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第一章 安培力与洛伦兹力
1.2 磁场对运动电荷的作用力
目
录
CONTENTS
1 学习目标
2 新课导入
3 新课讲解
4 当堂小练
1.会判断洛伦兹力的方向. （重点）
2.会计算洛伦兹力的大小. （重点）
3.了解显像管的基本构造及工作的基本原理.
学习目标
导体中运动电荷会受磁场力的作用吗？
I
FA
电流是如何形成的？
+
+
+
+
+
+
v
新课导入
阴极射线管接高压电源时，阴极会发射电子
电子通过狭缝后形成一个扁平的电子束
电子束掠射到荧光板上，显示出电子束的径迹
新课讲解
阴极射线管中的电子束在磁场中发生偏转
磁场对运动电荷有力的作用
安培力
洛伦兹力
磁场对电流的作用
磁场对运动电荷的作用
因
果
微观解释
宏观表现
安培力是洛伦兹力的宏观表现
洛伦兹力是安培力的微观解释
2、安培力与洛伦兹力的关系：
一、洛伦兹力的方向
1、定义：磁场对运动电荷的作用力
左手定则：
负电荷受力方向与正电荷受力方向相反
2、方向：
手掌
垂直磁感线
四指
正电荷运动方向
拇指
正电荷受力方向
v
F
v
F
3、特点：
（1）F⊥B，F⊥v，F垂直于B、v共同确定的平面，但B与v不一定垂直．
（2）洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，洛仑兹力对运动电荷不做功
试判断下列图中各带电粒子所受洛伦兹力的方向、或带电粒子的电性、或带电粒子的运动方向。
v
F洛
F洛
B
垂直于纸面向里运动
B
v
B
v
F洛
B
+
v
B
v
B
洛仑兹力垂直于纸面向外
-
F洛=0
F洛=0
课堂小练
安培力
洛伦兹力
I
FA
v
F洛
F洛
F洛
F洛
F洛
F洛
宏观
微观
FA=N·F洛
二、洛伦兹力的大小
安培力是洛伦兹力的宏观表现:大量运动电荷受力
洛伦兹力是安培力的微观本质:一个运动电荷受力
探究洛伦兹力大小的表达式：
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
（1）电流强度I。
（2）通电导线所受的安培力。
（3）这段导线内的自由电荷数。
（4）每个电荷所受的洛伦兹力。
F洛 =qvB
导线中的电流 I=nqsv
所受到的安培力 FA=BIL=BnqsvL
运动电荷的总数 N=nsL
单个运动电荷所受到的作用力 即
V
问题：若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢 ？
B1
B2
总结
（1）当v//B时：
（2）当 v⊥B时：
F洛=qvB
F洛=0
（3）当v既不∥B，又不⊥于B时：
（分解B或v）
F洛=qvBsinθ
洛伦兹力与电场力的比较
项目 洛伦兹力 电场力
性质 磁场对在其中运动的电荷的作用力 电场对放入其中电荷的作用力
产生条件 v≠0且v不与B平行 电场中无论电荷处于何种状态F≠0
大小 F＝qvB(v⊥B) F＝qE
方向 满足左手定则，F⊥B，F⊥v 正电荷受力方向与电场方向相同，负电荷受力方向与电场方向相反
做功情况 任何情况下都不做功 可能做正功、负功，也可能不做功
作用效果 只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小 既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向
三、电子束的磁偏转
洛伦兹力的方向与粒子的运动速度方向垂直，当粒子在磁场中运动时，因受到洛伦兹力的作用，就会发生偏转。显像管电视机中就应用了电子束磁偏转的原理
1、电视显像管的工作原理
2、主要构造:电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等
3、思考与讨论：
（1）若要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的Ａ点，偏转磁场应该沿什么方向？
（2）若要使电子束打在Ｂ点，磁场应该沿什么方向？
（3）若要使电子束打在荧光屏上的位置由Ｂ逐渐向Ａ点移动，偏转磁场应该怎样变化？
垂直纸面向外
垂直纸面向里
先垂直纸面向里并逐渐减小，然后垂直纸面向外并逐渐增大。
地球周围空间有地磁场，两极强，中间弱
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
地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，对宇宙射线起了一定的阻挡作用
生活实例：极光
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1、速度选择器(1)如图所示，带电粒子所受重力可忽略不计，粒子在两板间同时受到电场力和洛伦兹力，只有当二力平衡时，粒子才不发生偏转，沿直线从两板间穿过．
(2)粒子受力特点：
①不计重力．
②同时受方向相反的电场力和磁场力作用．
几种常见的复合场问题
(3)粒子匀速通过速度选择器的条件：速度选择器两极板间距离极小，粒子稍有偏转，即打到极板上．只有电场力和洛伦兹力平衡时，即qE＝qvB， 时，粒子才能沿直线匀速通过．
(4)速度选择器的特点：
①速度选择器对正、负电荷均适用．
②速度选择器中的E、B的大小和方向都具有确定的关系，改变其中任意一项，所选速度都会发生变化．
③通过速度选择器的粒子的速度大小和方向都是确定的，如果图中粒子从右侧进入会受到相同方向的电场力和洛伦兹力而打到板上．所以速度选择器选择的是速度而不是速率．
④从功的角度看，由于带电粒子的运动方向与电场力及磁场力方向垂直，故电场力、磁场力都对运动粒子不做功．
1.(多选)不计重力的负粒子能够在如图所示的正交匀强电场和匀强磁场中匀速直线穿过．设产生匀强电场的两极板间电压为U，距离为d，匀强磁场的磁感应强度为B，粒子带电荷量为q，进入速度为v，以下说法正确的是(　　)
A．若同时增大U和B，其他条件不变，则粒子一定能够沿直线穿过
B．若同时减小d和增大v，其他条件不变，则粒子可能沿直线穿过
C．若粒子向下偏，且能够飞出极板间，则粒子动能一定减小
D．若粒子向下偏，且能够飞出极板间，则粒子的动能有可能不变
BC
课堂小练
2、目前,世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机,如图所示表示了它的发电原理:将一束等离子体喷射入磁场,磁场中有两块金属板A、B,这时金属板上就会聚集电荷,产生电压。如果射入的等离子体的初速度为v,两金属板的板长(沿初速度方向)为L,板间距离为d,金属板的正对面积为S,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于离子初速度方向,负载电阻为R,电离气体充满两板间的空间,当发电机稳定发电时,电流表的示数为I,那么板间电离的气体电阻率为（ ）
A
解析：发电机稳定工作时,离子所受电场力等于洛伦兹力 得:U=Bdv,又 ,R1为板间电离气体的电阻,且 ,联立得到电阻率ρ的表达式为： 。故正确答案为A。
1、如图所示，一个带负电q的带电小球处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，若带电小球的质量为m，为了使它对水平绝缘面正好无压力，应该(　　)
C
随堂练习
A．使B的数值增大
B．使磁场以速率 向上移动
C．使磁场以速率 向右移动
D．使磁场以速率 向左移动
2、质量为0.1 g的小物块，带有5×10－4 C的电荷量，放在倾角为30°的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于0.5 T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取10 m/s2)问：(1)物块带电性质如何？(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？
3、(多选)如图所示，光滑绝缘杆固定在水平位置上，使其两端分别带上等量同种正电荷Q1、Q2，杆上套着一带正电小球，整个装置处在一个匀强磁场中，磁感应强度方向垂直纸面向里，将靠近右端的小球从静止开始释放，在小球从右到左的运动过程中，下列说法中正确的是(　　)
A．小球受到的洛伦兹力大小变化，但方向不变B．小球受到的洛伦兹力将不断增大C．小球的加速度先减小后增大D．小球的电势能一直减小
AC
4、如图所示，带电小球以一定的初速度v0竖直向上抛出，能够达到的最大高度为h1；若加上水平方向的匀强磁场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h2；若加上水平方向的匀强电场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h3；若加上竖直向上的匀强电场，且保持初速度仍为v0，小球上升的最大高度为h4，如图所示。不计空气阻力，则下列说法正确的是(　　)
A．一定有h1＝h3 B．一定有h1＜h4
C．一定有h2＝h4 D．一定有h1＝h2
A

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