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1.2磁场对运动电荷的作用力
为什么极光只在地球南北两极出现？
从宇宙深处射来的带电粒子在地球的两极引起极光
回 顾
1、磁场对通电导线的作用力的大小和方向是怎样的？
2、电流是如何形成的？
磁场对运动着的电荷有作用力吗？
电荷的定向移动形成的
大小：F＝ILBsinθ
方向：左手定则
I
F
B
抽成真空的玻璃管左右两个电极分别连接到高压电源两极时，阴极会发射电子。电子在电场的加速下飞向阳极。
没有磁场时，接通高压电源，可以观察到什么现象？
阴极射线管
磁场对运动电荷有作用力吗
抽成真空的玻璃管左右两个电极分别连接到高压电源两极时，阴极会发射电子。电子在电场的加速下飞向阳极。
没有磁场时，接通高压电源，可以观察到什么现象？
阴极射线管
光束实质上是什么？
若在电子束的路径上加磁场，猜测可以观察到什么现象？
磁场对运动电荷有作用力吗
F
v
F
v
磁场对运动电荷有作用力吗
【实验现象 】
在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。
【实验结论 】
磁场对运动电荷有力的作用。
磁场对运动电荷的作用力
叫做洛伦兹力
磁场对运动电荷有作用力吗
洛伦兹（1853—1928）
洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，洛伦兹创立了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，1902年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹，荷兰政府决定从1945年起，把他的生日定为“洛伦兹节”。
洛伦兹力的方向
左手定则
v
v
伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内。
若为负电荷
F
F
把手放入磁场中，让磁感线穿过手心，四指指向正电荷运动的方向。
拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。
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
洛伦兹力的方向如何判断？
若为正电荷
洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向及磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面．即F、B、v三个量的方向关系是：
F⊥B，F⊥v，但B与v不一定垂直。
洛伦兹力的方向
洛伦兹力会对电荷做功吗？
洛伦兹力恒不做功
安培力与洛伦兹力的关系
(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，但不能简单地认为安培力就等于所有定向移动的电荷所受洛伦兹力的合力，只有当导体静止时才能这样认为。　
(3)洛伦兹力对电荷恒不做功，但安培力却可以对通电导线做功，可见安培力与洛伦兹力既有联系，也有区别。
练习与应用
试判断下列各图中带电粒子刚进入磁场时受到的洛伦兹力的方向
A．粒子a一定带正电
B．粒子b一定带正电
C．粒子c一定带正电
D．粒子b一定负电
三种不同粒子a、b、c从O点沿同一方向在垂直纸面向里的匀强磁场中的运动轨迹分别如图所示，则(　　)
练习与应用
【解答】A　由图知，粒子a受力向左，据左手定则可知，粒子a带正电，故A正确；粒子b未发生偏转，所以不带电，故B、D错误；粒子c受力向右，由左手定则知，粒子c带负电，故C错误，故选A。
洛伦兹力的方向
安培力的左手定则
洛伦兹力的左手定则
安培力和洛伦兹力有何联系？
洛伦兹力的本质
????
?
????
?
安培力是洛伦兹力的宏观体现
洛伦兹力是安培力的微观描述
既然安培力是洛伦兹力的宏观表现，那么我们是否 可以由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式?
（1）通电导线中的电流
（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
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：
洛伦兹力的大小
洛伦兹力的大小
电荷量为 q 的粒子以速度 v 运动时，如果速度方向与磁感应强度 B 的方向垂直(图 1.2-4)，那么粒子受到的洛伦兹力大小为:
????=????????????
?
若此电荷不垂直射入磁场，受到的洛伦兹力大小又是怎样的呢 ？
洛伦兹力的大小
v
B1
B2
洛伦兹力的大小
v
v1
v2
????=????????????????????????????
?
????为B与V的夹角
?
洛伦兹力的大小
电荷运动的方向与磁场的方向夹角为θ 时(图 1.2-5)，电荷所受的洛伦兹力为 ：
????=????????????????????????????
?
????=0度时
?
????=90度时
?
F=0
F=qvB
洛伦兹力和电场力的比较：
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}比较项目
洛伦兹力F
电场力F
性　　质
产生条件
大　　小
磁场对在其中运动电荷的作用力
电场对放入其中电荷的作用力
v≠ 0且v不与B平行
电场中的电荷一定受到电场力作用
F ＝qvBsin????
?
F ＝qE
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}力方向与场
方向的关系
做功情况
力F为零时
场的情况
作用效果
一定是F⊥B，F⊥v
正电荷与电场方向相同，负电荷与电场方向相反
任何情况下都不做功
可能做正功、负功或不做功
F为零，B不一定为零
F为零，E一定为零
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
带电粒子沿图示路径通过速度选择器时，受力平衡，有：
????????=????????????
所以：????=????????
?
练习
【答案】D
【解析】由安培定则可判断阴极射线管所在处的磁场方向垂直纸面向外，根据左手定则判断阴极射线在磁场中受洛伦兹力方向向上，故D正确，A、B、C错误。
?
2.如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线将( )
A．向纸内偏转
B．向纸外偏转
C．向下偏转
D．向上偏转
????
?
一种用磁流体发电的装置如所 示。平行金属板 A、B 之间有一个很强的磁场，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有 大量正、负带电粒子)喷入磁场，A、B 两板间便产生电压。如果把 A、B 和用电器连接，A 、B 就是一个直流电源的两个电极。
A、B 板哪一个是电源的正极 ?
(2)若 A、B 两板相距为 d，板间的磁场 按匀强磁场处理，磁感应强度为 B，等离子体 以速度 v 沿垂直于 B 的方向射入磁场，这个发 电机的电动势是多大?
答案（1）B板是电源的正极。
（2）当外电路断开时，在洛伦兹力的作用下，带正、负电的
粒子分别向B板和A板运动，在A、B之间形成竖直向上的电
场，电荷堆积越多，两板间电压越大，场强也越大，直到带电粒子受到的电场力与洛伦兹力平衡，即qE=qvB时，带电粒子做匀速直线运动，此时E=vB，两极板间的电压为U=Ed=Bdv，这就是该发电机的电动势大小。
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.
电子束的磁偏转
电子枪
电子束
荧光屏
偏转线圈
????
?
????
?
????
?
原理图
电子束的磁偏转
电子束的磁偏转
电视显像管的工作原理
（1）如果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）如果要使电子束打在B 点，偏转磁场应该沿什么方向？
（3）如果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
先垂直纸面向外并逐渐减小，然后垂直纸面向里并逐渐增大。
实际上，在偏转区水平方向和竖直方向都有偏转磁场。这样光点就可以移动，这技术叫扫描。
电子束从最上一行到最下一行扫描一遍，叫做一场，电视机每秒要进行50场扫描，由于人的“视觉暂留”，我们感觉到整个屏幕都在发光。
电视显像管的工作原理
视频：显像管电视机的场扫描
为什么极光只在地球南北两极出现？
极光是地球周围的一种大规模放电的过程。 来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球磁场迫使其中一部分沿着磁场线集中到南北两极。 当他们进入极地的高层大气（大于80km）时，与大气中的原子和分子碰撞并激发，能量释放产生的光芒形成围绕着磁极的大圆圈，即极光
挑战练习
5．从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线中含有大量的高能带电粒子。这些高能带电粒子到达地球会对地球上的生命带来危害，但由于地球周围存在地磁场，地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，如图所示，对地球上的生命起到保护作用。假设所有的宇宙射线从各个方向垂直射向地球表面，那么以下说法正确的是（　　）
A．地磁场对宇宙射线的阻挡作用各处都相同
B．由于南北极磁场最强，因此阻挡作用最强
C．沿地球赤道平面垂直射来的高能正电荷向东偏转
D．沿地球赤道平面垂直射来的高能负电荷向南偏转
C

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