运动电荷在磁场中所受的力

【猜想】磁场可能对运动电荷有力的作用。
探究一:磁场是否对运动电荷也有作用力呢?
演 示 ： 阴 极 射 线 在 磁 场 中 的 偏 转
思考与讨论：在这个实验当中观察到了什么现象？ 根据这个现象能得出什么结论？
实验现象：
实验现象：没有加磁场时，电子束直线前进； 加了磁场后，电子束的运动径迹发生弯曲。
v⊥B，F洛=qvB v与B成θ时，F洛=qvBsinθ
2、洛伦兹力的方向：左手定则
v⊥ v∥
F洛⊥B F洛⊥v F洛⊥vB平面
3、洛伦兹力的效果：只改变运动电荷速度的方 向，不改变运动电荷速度的大小。
重要结论：洛伦兹力永远不做功！
四、电视显像管的工作原理
思考以下问题： 1、电子束打在荧光屏上的A点， 偏转磁场的方向？ 2、电子束打在荧光屏上的B点， 偏转磁场的方向？ 3、使电子束打在荧光屏上的位 置由B逐渐向A移动，偏转磁场 应怎样变化？
F
例1.试判断下列图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向.带电 粒子的电性或带电粒子的运动方向. v v F v
F
粒子垂直于纸 面向里运动
所受洛伦兹力垂 直于纸面向外
F
三、洛伦兹力的大小
设有一段长为L，横截面积为S的直导线，单位体 积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q， 自由电荷定向移动的速率为v。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
电视显像管中的扫描
在电视显像管的偏转区 中存在水平方向和竖直方向 强弱和方向都在不断变化的 偏转磁场，于是，电子枪发 出的电子束在荧光屏上的发 光点不断移动，对图像进行 扫描，扫描的路线如图所示， 从a开始，逐行进行，直到b， 且每秒要进行50场扫描，结 果，我们就感觉到荧光屏上 整个都发光了。
例2.绕有绝缘的通电导线的铁环，电流方向如图 所示，若有一电子束以垂直于纸面向里的速度从 O点射入，则电子的运动轨迹？
2．磁流体发电机
磁流体发电机原理示意图如图所示，A、B 为平行金属板，板间 有竖直方向的匀强磁场．让等离子体沿平行板高速射入，在洛伦兹力 作用下，正、负离子将向 B、A 板偏转，在两板间产生了电势差，形 成了电场，当离子受到的静电力等于洛伦兹力时，离子不再偏转，两 极板间形成稳定的电势差 U，设离子的速度为 v，所带的电荷量为 q， U 磁感应强度为 B， 板间距离为 d， 由 F 电＝F 洛得 qE＝qvB， 即 q d ＝qvB， 故 U＝Bdv.
B B B B
向右 偏转
向左 偏转
向下 偏转
向上 偏转
太阳磁暴
地磁场的磁层分布图
宇宙射线
从太阳或其他星体上，时刻 都有大量的高能粒子流放出，称 为宇宙射线。这些高能粒子流若 都到达地球，将对地球上的生物 带来危害。但由于地球周围存在 磁场，在洛伦兹力的作用下，改 变了宇宙射线中带电粒子的运动 方向，从而对宇宙射线起了一定 的阻挡作用。
d 当外电路断开时，电源电动势 E＝U＝Bdv，电源内阻 r＝ρ . S 当外电路接通时，R 中的电流为 E Bdv BdvS I＝ ＝ d ＝RS＋ρd. R＋r R＋ρS
S
N
速度选择器 例 3、如图为速度选择器示意图，若使之正常工作，则以下叙述 C 正确的是( ) A．P1 的电势必须高于 P2 的电势 B．从 S2 出来的只能是正电荷，不能是负电荷 C．如果把正常工作时的 B 和 E 的方向都改变为原来的相反方 向，选择器同样正常工作 D．匀强磁场的磁感应强度 B、匀强电场的电场强度 E 和被选择 的速度 v 的大小应满足 v＝BE
v f
2、若是负电荷，则四指指向负电荷 运动的反方向，那么拇指所指的方 向就是负电荷所受洛伦兹力的方向。
洛伦兹力的方向
左手定则
v
洛伦兹力的方向：既跟磁场方 向垂直F⊥B，又跟电方荷的运动方 向垂直F⊥v，故洛伦兹力的方向总 是垂直于磁感线和运动电荷所在的 平面，即：F安⊥Bv平面
F
伸开左手： 磁感线（或者有效分量）——垂直穿入手心 四指—— ①指向正电荷的运动方向 v ②指向负电荷运动的反向 大拇指—— 所受洛伦兹力的方向
例3.来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直 的方向射向赤道上空的某一点，则这些质 子在进入地球周围的空间时，将( B) A.竖直向下沿直线射向. B.相对于预定地面向东偏转. C.相对于预定点稍向西偏转. D.相对于预定点稍向北偏转.
五、洛伦兹力的其他应用
2．速度选择器 (1)平行板中电场强度 E 和磁感应强度 B 方向互相垂直．这种装 置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器．
实验结论：
阴极射线管中的电子束在磁场中发生偏 转，磁场对运动电荷确实存在作用力．
洛伦兹力
一、洛伦兹力(Lorentz force) 1、定义：运动电荷在磁场中受到的作用力
2.洛伦兹力与
安培力的关系
安培力是洛伦兹力的宏观表现，
洛伦兹力是安培力的微观表现.
二、洛伦兹力的方向、左手定则
f v
1、 伸开左手，使拇指和其余四个手 指垂直且处于同一平面内，让磁感线 垂直穿过手心，使四指指向正电荷运 动的方向，这时拇指所指的方向就是 正电荷所受洛伦兹力的方向 。
[解析] (1)由左手定则可判定上板为正极板． U (2)对于匀速穿过磁场的离子：evB＝Ee，其中 E＝ ，所以发电 d 机的电动势为 E 电＝Bdv. [答案] (1)上板 (2)Bdv 点评： 速度选择器和磁流体发电机的解决问题的方法都是电场力
和洛伦兹力平衡问题，列平衡方程来求解 v 或 U.
磁流体发电机 例 4、如图所示为磁流体发电机的示意图，假设板间距离为 d， 磁感应强度为 B，正、负离子的电荷量为 e，射入速度为 v，外 接电阻为 R.试问：
(1)图中哪个板是正极板？ (2)发电机的电动势是多少？
[思路点拨]
电源的电动势等于电源未接入电路时两板的电压，
所以磁流体发电机的电动势等于两极板未接电路时两板电压．
(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是 qE＝qvB， E 即 v＝ . B
(3)从力的角度看：静电力与洛伦兹力平衡，即 Eq＝Bqv0. E (4)从速度的角度看：v0 的大小等于 E 与 B 的比值，即 v0＝B.可知 速度选择器只对选择的粒子速度有要求，而对粒子的质量、电荷量大 小及正、负无要求． E (5)当 v>B时，粒子向 F′方向偏转，F 做负功，粒子的动能减小， 电势能增大． E (6)当 v<B时，粒子向 F 方向偏转，F 做正功，粒子的动能增大， 电势能减小．
观看极光视频
【思考】从宇宙深处射来的带电粒子为 什么只在地球的两极引起极光？
选修3-1第三章 磁场
回顾复习：
1、安培力的定义： 磁场对通电导线的作用力 方向的判断： 左手定则 大小的计算：
N S 显示电场线
F＝ILBsinθ
闭合开关
2、电流是如何形成的？
导体中的电流是由电荷的定向移动产生的 磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流是电 荷的定向运动形成的，由此你想到了什么？
四、难点探究
规范答题——带电体在匀强磁场中的运动问题 典例、一个质量为 m＝0.1 g 的小滑块，带有 q＝5×10的光滑斜面上(绝缘)，斜面置于 B＝ 0.5 T 的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图所示，小滑 块由静止开始沿斜面下滑， 其斜面足够长， 小滑块滑至某一位置 时要离开斜面．求：(取 g＝10 m/s2)
（1）通电导线中的电流 I nqvS （2）通电导线所受的安培力
（3）这段导线内的自由电荷数 N （4）每个电荷所受的洛伦兹力
v
F安 BIL B(nqvS) L
I v
F
nSL
v
F安 B(nqvS) L F洛 qvB N nSL
v
洛仑兹力的特点 1、洛伦兹力的大小：
v∥B，F洛=0；
[答案]
(1)带负电
(2)3.46 m/s
(3)1.2 m
以正电荷为例
+
+
典例变式、如图所示，甲是一个带正电的小物块，乙是一个不带 电的绝缘物块，甲、乙叠放在一起静止于粗糙的水平地板上，地 板上方空间有水平方向的匀强磁场． 现用水平恒力 F 拉乙物块， 使甲、 乙无相对滑动地一起水平向左加速运动． 在加速运动阶段 ( D ) A．地面对乙物块的摩擦力逐渐减小 B．甲、乙两物块的加速度逐渐增大 C．乙对甲的摩擦力逐渐增大 D．甲对乙的摩擦力逐渐减小