3.5 磁场对运动电荷的作用力
(洛伦兹力)
复习回顾
方向:
运用左手定则判断安培力的方向
安培力:
1、磁场对通电导线的作用力
大小:
左手定则
θ为B和I
之间的夹角
2、通电导线中的电流是怎样形成的呢?
【思考】既然磁场对电流有力的作用,而电流是由电荷的定向移动形成的.那么磁场是否对运动电荷也有作用力呢?
电荷的定向移动形成的
为什么磁场对通电导线有作用力?
电子射线管的原理:
从阴极发射出来电子，在阴阳两极间的高压作用下，使电子加速，形成电子束，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示电子束的运动轨迹。
让事实说话
实验现象：
在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。
结论：磁场对运动电荷有作用力.
荷兰物理学家，他是电子论的创始人、相对论中洛伦兹变换的建立者，并因在原子物理中的重要贡献（塞曼效应）获得第二届（1902年）诺贝尔物理学奖。被爱因斯坦称为“我们时代最伟大，最高尚的人”。
荷兰物理学家 洛伦兹
(Lorentz， 1853—1928)
运动电荷在磁场中受到的作用力磁场对运动电荷的作用力
磁场对电流有安培力的作用,而电流是由电荷定向运动形成的,且磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用.所以安培力是洛伦兹力的宏观表现.
一、洛伦兹力的定义
为什么磁场对通电导线有作用力?
安培力
洛仑兹力
磁场对电流的作用
磁场对运动电荷的作用
因
果
微观原因
宏观表现
1.判定安培力方向。
2.电流方向和电荷运动方向的关系。
3.安培力方向和洛伦兹力方向的关系。
4.电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系。
想一想
二、洛伦兹力的方向
左手定则：伸开左手,使拇指与其余四指垂直且处于同一平面内;让磁感线从掌心进入,使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
如果是负电荷,我们应如何判定洛伦兹力的方向?
四指的方向
电流的方向
正电荷的运动方向
负电荷运动的反方向
二、洛伦兹力的方向
B
F垂直于纸面向外
F垂直于纸面向外
甲
乙
丙
丁
训练巩固：试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向
B
B
B
1、以相同速度进入同一磁场的 正、负电荷受到的洛伦兹力方向相反
2、洛伦兹力的方向 垂直于v和B组成的平面
心得体会
洛伦兹力大小可能会与哪些因素有关?
当电荷运动方向跟磁场方向垂直时洛伦兹力的大小跟三个因素相关:
1.磁感应强度B
2.电荷量q
3.电荷运动快慢v
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
三、洛伦兹力的大小
(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
单位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T)
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方向垂直,那么粒子所受的洛伦兹力为
(v垂直B)
三、洛伦兹力的大小
问题:若带电粒子不垂直射入磁场,粒子受到的洛伦兹力又如何呢?
B
v
F
θ
V2
V1
当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B方向的夹角为θ，电荷所受的洛伦兹力大小为
单位：F(N)，q(C)，v(m/s), B(T)
三、洛伦兹力的大小
F洛=qvB
=1.60×10-19×3×106×0.10N
=4.8×10-14N
电子的速率v=3×106m/s,垂直射入B=0.10T的匀强磁场中,它受到的洛伦兹力是多大?
课 堂 练 习
解：因为v垂直B,所以所受洛伦兹力大小
当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管,若不计重力,则( )
A．带电粒子
速度大小改变
B．带电粒子速度方向改变
C．带电粒子速度大小不变
D．带电粒子速度方向不变
CD
课 堂 练 习
电荷量为＋q的粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的是( )
A．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同
B．如果把＋q改为-q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小方向不变
C．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直
D．粒子的速度一定变化
B
课 堂 练 习
1、洛伦兹力:磁场对运动电荷的作用力
安培力是洛伦兹力的宏观表现
2、洛伦兹力方向：左手定则
F ⊥V F ⊥ B
3、洛伦兹力大小： F洛=qVBsinθ
V⊥B F洛=qVB
V∥B F洛= 0
根据洛伦兹力的方向与带电粒子运动方向的关系(F⊥V F⊥B) ,请你推测:
1、洛伦兹力对带电粒子运动的速度有什么影响?

2、带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功?
思考与讨论：
洛伦兹力只改变速度的方向,
不改变速度的大小.
洛伦兹力对电荷不做功.
四、洛伦兹力的特点：
2、洛伦兹力只改变速度的方向,
不改变速度的大小.
3、洛伦兹力对电荷总是不做功.
1、洛伦兹力的方向总是既垂直于速度,又垂直于磁场, 即垂直于V和B所组成的平面.
总是:F⊥V F⊥B F⊥SVB
1、电子以初速度V垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,则 ( )
A、磁场对电子的作用力始终不变.
B、磁场对电子的作用力始终不做功.
C、电子的速度始终不变.
D、电子的动能始终不变.
BD
课 堂 练 习
2、一带负电的小滑块从光滑的斜面顶端滑至底端时的速率为V；若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，则它滑至底端时的速率将( )
A、变大
B、变小
C、不变
D、条件不足，无法判断
C
课 堂 练 习
3、将一半径为R的半圆形光滑绝缘滑轨,固定在垂直向里的匀强磁场B中。一带电量+q，质量m的小球在A点无初速释放，沿滑轨运动，求小球第一次经过最低点时对滑轨的压力。
课 堂 练 习
思考与讨论：
带电粒子在磁场中运动时受洛伦兹力.而带电粒子在电场中受电场力.那么洛伦兹力与电场力有何区别?
洛伦兹力和电场力的区别：
受力：电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其运动状态无关；而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用.
2.大小：F电＝qE
F洛=qvBsinθ
3、方向：
电荷所受电场力方向总是平行于电场方向；
电荷所受磁场力方向总是垂直于磁场方向，垂直于运动方向。
4、做功：
电场力对运动电荷要做功(电荷在等势面上运动除外)；
磁场力对运动电荷一定不做功。
1、定义：磁场对运动电荷的作用力
安培力是洛伦兹力的宏观表现
2、方向：左手定则
F ⊥ V F ⊥ B
3、大小： F洛=qVBsinθ
V⊥B F洛=qVB
V∥B F洛= 0
4、特点：洛伦兹力只改变力的方向;
洛伦兹力对运动电荷不做功.
B
1.半导体靠自由电子(带负电)和空穴(相当于带正电)导电, 分为p型和n型两种.p型中空穴为多数载流子;n型中自由电子为多数载流子.用以下实验可以判定一块半导体材料是p型还是n型:将材料放在匀强磁场中.通以图示方向的电流I.用电压表判定上下两个表面的电势高低.从而判定判定一块半导体材料是p型还是n型.试分析原因.
I
若上极板电势高.就是p型半导体;若下极板电势高.就是n型半导体.
霍尔效应
1、构造:
电子枪(阴极)
偏转线圈
荧光屏等
五、电视显像管的工作原理
2、原理：应用电子束磁偏转的原理
五、电视显像管的工作原理

1、要使电子打在A点,偏转磁场应该沿什么方向?
垂直纸面向外
2、要是电子打在B点,偏转磁场应该沿什么方向?
垂直纸面向里
3、要是电子打从A点向B点逐渐移动,偏转磁场应该怎样变化？
先垂直纸面向外并逐渐减小,
后垂直纸面向里并逐渐增大.
五、电视显像管的工作原理
【思考与讨论】
2、原理：应用电子束磁偏转的原理
五、电视显像管的工作原理
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( )
A．竖直向下沿直线
射向地面
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
B
课 堂 练 习
人类首次拍到南北极光“同放光彩”奇景
以正电荷为例
在太阳创造的诸如光和热等形式的能量中，有一种能量被称为“太阳风”。这是一束可以覆盖地球的强大的带电亚原子颗粒流，该太阳风在地球上空环绕地球流动，以大约每秒400公里的速度撞击地球磁场，磁场使该颗粒流偏向地磁极下落，它们与氧和氮的原子碰撞，击走电子，使之成为激发态的离子，这些离子发射不同波长的辐射，产生出红、绿或蓝等色的极光特征色彩，形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区同样可看到这一现象，称之为北极光。
地球磁场
1.在图所示的平行板之间,电场强度E和磁感应强度B相互垂直,具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同.这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来,所以叫做速度选择器.若带正电粒子入射速度 ,则下列说法正确的是( )
A、粒子动能一定增加,电场力做正功
B、粒子所受洛伦兹力一定增大,洛伦兹力做正功
C、粒子动能一定减少, 洛伦兹力不做功
D、电场力不做功,洛伦兹力做正功
+ + + + + + + + + + + +
- - - - - - - - - - - -
B
E
+q
A
课 堂 练 习
试证明：带电粒子具有速度 时，才

能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器。
【知识应用】：
v
3.在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。
（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，该发电机的电动势是多大？
4、如图所示，磁流体发电机是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能。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。
（1）图中A、B板哪一个是发电机的正极。
N
S
N
S
N
S
N
S
沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场的带电粒子，在磁场中将做什么运动?