§3.5 运动电荷在磁场中受到的力
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
B和I之间的方向夹角
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
结论：磁场对运动电荷有作用力.
从宇宙深处射来的带电粒子为什么只在南北两极形成神秘莫测的极光？
思考与讨论
思考与讨论
电视机的内部显像管中，电子枪射出的是一束细细的电子束，为什么整个屏幕都能发光？若在电视机附近放置一个很强的磁铁，电视画面将会出现颜色失真的现象，这又是为什么？
阴极射线管
若在阴阳两极间加上一高电压，阴极中的炽热的金属丝发射出的电子束，将在荧光屏上激发出荧光。
演示实验
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。
了解洛伦兹
洛伦兹是荷兰物理学家、数学家。1853年7月18日生于阿纳姆。1870年入莱顿大学学习数学、物理学，1875年获博士学位。25岁起任莱顿大学理论物理学教授，达35年。洛伦兹是经典电子论的创立者。他以电子概念为基础来解释物质的电性质，并从电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用，即洛伦兹力。
洛伦兹把物体的发光解释为原子内部
电子的振动产生，并预言光源放在磁场中时，原子内电子的振动将发生改变，从而导致光谱线的增宽或分裂 。1896年10月，洛伦兹的学生塞曼发现，在强磁场中钠光谱的D线有明显的增宽，即产生塞曼效应，证实了洛伦兹的预言。在1902年塞曼和洛伦兹共同获得诺贝尔物理学奖。洛伦兹于1928年2月4日在哈勒姆逝世。在举行葬礼那天，荷兰全国的电讯、电话中止3分钟，以示哀悼。
一、洛伦兹力
运动电荷在磁场中受到的作用力
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.
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。
洛伦兹力(Lorentz force)
1、定义：运动电荷在磁场中受到的作用力，叫洛伦兹力。
2、洛伦兹力的方向：
洛伦兹力的方向
伸开左手：
磁感线——垂直穿入手心
四指——
大拇指——
所受洛伦兹力的方向
①指向正电荷的运动方向
②指向负电荷运动的反向
实验结论：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
思考与讨论
如图所示，若将电荷的运动方向和磁场的方向同时反向，则洛伦兹力的方向是不是也跟着反向？
结论：当电荷的运动方向和磁场方向同时反向时，洛伦兹力方向不变。
B
F垂直于纸面向外
F垂直于纸面向外
甲
乙
丙
丁
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
在下图所示的各图中，匀强磁
场的磁感应强度均为B，带电
粒子的速率均为v，带电荷量
均为q.试求出图中带电粒子
所受洛伦兹力的大小，并标
出洛伦兹力的方向．
2、研究表明，洛伦兹力的大小与电荷的运动方向及磁场的方向有关。
1、通电导线在磁场中所受的安培力就是洛伦兹力的宏观表现。
思考与讨论
磁场对通电导线能产生安培力的作用，当磁场方向与电流方向垂直时，安培力的大小为F安=BIL，而电流就是电荷的定向移动形成的，那么，磁场对运动电荷所产生的洛伦兹力与安培力有什么关系？洛伦兹力的大小又与什么因素有关？
如图所示，设有一段长度为L，横截面积为S的导线，导线单位体积内含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动速率为v，将这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中。
洛伦兹力的大小
安培力为F安=BIL
电流的微观表达式为
设导线中共有N个自由电子N=nsL
每个电子受的磁场力为F洛 = F安/N
故可得F洛=evB
I=nesv
(条件是v⊥B)
洛伦兹力的大小
洛仑兹力的特点
1、洛伦兹力的大小：
v∥B，F洛=0；v⊥B，F洛=qvB
2、洛伦兹力的方向：
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。
v与B成θ时，F洛=qvBsinθ
v⊥
v∥
例：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。
电视显像管的工作原理
电视显像管应用了电子束在磁场中的偏转原理。电子束射向荧光屏就能发光，一束电子束只能使荧光屏上的一个点发光，而通过偏转线圈中磁场的偏转就可以使整个荧光屏发光。
电视显像管的工作原理
思考与讨论
如图所示，电视显像管中，要使电子束从B逐渐向A点扫描，必须加一个怎样变化的偏转磁场？
荧光屏中点O的下方，应加一垂直向内的磁场，且越下方磁场越强，而在O点的上方，应加一垂直向外的磁场，且越上方的磁场越强。
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。
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。
宇宙射线
思考与讨论
由F洛=qvB，可得B=F洛/qv，与电场强度E=F/q对比，可知磁场与电场有着怎样的不同之处？
磁场只与运动电荷有关。
静止的电荷和运动的电荷周围都能产生电场，而磁场只能由运动电荷产生。故静止的电荷只能受库仑力的作用，而运动的电荷既受库仑力的作用，还会受到洛伦兹力的作用。
电荷在电场中一定要受到电场力的作用
运动电荷在磁场中不一定要受到洛伦兹力的作用
电场力F=qE
洛伦兹力F=qvB
电场力方向与电场方向平行
洛伦兹力方向与磁场方向垂直
电场力对运动的电荷不一定做功
洛伦兹力对运动的电荷一定不做功
思考与讨论
你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同吗？
1、大小的不同：
2、方向的不同：
3、作用关系的不同：
4、做功的不同：
1、试判断下列运动的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向：
课堂练习
2、带电量为＋q的粒子，在匀强磁场中运动，下面说法正确的是（ ）
　　A、只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同
　　B、如果把＋q改为－q，且速度反向大小不变，则所受的洛伦兹力大小、方向均不变
　　C、只要带电粒子在磁场中运动，就一定受洛伦兹力作用
　　D、带电粒子受洛伦兹力小，则该磁场的磁感应强度小
B
课堂练习
3、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
C
4、一长直螺线管通有交流电，一个电子以速度v沿着螺线管的轴线射入管内，则电子在管内的运动情况是：(　 　)
A、匀加速运动
　B、匀减速运动
C、匀速直线运动
　D、在螺线管内来回往复运动
课堂练习
5、如图示，一带负电的小滑块从粗糙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，并保证小滑块能滑至底端，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
B
课堂练习
6、十九世纪二十年代, 以塞贝克(数学家)为代表的科学家已认识到: 温度差会引起电流, 安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差, 从而提出如下假设: 地球磁场是由绕地球的环形电流引起的, 则该假设中的电流方向是（ ）
A、由西向东垂直磁子午线
B、由东向西垂直磁子午线
C、由南向北沿磁子午线
D、由赤道向两极沿磁子午线方向
B
课堂练习
练习1：下列说法正确的是：( )
运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用；
B. 运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度一定为零；
C. 洛伦兹力既不能改变带电子粒子的动能，也不能改变带电粒子的加速度；
D. 洛伦兹力对带电粒子不做功。
练习2：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。
练习3：一长方形金属块放在匀强磁场中，M为上表面，N为下表面，金属块通有电流（如图所示）。则上下表面的电势关系为：（　 ）
A．φ M＞ φ N
B．φ M= φ N
C．φ M＜ φ N
D．无法比较上下表面的电势差高低。
载流导体 在洛伦兹力的作用下，在其与B、I都垂直的表面上出现电势差的现象，叫做“霍尔效应”。
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？
向右偏转
向左偏转
向下偏转
向上偏转
练习4：图中所示为电视机显像管中电子束偏转的示意图。磁环上的偏转线圈通以图示方向的电流时，沿轴线向纸内射入的电子束的偏转方向是：（ 　） A．向上； B．向下 C．向左； D．向右
C