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(共22张PPT)
§1.21 磁场对运动电荷的作用力
(方向、大小)
物理 选择性必修 第二册
第一章 安培力与洛伦兹力
课前练：一段粗细均匀的导体, 两端加一定的电压, 设导体的横截面积为S , 自由电子数密度(单位体积内的自由电子数)为n ,自由电子定向移动的平均速率为v , 电子电荷量绝对值为e , 求导体中电流的表达式
I = neSv
知识回顾
一. 安培力的方向、大小？
2. 当B⊥I 时, F=BIL
3. 当B∥I 时, F=0
4. 当B与I成角时, F=BILsinθ
F 垂直于B、I 所决定的平面
1. 方向：左手定则
二、电流是怎样形成的？方向？
三、磁场对运动电荷有作用力吗？
如果有，力的方向和大小又是怎样的呢？
实验演示：观察电子束在磁场中的偏转(阴极射线管)
思考: 电子流的偏转说明了什么？
画出磁场方向、电子速度方向、等效电流方向、受力方向，
分析其方向关系
一、洛伦兹力的方向
1. 定义：运动电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力。
2. 洛伦兹力的方向：
安培力是洛伦兹力的宏观表现
洛伦兹力是安培力的微观本质
实验表明运动的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向, 与运动方向和磁感应强度的方向都垂直。
2. 洛伦兹力的方向：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个平面内; 让磁感线从掌心垂直进入, 并使四指指向正电荷运动的方向, 这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。
一、洛伦兹力的方向
2．试判断图示的带电粒子刚进入磁场时所受到的洛伦兹力的方向。
教材 第12页
1. 设静止导线中定向运动的带电粒子的速度都是v, 单位体积内的粒子数为n。算出图1.2-3中一段导线中的粒子数, 这就是在时间t 内通过横截面S的粒子数。粒子的电荷量记为 q , 由此可以算出q与电流 I 的关系。
2. 写出这段长为 vt 的导线所受的安培力 F 安。
3. 求出每个粒子所受的力, 它等于洛伦兹力F洛。这时, 许多中间量, 如 n、 S、 t 等都应不再出现。
推导时仍然可以认为做定向运动的电荷是正电荷, 所得结果具有普遍性。
如何由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式？建议你沿以下逻辑线索思考。
二、洛伦兹力的大小
当B⊥v 时,
F = qvB
二、洛伦兹力的大小
(1). 当B⊥v 时, F = qvB
(2). 当B∥v 时, F =0
(3). 当B与v成角时, F = qvBsinθ
1. 洛伦兹力的计算公式
2. 洛伦兹力F＝qvBsin θ 的大小理解
(1). 当v⊥B, F＝qvB , 洛伦兹力最大
(2). 当v∥B 时, F＝0 , 不受洛伦兹力
(3). 当电荷静止时( v =0 ): F洛＝0 (磁场对静止电荷不产生力的作用)
3. 洛伦兹力特点
(1). 只改变运动电荷速度的方向, 不改变大小。
(2). 洛伦兹力不做功。
请从洛伦兹力的方向与速度方向的关系思考洛伦兹力有哪些的特点？
洛伦兹力与电场力比较
洛伦兹力与电场力比较
洛伦兹力 电场力
性质
产生 条件
方向
大小
做功 情况
洛伦兹力与电场力比较
磁场对在其中
运动的电荷有作用力
v≠0，且v不与B平行
左手定则
F⊥Bv平面
F洛 = qvBsin θ
一定不做功
电场对放入其中的
电荷有作用力
电场中的电荷无论静止，
还是运动都要受到电场力
正电荷受力方向与场强方向一致
负电荷受力方向与场强方向相反
F＝qE
可能做正功，可能做负功，
也可能不做功
总结：磁场的性质
①对磁极有力的作用：
②对通电导线有力的作用：
③对运动电荷有力的作用：
小磁针N极的受力方向
F安⊥ B、I 所决定平面
F安=ILBsinθ
B：匀强磁场
L：始末两点间有效长度
θ ：B与IL间的夹角
F洛⊥ B、v 所决定平面
F洛=qvBsin
1．电子的速率v=3.0×106m/s，沿着与磁场垂直的方向射入B=0.10T的匀强磁场中，它受到的洛伦兹力是多大？
4.8×10-14N
教材 第12页
2. 在氢原子内, 氢原子核与电子之间的最短距离为 5.3×10-11m。
试比较氢原子核与电子之间的静电力和万有引力。
[针对训练1] 带电粒子(不计重力)穿过饱和蒸汽时，在它经过的路径上饱和蒸汽便凝成小液滴，从而显示了粒子的径迹，这是云室的原理，如图所示是云室中拍摄的照片，云室中加了垂直于照片向外的匀强磁场，图中Oa、Ob、Oc、Od是从O点发出的四种粒子的径迹，下列说法正确的是( )
A．四种粒子都带正电
B．四种粒子都带负电
C．打到a、b点的粒子带正电
D．打到c、d点的粒子带正电
D
1．(洛伦兹力的方向)每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来，地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对保护地球上的生命有着十分重要的意义．假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将( )
A．向东偏转 B．向南偏转
C．向西偏转 D．向北偏转
A
课堂小结: 磁场对运动电荷的作用力
一、洛伦兹力的方向：左手定则
二、洛伦兹力的大小
(1). 当B⊥v 时, F = qvB
(2). 当B∥v 时, F =0
(3). 当B与v成角时, F = qvBsinθ
三. 洛伦兹力特点
(1). 只改变运动电荷速度的方向, 不改变大小。
(2). 洛伦兹力不做功。
(3). 洛伦兹力与电场力比较
2．(静电力与洛伦兹力)关于电荷所受静电力和洛伦兹力，下列说法正确的是( )
A．电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用
B．电荷在电场中一定受静电力作用
C．电荷所受静电力一定与该处电场方向一致
D．电荷所受洛伦兹力不一定与磁场方向垂直
B
3．(洛伦兹力的大小)两个带电粒子以相同的速度垂直于磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1∶4，电荷量之比为1∶2，则两带电粒子所受洛伦兹力之比为( )
A．2∶1 B．1∶1
C．1∶2 D．1∶4
C
5．我们已经知道，垂直于匀强磁场磁感线的通电导线所受的安培力，由此，我们用来定义磁感应强度。同样，运动方向垂直于匀强磁场磁感线的带电粒子所受的洛伦兹力，由此也可以用洛伦兹力来定义磁感应强度，这样得到磁感应强度的定义式是怎样的？把这个定义式与电场强度的定义式进行对比，这两个定义式的差别在哪里？通过对这两个定义式的对比，你能获得哪些认识？

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