×10 s＝ 3 6 2π π 离子转过的圆心角为 φ＝ t＝ T 3
三、洛伦兹力计算公式的推导 如图所示，整个导线受到的磁场力 ( 安培力 ) 为 F 安 ＝
BIL；其中I＝nqsv；设导线中共有N个自由电子N＝nsL； 每个电子受的磁场力为 F ，则 F 安 ＝ NF. 由以上四式得 F ＝qvB.条件是v与B垂直．当v与B成θ 角时， F＝qvBsinθ .
题型一：带电粒子在磁场中的圆周运动问题
D．若将带电粒子在A点时初速度变小(方向不变)，它不 能经过B点
【解析】 无论是带正电还是带负电粒子都能到达 B 点，画出粒子运动的轨迹，正粒子在 L1 上方磁场中运 1 3 动 T，在 L2 下方磁场中运动 T，负粒子在 L1 上方磁场 4 4 3 T 中运动 T，在 L2 下方磁场中运动 ，设 l1l2 之间的距离 4 4 为 a.带电粒子运动的半径为 R，则对于负粒子，AB＝ a ＋ 2R＋ a－ 2R＝ 2a. 对于正粒子， AB＝ a－ 2R＋ a＋ 2R＝ 2a.
磁场对电荷运动的影响
磁场对电荷运动的影响磁场是由电流产生的。
当电荷运动时，它会产生一个磁场，而同时该电荷也会受到外部磁场的作用。
在本文中，我们将探讨磁场对电荷运动的影响。
1. 磁力的作用磁场可以对电荷施加力，这种力称为磁力。
磁力的大小和方向由洛伦兹力定律确定。
洛伦兹力定律表明，磁力的大小与电荷的大小、电荷的运动速度以及磁场的强度和方向有关。
磁力的方向垂直于电荷的运动轨迹和磁场的方向，符合右手定则。
2. 磁场对带电粒子的弯曲轨迹当带电粒子穿过磁场时，由于受到磁力的作用，其运动轨迹会发生弯曲。
这种弯曲轨迹被称为洛伦兹力的曲线。
3. 磁场对电子轨道的影响在原子中，电子绕绕原子核运动，形成电子轨道。
在有磁场的情况下，电子的轨道将受到磁力的作用，导致其轨道的形状和方向发生改变。
这种现象称为塞曼效应。
4. 磁场对电磁感应的影响磁场还可以影响电磁感应现象。
当一个导体运动于磁场中，产生感应电动势时，会产生电流。
这种现象被称为磁感应。
5. 磁场对电子运动速度的限制在磁场中，电子受到磁力的作用，会发生向心力。
这种向心力会限制电子的运动速度和轨道半径。
当向心力与电子的离心力平衡时，电子将保持稳定的轨道。
6. 磁场对电子束的聚焦在粒子加速器中，利用磁场可以对电子束进行聚焦。
磁场可以使电子束在加速器中保持稳定的轨道，同时减小束斑的扩散，提高加速效率。
总结：磁场对电荷运动有着显著的影响。
磁力可以使电荷的运动轨迹发生弯曲，磁场也可以改变电子的轨道形状和方向。
此外，磁场还对电磁感应产生影响，限制电子运动速度，并对电子束的聚焦起到重要作用。
对磁场与电荷运动的关系的深入了解，对于电磁学的研究和应用具有重要意义。
磁场对运动电荷的作用
F
× × ×
× ×
×
× ×
× ×
+
× ×v × ×
× × v
× × ×
×
-
× ×
×
B
×
× ×
× ×B ×
二：洛伦兹力的应用
洛伦兹力的方向： 电性；相对速度。 例题：用绝缘细线悬挂一个质量为m，带电荷量为+q的小球， 让它处于图示的磁感应强度为B的匀强磁场中。由于磁场的运 动，小球静止在图中位臵，这时悬绳与竖直方向的夹角为， 并被拉紧，则磁场的运动速度和方向是（ ） A、v=mg/Bq，水平向左 B、v=mgtan/Bq，竖直向下 C、v=mgtan/Bq，竖直向上 +q D、v=mg/Bq，水平向右
磁场对运动电荷的作用
一：洛伦兹力
1、定义：磁场对运动电荷的作用力叫洛轮兹力。 2、大小： ⑴当vB时，F洛=qvB
B
-q
v
一：洛伦兹力
1、定义：磁场对运动电荷的作用力叫洛轮兹力。 2、大小： ⑴当vB时，F洛=qvB ⑵当v B时，F洛=0
B -q v
一：洛伦兹力
1、定义：磁场对运动电荷的作用力叫洛轮兹力。 2、大小： ⑴当vB时，F洛=qvB ⑵当v B时，F洛=0 ⑶当v与B夹角时，F洛=qvBsin
例题：一垂直纸面、磁感应强度为B的匀强磁场（如图）。一 不计重力的粒子，从坐标原点 y o处以速度v进入磁场，且速度 方向与x轴正方向夹角1200，粒 B v 子穿越y轴正半轴后在磁场中到 x x轴的最大距离a，则该粒子 0 的比荷q/m多少？电荷的正负？
过已知点，大致画出粒子运动的圆周轨迹. 画轨迹： 找圆心： ①两半径的交点；②半径与弦中垂线的交点. ①公式：R=mv/qB ②结合几何知识计算. 定半径： 求时间： ①公式：t=T/3600，或t=T/2. ②t=s/v. 偏转角等于圆心角，等于对应弦切角的2倍，即==2. 两对应的弦切角相等. 粒子从同一边界进出磁场具有对称性.
磁场对运动电荷的作用
磁场对运动电荷的作用1. 引言在物理学中，磁场是指存在于物体周围的力场，可以对运动中的电荷施加作用力。
电荷在磁场中受到的力和运动状态之间存在着密切的关系。
本文将探讨磁场对运动电荷的作用以及其物理原理。
2. 洛伦兹力磁场对运动电荷产生的作用力称为洛伦兹力。
根据洛伦兹力定律，洛伦兹力的大小与电荷的电量、电荷的速度以及磁场的强度和方向有关。
洛伦兹力的方向垂直于电荷的速度方向和磁场方向，遵循右手定则。
3. 右手定则右手定则是用于确定洛伦兹力方向的常用方法。
当右手拇指指向电荷的速度方向，四指指向磁场的方向时，手心所指的方向即为洛伦兹力的方向。
右手定则为我们理解磁场对电荷作用力提供了便利。
4. 磁场对直线运动电荷的作用当电荷沿直线运动时，如果与磁场垂直，则洛伦兹力将偏离电荷的直线运动方向，并且始终垂直于电荷的速度方向和磁场方向。
这是由于洛伦兹力的方向始终与速度和磁场互相垂直，导致电荷运动轨迹弯曲，形成圆弧轨迹。
5. 磁场对曲线运动电荷的作用当电荷沿曲线运动时，磁场对其的作用将影响电荷在曲线上的运动轨迹。
在曲线上的每一点上，电荷的速度方向和磁场方向不再垂直。
由于洛伦兹力始终垂直于速度和磁场方向，电荷将受到一个向轨迹中心的向心力。
这使得电荷在曲线上的运动具有向心加速度的特征。
6. 磁场对静止电荷的作用磁场对静止电荷的作用力为零。
这是因为洛伦兹力的大小与电荷的速度有关，而静止的电荷速度为零，因此洛伦兹力也为零。
磁场只对运动中的电荷产生作用。
7. 磁场对带电粒子的运动轨迹的影响磁场对带电粒子的运动轨迹产生明显的影响。
在强磁场的作用下，带电粒子将受到明显的偏转，形成类似于螺旋线状的轨迹。
这种现象在粒子加速器以及磁共振成像技术中得到了广泛应用。
8. 磁场对电流的作用电流也是由运动电荷产生的，因此磁场也对电流产生作用。
根据安培定律，电流在磁场中受到的力的大小与电流强度、导线长度以及磁场的强度和方向有关。
磁场对电流的作用可用于磁力计、电动机、发电机等各种电磁设备中。
磁场对运动电荷的作用力
磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力：磁场力，是磁场对其中运动电荷和电流的作用力。
磁场力包括洛仑兹力和安培力。
磁场对运动电荷作用力称为洛仑兹力，磁场对电流的作用力称为安培力。
洛仑兹力既垂直于磁场方向又垂直于电荷运动方向，安培力既垂直于磁场方向又垂直于电流方向。
可以用左手定则判断磁场力的方向。
磁场力包括磁场对运动电荷作用的洛仑兹力和磁场对电流作用的安培力，安培力是洛仑兹力的宏观表现。
磁场力现象中涉及3个物理量的方向：磁场方向、电荷运动方向、洛仑兹力方向；或磁场方向、电流方向、安培力方向。
用左手定则说明3个物理量的方向时有一个前提，认为磁场方向垂直于电荷运动方向或磁场方向垂直于电流方向。
不少同学认为，根据左手定则知道其中任意2个量的方向可求出第3个量的方向。
一般说，这种看法是不正确的；事实是，磁场方向不一定垂直于电荷运动方向或电流方向，它们之间的夹角可以是任意的。
能肯定的是：洛仑兹力一定既垂直于磁场方向又垂直于电荷运动方向，洛仑兹力垂直于磁场B和电荷运动速度v所决定的平面。
安培力一定既垂直于磁场方向又垂直于电流方向，安培力垂直于B和I所决定的平面，不应该忽视一个重要事实：B与v或I平行时，洛仑兹力或安培力都不存在。
因此，当B⊥v或B⊥I时，可以用左手定则表述3个物理量方向间的关系。
这时，知道任意2个物理量的方向可求出第3个物理量的方向。
当B与v或B与I不垂直时，根据B与v的方向或B与I的方向，可确定洛仑兹力f或安培力F的方向，但是，根据v、f的方向或I、F的方向不确定B的方向；根据B、f的方向或B、F的方向不能确定v或I的方向。
这2种问题若有确定的解必须补充条件。
磁场力包括两种，一种是磁场对通电导线的作用力，另一种是磁场对运动电荷的作用力。
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第十一章
磁场
【例1】
如图所示，矩形区域Ⅰ和Ⅱ内分别存在方
向为垂直于纸面向外和向里的匀强磁场 (AA′ 、 BB′ 、 CC′ 、 DD′ 为磁场边界，四者相互平行 ) ．磁感应强度的大小均 为 B. 矩形区域的长度足够长，磁场宽度与 BB′ 、 CC′ 之间
(
大小
F＝qvB(适用v⊥B的情况)
F＝qE
可能做正功，可能做负 功，也可能不做功
做功 一定不做功 情况
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第十一章
磁场
二、带电粒子在匀强磁场中的运动 做
1．若v∥B，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中 匀速直线运动．
2．若v⊥B，带电粒子仅在洛伦兹力作用下，做匀速
圆周运动．运动规律如下：
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产生 磁场中静止电荷、沿磁场方向运动 条件 的电荷不受洛伦兹力 (1)方向由电荷正负、磁场方向以及 电荷运动方向决定，方向之间关系 遵循左手定则 方向 (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)
的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心 (如图甲所
示，图中P为入射点，M为出射点)．
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第十一章
磁场
(2) 已知入射方向、入射点和出射点的位置时，可以 通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作 其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨迹的圆心 ( 如图 乙所示，P为入射点，M为出射点)．
用
B．放置在磁场中的通电导线，一定受到安培力作用 C．洛伦兹力对运动电荷一定不做功 D．以上说法均不正确
(
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第十一章
磁场
【解析】
无论是安培力还是洛伦兹力，都与方向
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有关，当导线平行于磁场放置时，通电导线不受安培力作 用．同样，当电荷速度方向平行于磁场时，也不受洛伦兹 力作用，故A、B错误．由于洛伦兹力的方向始终与速度
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α α t＝ T(或 t＝ T)． 360° 2π
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第十一章
磁场
5．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解 题法——三步法 (1) 画轨迹：即确定圆心，用几何方法求半径并画出 运动轨迹．
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第十一章
磁场
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(1)粒子的比荷q/m； (2)磁场区域Ⅰ和区域Ⅱ的宽度d；
(3)速度为v0时的粒子从O1到DD′所用的时间．
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第十一章
磁场
【解析】
(1) 若粒子的速度小于某一值时，粒子不
C．离子从磁场中获得能量 D．离子从电场中获得能量
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第十一章
磁场
【解析】
离子从加速器的中间位置进入加速器，
最后由加速器边缘飞出，所以 A对， B错．加速器中所加
的磁场是使离子做匀速圆周运动，所加的电场由交流电提
供，它用以加速离子．交流电的周期与离子做圆周运动的 周期相同．故C错，D对． 【答案】 AD
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运动的时间为(
)
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第十一章
磁场
2πr A. 3v0
2 3πr B. 3v0
3πr πr C. D. 3v0 3v0 【解析】 由∠AOB＝120° 可知，弧 AB 所对圆心角 θ
1 πm ＝60° ，故 t＝ T＝ ，但题中已知条件不够，没有此项选 6 3qB 择，另想办法找规律表示 t.由匀速圆周运动 t＝ AB /v0，从图 3 π 中分析有 R＝ 3r，则 AB ＝R· θ＝ 3r× ＝ πr，则 t＝ AB 3 3 3πr /v0＝ .D 项正确． 3v0
磁场和照相底片等组成．
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第十一章
磁场
(2) 原理：粒子由静止在加速电场中被加速，根据动
1 2 qU＝ mv 能定理 2 可知进入磁场的速度
v＝
2qU m
.
粒子在磁场中受洛伦兹力偏转，做匀速圆周运动，根据牛 mv 2 顿第二定律， qBv ＝ .由以上几式可得出需要研究的 r 物理量，如：粒子轨迹半径、粒子质量、比荷等．
(2) 找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联
系，偏转角度与圆心角、入射方向、出射方向相联系，在 磁场中运动的时间与周期相联系． (3) 用规律：即牛顿第二定律和圆周运动的规律，特 别是周期公式、半径公式．
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第十一章
磁场
【特别提醒】(1)刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在 磁场中运动的轨迹和边界相切． (2)当速度一定时，弧长越长，圆心角越大，则带电粒子 α s 在磁场中运动的时间越长，可由 t＝ T 或 t＝ (s 为弧长)来 v 2π 计算 t. (3)在同一磁场中，同一带电粒子的速率 v 变化时，T 不 变，其运动轨迹对应的圆心角越大，运动时间越长．
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第十一章
磁场
【特别提醒】 带电粒子只有在垂直于磁感线方向进 入匀强磁场时，才能做匀速圆周运动，其运动半径和粒子 的速度有关，其周期和粒子的速度无关． 三、洛伦兹力应用实例
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的距离相同．某种带正电的粒子从 AA′上的O1处以大小不
同的速度沿与 O1A成α＝30°角进入磁场(如图所示，不计 粒子所受重力 ) ．当粒子的速度小于某一值时，粒子在区 域Ⅰ内的运动时间均为 t0；当速度为 v0时，粒子在区域Ⅰ 内的运动时间均为t0/5.求：
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第十一章
磁场
(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如下图所示)
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第十一章
磁场
3．半径的确定 用几何知识(勾股定理、三角函数等)求出半径大小．
4．运动时间的确定
粒子在磁场中运动一周的时间为 T，当粒子运动的圆 弧所对应的圆心角为α时，其运动时间由下式表示：
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2．带电粒子在不同边界磁场中的运动
(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如下图所示)
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第十一章
磁场
(2)平行边界(存在临界条件，如下图所示)
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第十一章
磁场
3．劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理 如右图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成， 其间留有空隙，下列说法正确的是( ) A．离子由加速器的中心附近进入加速器
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B．离子由加速器的边缘进入加速器
第十一章
磁场
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第十一章
磁场
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第十一章
磁场
●知识回顾 一、洛伦兹力 1 ． 定义： 运动电荷受到的磁场的作用力叫洛伦兹 力．
v 的方向，又垂直于磁感应强度 B 的方向，即洛伦兹力的
方向总是垂直于B、v方向所决定的平面． (2)洛伦兹力总是与速度v垂直，故洛伦兹力对运动电 荷不做功．
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第十一章
磁场
5．洛伦兹力与安培力的关系 安培力是洛伦兹力的宏观表现，但各自的表现形式 不同，洛伦兹力对运动电荷永远不做功，而安培力对通电 导线可做正功，可做负功，也可不做功．
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第十一章
磁场
A．垂直于纸面向内 B．垂直于纸面向外 C．平行于纸面向上 D．平行于纸面向下
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【解析】
【答案】
电子受到的洛伦兹力的方向向上，由左