磁场对运动电荷的作用

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9.2 磁场对运动电荷的作用

9.2 磁场对运动电荷的作用概念梳理：一、洛伦兹力1．洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力． 2．洛伦兹力的方向 (1)判定方法左手定则：掌心——磁感线穿过掌心；四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向；拇指——指向洛伦兹力的方向．(2)方向特点：F ⊥B ，F ⊥v ，即F 垂直于B 和v 决定的平面(注意：洛伦兹力不做功)． 3．洛伦兹力的大小(1)v ∥B 时，洛伦兹力F ＝0.(θ＝0°或180°) (2)v ⊥B 时，洛伦兹力F ＝q v B .(θ＝90°) (3)v ＝0时，洛伦兹力F ＝0. 二、带电粒子在匀强磁场中的运动1．若v ∥B ，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做匀速直线运动．2．若v ⊥B ，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面内以入射速度v 做匀速圆周运动．(1)向心力由洛伦兹力提供：q v B ＝Rv m 2＝2 mR ；(2)轨道半径公式：R ＝m vqB；(3)周期：T ＝2πR v ＝2πmqB ；(周期T 与速度v 、轨道半径R 无关)(4)角速度：ω＝2πT ＝mqB.考点精析：考点一带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的四个特点研究带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的关键是圆心、半径、运动时间的确定．在洛伦兹力作用下，做匀速圆周运动的带电粒子，不论沿顺时针方向还是沿逆时针方向，均具有四个重要特点．1．圆心的确定(1)已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心，如图1所示，P 为入射点，M 为出射点，O 为轨道圆心．图1 图2(2)已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心．如图2所示，P 为入射点，M 为出射点，O 为轨道圆心．2．半径的确定和计算结合几何知识，通过解三角形计算半径，同时注意以下几何特点： (1)粒子速度的偏向角φ等于回旋角α(圆心角α)，并等于AB 弦与切线的夹角(弦切角θ)的2倍．如图3所示．即φ＝α＝2θ.(2)相对的弦切角θ相等，与相邻的弦切角θ′互补，即θ＋θ′＝180°. 图3 3．粒子在磁场中运动时间的确定(1)利用回旋角α(圆心角α)与弦切角的关系，或者利用四边形的内角和等于360°计算圆心角的大小．若α用角度表示，则t ＝α360°T .若α用弧度表示，则t ＝α2πT ，可求出粒子在磁场中的运动时间．(2)若粒子在磁场中运动的弧长s 和速率已知，运动时间 t ＝sv .4．带电粒子在磁场中运动，速度方向的改变可用角度来表示，如图3所示．速度方向改变的角度φ等于图中的α角．二、带电粒子在有界磁场中运动的几种常见情形图4图5(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图4所示)(2)平行边界(存在临界条件，如图5所示)(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图6所示)图6题型一带电粒子在直线边界磁场中的运动【例1】质量和电荷量都相等的带电粒子M 和N ，以不同的速率经小孔S 垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示．下列表述正确的是( A )A ．M 带负电，N 带正电B ．M 的速率小于N 的速率C ．洛伦兹力对M 、N 做正功D ．M 的运行时间大于N 的运行时间【练习】如图所示，质量为m ，电荷量为＋q 的带电粒子，以不同的初速度两次从O 点垂直于磁感线和磁场边界向上射入匀强磁场，在洛伦兹力作用下分别从M 、N 两点射出磁场，测得OM ∶ON ＝3∶4，则下列说法中错误的是( AD )A ．两次带电粒子在磁场中经历的时间之比为3∶4B ．两次带电粒子在磁场中运动的路程长度之比为3∶4C ．两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为3∶4D ．两次带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力大小之比为4∶3【练习】如图所示的虚线框为一长方形区域，该区域内有一垂直于纸面向里的匀强磁场，一束电子以不同的速率从O 点垂直于磁场方向、沿图中方向射入磁场后，分别从a 、b 、c 、d 四点射出磁场，比较它们在磁场中的运动时间t a 、t b 、t c 、t d ，其大小关系是( D ) A ．ta <tb <tc <td B ．t a ＝t b ＝t c ＝t d C ．t a ＝t b >t d >t cD ．t a ＝t b >t c >t d【练习】如图所示，在一矩形区域内，不加磁场时，不计重力的带电粒子以某一初速度垂直左边界射入，穿过此区域的时间为t .若加上磁感应强度为B 、垂直纸面向外的匀强磁场，带电粒子仍以原来的初速度入射，粒子飞出磁场时偏离原方向60°，利用以上数据可求出下列物理量中的( AB )A ．带电粒子的比荷B ．带电粒子在磁场中运动的周期C ．带电粒子的初速度D ．带电粒子在磁场中运动的半径题型二带电粒子在圆形边界磁场中的运动【例1】如图所示，半径为r 的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子(不计重力)从A 点以速度v 0垂直于磁场方向射入磁场中，并从B 点射出，若∠AOB ＝120°，则该带电粒子在磁场中运动的时间为( D )A.2πr 3v 0B.23πr 3v 0C.πr 3v 0D.3πr 3v 0【练习】如图所示，一半径为R 的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一质量为m ，电荷量为q 的正电荷(重力忽略不计)以速度v 沿正对着圆心O 的方向射入磁场，从磁场中射出时速度方向改变了θ角．磁场的磁感应强度大小为( B )A.m v qR tan θ2B.m v qR cotθ2C.m v qR sin θ2D.m v qR cosθ2【练习】如图所示，在某空间实验室中，有两个靠在一起的等大的圆柱形区域，分别存在着等大反向的匀强磁场，磁感应强度B ＝0.10 T ，磁场区域半径r ＝23 3m ，左侧区圆心为O 1，磁场向里，右侧区圆心为O 2，磁场向外，两区域切点为C .今有质量m ＝3.2×10－26kg 、带电荷量q ＝1.6×10－19C 的某种离子，从左侧区边缘的A 点以速度v ＝1×106 m/s 正对O 1的方向垂直射入磁场，它将穿越C 点后再从右侧区穿出．求：(1)该离子通过两磁场区域所用的时间；(2)离子离开右侧区域的出射点偏离最初入射方向的侧移距离多大？(侧移距离指在垂直初速度方向上移动的距离)【练习】如图所示，圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子以速度v 从A 点沿直径AOB 方向射入磁场，经过Δt 时间从C 点射出磁场，OC 与OB 成60°角．现将带电粒子的速度变为v3，仍从A 点沿原方向射入磁场，不计重力，则粒子在磁场中的运动时间变为( B ) A.12ΔtB ．2ΔtC.13ΔtD ．3Δt考点二洛伦兹力和电场力的比较力内容对应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 平行电场中的电荷一定受到电场力作用大小 F ＝q v B (v ⊥B ) F ＝qE力方向与场方向的关系一定是F ⊥B ，F ⊥v ，与电荷电性无关正电荷受力与电场方向相同，负电荷受力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，也可能不做功力为零时场的情况 F 为零，B 不一定为零 F 为零，E 一定为零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【注意】①洛伦兹力对电荷不做功；安培力对通电导线可做正功，可做负功，也可不做功．②只有运动电荷才会受到洛伦兹力，静止电荷在磁场中所受洛伦兹力一定为零．【例1】带电粒子以初速度v 0从a 点进入匀强磁场，如图所示．运动中经过b 点，Oa ＝Ob ，若撤去磁场加一个与y 轴平行的匀强电场，仍以v 0从a 点进入电场，粒子仍能通过b 点，那么电场强度E 与磁感应强度B 之比为( ) A ．v 0 B ．1C ．2v 0D ．v 02【练习】在如图所示宽度范围内，用场强为E 的匀强电场可使初速度是v 0的某种正粒子偏转θ角．在同样宽度范围内，若改用方向垂直于纸面向外的匀强磁场(图中未画出)，使该粒子穿过该区域，并使偏转角也为θ(不计粒子的重力)，问： (1)匀强磁场的磁感应强度是多大？ (2)粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大？课后练习一．单项选择题1．电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法正确的是(D)A．速率越大，周期越大B．速率越小，周期越大C．速度方向与磁场方向平行D．速度方向与磁场方向垂直2．质子(p)和α粒子以相同的速率在同一匀强磁场中做匀速圆周运动，轨道半径分别为R p 和Rα，周期分别为T p和Tα.则下列选项正确的是(A)A．R p∶Rα＝1∶2T p∶Tα＝1∶2 B．R p∶Rα＝1∶1T p∶Tα＝1∶1C．R p∶Rα＝1∶1T p∶Tα＝1∶2 D．R p∶Rα＝1∶2T p∶Tα＝1∶13．如图所示是某离子速度选择器的原理示意图，在一个半径为R＝10 cm的圆柱形筒内有B＝1×10－4T的匀强磁场，方向平行于圆筒的轴线，在圆柱形筒的某直径的两端开有小孔，作为入射孔和出射孔．离子束以不同角度入射，最后有不同速度的离子束射出．现有一离子源发射比荷为2×1011 C/kg的正离子，且离子束中速度分布连续．当角θ＝45°时，出射离子速度v的大小是(D)A．2×106 m/s B．2×108 m/sC．22×108 m/s D．22×106 m/s4．如图所示为四个带电粒子垂直进入磁场后的径迹，磁场方向垂直纸面向里，四个粒子质量相等，所带电荷量也相等．其中动能最大的负粒子的径迹是(D)A．Oa B．Ob C．Oc D．Od5．如图所示，在x>0、y>0的空间中有恒定的匀强磁场，磁感应强度的方向垂直于xOy平面向里，大小为B.现有一质量为m、电荷量为q的带电粒子，在x轴上到原点的距离为x0的P点，以平行于y轴的初速度射入此磁场，在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场．不计重力的影响．由这些条件可知(D)A．不能确定粒子通过y轴时的位置B．不能确定粒子速度的大小C．不能确定粒子在磁场中运动所经历的时间D．以上三个判断都不对6．一束质子以不同的速率沿如图所示方向飞入横截面是一个正方形的、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，则下列说法中正确的是(C)A ．在磁场中运动时间越长的质子，其轨迹线一定越长B ．在磁场中运动时间相同的质子，其轨迹线一定重合C ．在磁场中运动时间越长的质子，其轨迹所对圆心角一定越大D ．速率不同的质子，在磁场中运动时间一定不同二．双项选择题1．如图所示，在两个不同的匀强磁场中，磁感强度关系为B 1＝2B 2，当不计重力的带电粒子从B 1磁场区域运动到B 2磁场区域时(在运动过程中粒子的速度始终与磁场垂直)，则粒子的( BC ) A ．速率将加倍 B ．轨道半径将加倍 C ．周期将加倍D ．做圆击运动的角速度将加倍2．带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，从而显示其运动轨迹，下图是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹，a 和b 是轨迹上的两点，匀强磁场B 垂直纸面向里．该粒子在运动时，其质量和电荷量不变，而动能逐渐减少．下列说法正确的是( AC ) A ．粒子先经过a 点，再经过b 点 B ．粒子先经过b 点，再经过a 点 C ．粒子带负电 D ．粒子带正电3．在M 、N 两条长直导线所在的平面内，一带电粒子的运动轨迹示意图如图所示．已知两条导线M 、N 只有一条导线中通有恒定电流，另一条导线中无电流，关于电流、电流方向和粒子带电情况及运动的方向，说法正确的是( BC )A ．M 中通有自下而上的恒定电流，带负电的粒子从a 点向b 点运动B ．M 中通有自上而下的恒定电流，带正电的粒子从b 点向a 点运动C ．N 中通有自下而上的恒定电流，带正电的粒子从b 点向a 点运动D ．N 中通有自上而下的恒定电流，带负电的粒子从a 点向b 点运动三．计算题1、如图所示，一束电子（电量为e)以速度v垂直射入磁感应强度为B 、宽度为d 的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为30°. 求 : (1) 电子的质量m =? (2) 电子在磁场中的运动时间t =?dBe θv2、如图所示，在半径为R 的圆的范围内，有匀强磁场，方向垂直圆所在平面向里。

磁场对运动电荷的作用

D、已知两速度方向线及圆周轨迹的半径
方法：作已知半径的圆，使其与两速度方向线相切，圆心到两切点的距离即是半径．
(2)确定轨迹所对应的圆心角，求运动时间．
先利用圆心角与弦切角的关系，或者是四边形内角和等于3600（或2π）计算出圆心角θ 的大小，再由公式t=θT/3600（或θT/2π）可求出运动时间
B、已知轨迹上的两点及其中一点的速度方向
方法：过已知速度方向的点作速度方向的垂线，得到一个半径方向；作两已知点连线的中垂线，得到另一半径方向，两条方向线的交点即为圆心．
C、已知轨迹上的一点及其速度方向和另外一条速度方向线
方法：过已知点作其速度的垂线，得到一半径方向；作两速度方向线所成角的平分线，一半径所在的直线，两者交点即是圆心．
以垂直纸面向里的匀强磁场，粒子仍以
V0入射，恰从C关于中线的对称点D射出，如图所示，则粒子从D点射出的速度为多少?
·D
V0
W1=W2。VD= 2V02 - V2
·C
【例2】如图所示,竖直两平行板P、Q,长为L, 两板间电压为U,垂直纸面的匀强磁场的磁感应强度为B,今有带电量为Q,质量为m的带正电的油滴,从某高度处由静止落下,从两板正中央进入两板之间,刚进入时油滴受到的磁场力和电场力相等,此后油滴恰好从P板的下端点处离开两板正对的区域,求(1)油滴原来静止下落的位置离板上端点的高度h.(2)油滴离开板间时的速度大小.
h=U2/2gB2d2
2g h L qU / m 2g U 2 / 2gB2d 2 L qU / m
【例3】在两块平行金属板A、B中,B板的正中央有一α粒子源,可向各个方向射出速率不同的α粒子,如图所示.若在A、B板中加上UAB＝ U0的电压后,A板就没有α粒子射到,U0是α粒子不能到达A板的最小电压.若撤去A、B间的电压,为了使α粒子不射到A板,而在A、B之间加上匀强磁场,则匀强磁场的磁感强度B必须符合什么条件(已知α粒子的荷质比 m/q=2.l×10－8kg/C, A、B间的距离d＝10cm, 电压U0=4.2×104V）?

磁场对运动电荷作用

磁场对运动电荷作用
一、洛伦兹力：磁场对运动电荷
的作用力．
1．洛伦兹力的大小： F＝qvBsinθ ，其中θ 为 v 与 B 间的夹角．当带电粒子的运动方向与磁场方向互相平行时， F ＝ 0 ；当带电粒子的运动方向与磁场方向互相垂直时，F＝ qvB .只有运动电荷在磁场中才有可能受到洛伦兹力作用，静止电荷在磁场中受到的磁场对电荷的作用力一定为0.
mv2 mv 【解析】(1)qvB＝，r＝ r qB 离子在磁场中运动最大轨道半径：rm＝1m 由几何关系知，最大速度的离子刚好沿磁场边缘打在荧光屏上，如图，所以 OA1 长度为： y＝2rcos30°＝ 3 m 即离子打到荧光屏上的范围为：[0， 3 m] 2πm (2)离子在磁场中运动的周期为： T＝＝π × qB 10－6s 5π T －7 经过时间：t＝ ×10 s＝ 3 6 2π π 离子转过的圆心角为 φ＝ t＝ T 3
三、洛伦兹力计算公式的推导如图所示，整个导线受到的磁场力 ( 安培力 ) 为 F 安＝
BIL；其中I＝nqsv；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 ，则 F 安＝ NF. 由以上四式得 F ＝qvB.条件是v与B垂直．当v与B成θ 角时， F＝qvBsinθ .
题型一：带电粒子在磁场中的圆周运动问题
D．若将带电粒子在A点时初速度变小(方向不变)，它不能经过B点
【解析】无论是带正电还是带负电粒子都能到达 B 点，画出粒子运动的轨迹，正粒子在 L1 上方磁场中运 1 3 动 T，在 L2 下方磁场中运动 T，负粒子在 L1 上方磁场 4 4 3 T 中运动 T，在 L2 下方磁场中运动，设 l1l2 之间的距离 4 4 为 a.带电粒子运动的半径为 R，则对于负粒子，AB＝ a ＋ 2R＋ a－ 2R＝ 2a. 对于正粒子， AB＝ a－ 2R＋ a＋ 2R＝ 2a.

磁场对运动电荷的作用-洛伦磁力

实验结论
通过实验验证了洛伦兹力公式，证明了磁场对运动电荷存在作用力，为电磁学理论提供了实验支持。
实验意义
洛伦兹力实验对于理解电磁场与带电粒子的相互作用具有重要意义，有助于深入探究电磁现象的本质和规律。此外，该实验还可应用于粒子加速器、电子显微镜等领域，为相关技术发展提供理论支持和实践指导。
பைடு நூலகம் 05
偏转的方向取决于电荷的电性（正或负）和磁场的强度。
磁场对带电粒子的作用力还与其运动方向有关，当粒子垂直于磁场方向运动时，受到的洛伦兹力最大。
洛伦兹力与磁场强度的关系
洛伦兹力的大小与磁场的强度成正比，即磁场越强，洛伦兹力越大。
洛伦兹力的方向由右手定则确定，即伸开右手，让拇指与其余四指垂直，并使拇指指向正电荷的运动方向，然后让磁感线穿过手心，四指指向就是洛伦兹力
洛伦兹力与带电粒子所受的电场力和重力相比，在一些特定条件下可以忽略不计。
在研究带电粒子在磁场中的运动时，还需考虑其他物理量如电场、重力场等的影响。
洛伦兹力在科技领域的应用
在磁约束聚变反应中，洛伦兹力用于控制带电粒子的运动轨迹，从而实现核聚变反应。
在电子显微镜中，洛伦兹力用于操纵电子束的运动，从而提高成像质量。
粒子加速器
洛伦兹力用于加速带电粒子，如电子、质子等，以研究基本粒子和物质结构。
同步辐射光源
在粒子加速器中，利用洛伦兹力产生的同步辐射作为光源，可用于材料科学、生物学等领域的研究。
洛伦兹力在核聚变中的应用
核聚变反应控制
在核聚变反应中，利用强磁场和高速运动的带电粒子之间的洛伦兹力来控制反应过程，实现可控热核聚变。
洛伦兹力的方向
• 根据左手定则判断：将左手掌摊平，让磁感线穿过手掌心，四指指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向，大拇指所指方向即为洛伦兹力的方向。

磁场对运动电荷的作用

F
× × ×
× ×
×
× ×
× ×
+
× ×v × ×
× × v
× × ×
×
-
× ×
×
B
×
× ×
× ×B ×
二：洛伦兹力的应用
洛伦兹力的方向：电性；相对速度。例题：用绝缘细线悬挂一个质量为m，带电荷量为+q的小球，让它处于图示的磁感应强度为B的匀强磁场中。由于磁场的运动，小球静止在图中位臵，这时悬绳与竖直方向的夹角为，并被拉紧，则磁场的运动速度和方向是（） A、v=mg/Bq，水平向左 B、v=mgtan/Bq，竖直向下 C、v=mgtan/Bq，竖直向上 +q D、v=mg/Bq，水平向右
磁场对运动电荷的作用
一：洛伦兹力
1、定义：磁场对运动电荷的作用力叫洛轮兹力。 2、大小： ⑴当vB时，F洛=qvB
B
-q
v
一：洛伦兹力
1、定义：磁场对运动电荷的作用力叫洛轮兹力。 2、大小： ⑴当vB时，F洛=qvB ⑵当v B时，F洛=0
B -q v
一：洛伦兹力
1、定义：磁场对运动电荷的作用力叫洛轮兹力。 2、大小： ⑴当vB时，F洛=qvB ⑵当v B时，F洛=0 ⑶当v与B夹角时，F洛=qvBsin
例题：一垂直纸面、磁感应强度为B的匀强磁场（如图）。一不计重力的粒子，从坐标原点 y o处以速度v进入磁场，且速度方向与x轴正方向夹角1200，粒 B v 子穿越y轴正半轴后在磁场中到 x x轴的最大距离a，则该粒子 0 的比荷q/m多少？电荷的正负？
过已知点，大致画出粒子运动的圆周轨迹. 画轨迹：找圆心： ①两半径的交点；②半径与弦中垂线的交点. ①公式：R=mv/qB ②结合几何知识计算. 定半径：求时间： ①公式：t=T/3600，或t=T/2. ②t=s/v. 偏转角等于圆心角，等于对应弦切角的2倍，即==2. 两对应的弦切角相等. 粒子从同一边界进出磁场具有对称性.

磁场对运动电荷的作用

例.一半径为R的半圆形光滑绝缘滑轨置于垂直向里的匀强磁场 mgR 1 m 2 V B中．一带电量+q， 2 质量m的小球在A点无初速释放，沿滑轨运 2 m 动．在运动过程中， N mg f V R 小球在最低点时对滑轨的压力为：（设整 f Bq 个运动过程小球不离开轨道）
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运动方向 D.洛伦兹力对带电粒子不做动
例3、光滑斜面，倾角为θ，匀强磁场的磁感应强度为B，一质量为M，带电量q的小球在斜面上自静止释放，求A球在斜面上运动的时间和最大速度（设斜面足够长）
◆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 [ C D ] 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。
●洛仑兹力F一定和B、V决定的平面垂直。
课堂练习
1、下列各图中带电粒子刚刚进入磁场，
试判断这时粒子所受洛伦兹力的方向。
× × × × × × V × × ×
F
+
+
F
V
-
V
+
V
不受洛伦兹力
ห้องสมุดไป่ตู้
垂直纸面向里
(二)洛伦兹力的大小
有一段长度为L的通电导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中，横截面积为S，单位体积里含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速率为v。
思考与讨论
带电粒子在磁场中运动时，洛伦兹力对带电粒子是否做功？并说明理由。
（1）洛仑兹力F一定和B、V决定的平面垂直。（2）洛仑兹力只改变速度的方向而不改变其大小。（3）洛伦兹力永远不做功。

磁场对运动电荷的作用

磁场对运动电荷的作用一、考点聚焦1.磁场对运动电荷的作用，洛伦兹力。

带电粒子在匀强磁场中的运动 Ⅱ2.质谱仪．回旋加速器 Ⅰ二、知识扫描1．磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力。

当v ⊥B qvB f =；当v ∥B 时，f ＝0。

2．洛伦兹力的方向：用左手定则判定。

注意：四指代表电流方向，不是代表电荷的运动方向。

3．由于洛伦兹力f 始终与速度v 垂直，因此f 只改变速度方向而不改变速度大小。

当运动电荷垂直磁场方向进入磁场时仅受洛伦兹力作用，因此一定做匀速圆周运动。

4．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动有一个动力学方程：R v m qvB 2=，两个基本公式（1）轨道半径公式：qB mv R =，（2）周期公式：qB m T π2=。

三、好题精析例1 在如图11.3-1所示的三维空间中，存在方向未知的匀强磁场。

一电子从坐标原点出发，沿x 轴正方向运动时方向不变；沿y轴正方向运动时，受到z 轴负方向的洛伦兹力作用。

试确定当电子从O 点沿z 轴正方向出发时的轨道平面及绕行方向。

解析运动的电荷在匀强磁场中方向不变有两种可能：一是电荷沿磁场方向运动不受洛伦兹力；二是电荷受洛伦兹力与其它力的合力为零。

本题电子沿x 轴正方向运动时方向不变，表明沿磁场方向运动，即磁场方向与yOz 平面垂直，而电子沿y 轴正方向运动时，受到z 轴负方向的洛伦兹力作用，由左手定则可知，磁场指向纸内。

当电子从O 点沿z 轴正方向出发时，轨道平面一定在yOz 平面内，沿顺时针方向做匀速圆周运动，且圆心在y 轴正方向某一点。

如图11.3-2所示。

点评本题考查对洛伦兹力方向的判定和分析带电粒子在磁场中运动轨迹。

物理习题中所给条件有的是直接给出的，也有隐含在题中，需要根据所学知识进行挖掘。

本题中匀强磁场的方向就是通过两步分析来确定的。

图11.3-1图11.3-2例2 电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。

电子束经过电压为U 的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图11.3-3所示。

磁场对运动电荷的作用力

磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力：磁场力，是磁场对其中运动电荷和电流的作用力。

磁场力包括洛仑兹力和安培力。

磁场对运动电荷作用力称为洛仑兹力，磁场对电流的作用力称为安培力。

洛仑兹力既垂直于磁场方向又垂直于电荷运动方向，安培力既垂直于磁场方向又垂直于电流方向。

可以用左手定则判断磁场力的方向。

磁场力包括磁场对运动电荷作用的洛仑兹力和磁场对电流作用的安培力，安培力是洛仑兹力的宏观表现。

磁场力现象中涉及3个物理量的方向：磁场方向、电荷运动方向、洛仑兹力方向；或磁场方向、电流方向、安培力方向。

用左手定则说明3个物理量的方向时有一个前提，认为磁场方向垂直于电荷运动方向或磁场方向垂直于电流方向。

不少同学认为，根据左手定则知道其中任意2个量的方向可求出第3个量的方向。

一般说，这种看法是不正确的；事实是，磁场方向不一定垂直于电荷运动方向或电流方向，它们之间的夹角可以是任意的。

能肯定的是：洛仑兹力一定既垂直于磁场方向又垂直于电荷运动方向，洛仑兹力垂直于磁场B和电荷运动速度v所决定的平面。

安培力一定既垂直于磁场方向又垂直于电流方向，安培力垂直于B和I所决定的平面，不应该忽视一个重要事实：B与v或I平行时，洛仑兹力或安培力都不存在。

因此，当B⊥v或B⊥I时，可以用左手定则表述3个物理量方向间的关系。

这时，知道任意2个物理量的方向可求出第3个物理量的方向。

当B与v或B与I不垂直时，根据B与v的方向或B与I的方向，可确定洛仑兹力f或安培力F的方向，但是，根据v、f的方向或I、F的方向不确定B的方向；根据B、f的方向或B、F的方向不能确定v或I的方向。

这2种问题若有确定的解必须补充条件。

磁场力包括两种，一种是磁场对通电导线的作用力，另一种是磁场对运动电荷的作用力。

磁场对运动电荷的作用

点击右图观看实验
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3
实验表明：
阴极射线管（电子射线管）中的电子束在磁场中发生偏转，磁场对运动电荷确实存在作用力．
洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力．
通电导线在磁场中所受的安培力是洛伦兹力的宏观表现．
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4
二、洛伦兹力的方向
1．推理：左手定则判断安培力方向，大量定向移动电荷所受洛伦兹力宏观表现为安培力，因此，可以用左手定则判定洛伦兹力的方向．
平行时，不管 v、B、q 多大，洛伦兹力总为
零．将＋q改为－q，且速度等值反向，这时形成的电流方向仍跟原来相同，由左手定则和 F=qvB可知，洛伦兹力不变．
所以，正确选项为B
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11
小结：
运动电荷在磁场中所受的磁场力叫洛伦兹力．
运动电荷速度方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力大小为F=qvB．
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6
三、洛伦兹力的大小
1．推导设有一段长度为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．这段通电导线垂直磁场方向放入磁感应强度为B
的磁场中所受的安培力．
F 安 IL B(nq)v LSB
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7
安培力可以看做是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力的合力，这段导线中含有的运动电荷数为nLS
四、磁场对运动电荷的作用
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1
磁场对通电导线有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的
由此我们会想到：磁场对通电导线的安培力可能是作用在大量运动电荷上的力的宏观表现，也就是说磁场对运动电荷可能有力的作用.

专题：磁场对运动电荷的作用

专题七：磁场对运动电荷的作用【知识梳理】知识点一洛伦兹力1．洛伦兹力磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力． 2．洛伦兹力的方向 (1)判定方法：左手定则①掌心——磁感线垂直穿入掌心；②四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向； ③拇指——指向洛伦兹力的方向．(2)方向特点：F ⊥B ，F ⊥v ，即F 垂直于B 和v 决定的平面． 3．洛伦兹力的大小(1)v ∥B 时，洛伦兹力F ＝0 (θ＝0°或180°)． (2)v ⊥B 时，洛伦兹力F ＝qvB (θ＝90°)． (3)v ＝0时，洛伦兹力F ＝0.知识点二带电粒子在匀强磁场中的运动1．洛伦兹力的特点：洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小，或者说，洛伦兹力对带电粒子不做功． 2．粒子的运动性质(1)若v 0∥B ，则粒子不受洛伦兹力，在磁场中做匀速直线运动． (2)若v 0⊥B ，则带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动．v ⊥B匀速圆周运动v ∥B匀速直线运动v ⊥B匀速圆周运动(1)由q v B ＝m v 2r ，得r ＝m vqB . (2)由v ＝2πrT ，得T ＝2πm qB .【专项训练】单选题A组1.关于安培力和洛伦兹力，如下说法中正确的是（）A. 带电粒子在磁场中运动时,一定受到洛伦兹力作用B. 放置在磁场中的通电导线,一定受到安培力作用C. 洛伦兹力对运动电荷一定不做功D. 安培力对通电导线一定不做功2.在图中，标出了磁场B的方向、带电粒子的电性及运动方向，电荷所受洛仑兹力F的方向，其中正确的是（）A. B. C. D.3.一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段径迹如图所示，径迹上的每小段都可近似看成圆弧，由于带电粒子使沿途空气电离，粒子的能量逐渐减少（带电荷量不变），从图中情况可以确定（）A. 粒子从a运动到b,带正电B. 粒子从b运动到a,带正电C. 粒子从a运动到b,带负电D. 粒子从b运动到a,带负电4.质量和电量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是( )A. M带负电,N带正电B. M的速率小于N的速率C. 洛伦兹力对M、N做正功D. M的运行时间大于N的运行时间5.如图所示，一个带正电的物体从粗糙斜面顶端滑到斜面底端时的速度为v．若加上一个垂直于纸面指向纸外的方向的磁场，则物体滑到底端时（）A. v变大B. v变小C. v不变D. 不能确定B组6.两个带电粒子由静止经同一电场加速后垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1：2．电量之比为1：2，则两带电粒子受洛仑兹力之比为（）A. 2：1B. 1：lC. 1：2D. 1：47.如图所示，一个质量为m、带正电荷量为q的小带电体处于可移动的匀强磁场中，磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度为B，为了使它对水平绝缘面刚好无压力，应该（）A. 使磁感应强度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8.如图所示，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会（）A. 向上偏转B. 向下偏转C. 向纸内偏转D. 向纸外偏转9.如图所示，速度选择器中磁感应强度大小为B和电场强度大小为E，两者相互垂直｡一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过速度选择器后从狭缝P进入另一磁感应强度大小为D2上，不计粒子重力，则( )B′的匀强磁场，最后打在平板S的DA. 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里B. 通过狭缝P的带电粒子速度为C. 打在、处的粒子在磁场中运动的时间都相同D. 带电粒子打在平板S上的位置越靠近P,粒子的比荷越大10.如图所示，一带电塑料小球质量为m，用丝线悬挂于O点，并在竖直平面内摆动，最大摆角为60°，水平磁场垂直于小球摆动的平面，当小球自左方摆到最低点时，悬线上的张力恰为零，若不考虑空气阻力，则（）A. 小球一定带负电B. 小球自右方摆到最低点时悬线上的张力为零C. 小球摆动时由于洛伦兹力、绳的拉力不做功,小球摆动过程中机械能守恒D. 塑料小球中会产生涡流,小球摆动过程中机械能减小C组多选题11.如图所示为一个质量为m、电荷量为＋q的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中，不计空气阻力，现给圆环向右的初速度v，在以后的运动过程中，圆环运动的速度图象可能是图中的( )A. B. C. D.12.如图所示，甲是一个带正电的小物块，乙是一个不带电的绝缘物块，甲、乙叠放在一起置于粗糙的水平地板上，地板上方有水平方向的匀强磁场．现用水平恒力拉乙物块，使甲、乙无相对滑动地一起水平向左加速运动，在加速运动阶段（）A. 乙物块与地之间的摩擦力不断增大B. 甲、乙两物块间的摩擦力不断增大C. 甲、乙两物块间的摩擦力不断减小D. 甲、乙两物块间的摩擦力大小不变13.磁流体发电机可以把气体的内能直接转化为电能，是一种低碳环保发电机，有着广泛的发展前景．其发电原理示意图如图所示，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，整体上呈电中性)喷射入磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场区域有两块面积为S，相距为d的平行金属板与外电阻R相连构成一电路，设气流的速度为v，气体的电导率(电阻率的倒数)为g.则( )A. 两板间电势差为B. 上板是电源的正极,下板是电源的负极C. 流经R的电流强度为D. 流经R的电流强度为14.如图所示带电小球a以一定的初速度v0竖直向上抛出，能够达到的最大高度为h a；带电小球b在水平方向的匀强磁场以相同的初速度v0竖直向上抛出，上升的最大高度为h b；带电小球c在水平方向的匀强电场以相同的初速度v0竖直向上抛出，上升的最大高度为h c，不计空气阻力，三个小球的质量相等，则（）A. 它们上升的最大高度关系为B. 它们上升的最大高度关系为C. 到达最大高度时,c小球机械能最大D. 到达最大高度时,b小球动能最小计算题15.如图，空间存在方向垂直于纸面（xOy平面）向里的磁场。

磁场对运动电荷的作用

一、洛伦兹力的大小和方向 1.定义：磁场对运动电荷的作用力. 2.大小(1)v ∥B 时，F ＝0； (2)v ⊥B 时，F ＝q v B ； (3)v 与B 的夹角为θ时，F ＝q v Bsin θ. 3.方向(1)判定方法：应用左手定则，注意四指应指向正电荷运动方向或负电荷运动的反方向； (2)方向特点：F ⊥B ，F ⊥v .即F 垂直于B 、v 决定的平面.(注意B 和v 可以有任意夹角) 4.做功：洛伦兹力不做功. 二、带电粒子在匀强磁场中的运动1.若v ∥B ，带电粒子以入射速度v 做匀速直线运动.2.若v ⊥B 时，带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速度v 做匀速圆周运动.3.基本公式(1)向心力公式：q v B ＝m v 2r ； (2)轨道半径公式：r ＝m v Bq ； (3)周期公式：T ＝2πmqB . 注意：带电粒子在匀强磁场中运动的周期与速率无关.命题点一对洛伦兹力的理解 1.洛伦兹力的特点(1)利用左手定则判断洛伦兹力的方向，注意区分正、负电荷. (2)当电荷运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向也随之变化. (3)运动电荷在磁场中不一定受洛伦兹力作用. (4)洛伦兹力一定不做功.2.洛伦兹力与安培力的联系及区别(1)安培力是洛伦兹力的宏观表现，二者是相同性质的力，都是磁场力. (2)安培力可以做功，而洛伦兹力对运动电荷不做功.3.洛伦兹力与电场力的比较磁场对运动电荷的作用命题点二带电粒子在有界匀强磁场中的圆周运动模型1 直线边界磁场：直线边界，粒子进出磁场具有对称性(如图所示)图a 中t ＝T 2＝πmBq图b中t＝(1－θπ)T＝(1－θπ)2πmBq＝2m(π－θ)Bq图c中t＝θπT＝2θm Bq模型2平行边界磁场平行边界存在临界条件(如图所示)模型3圆形边界磁场：沿径向射入圆形磁场必沿径向射出，运动具有对称性(如图所示)r＝R tan θt＝θπT＝2θmBqθ＋α＝90°命题点三带电粒子在磁场运动的多解问题。

物理专题磁场对运动电荷作用及影响

物理专题磁场对运动电荷的作用及影响
解析：在磁场中洛伦兹力提供做圆周运动的向心力，由qvB
＝mvR2得R＝mqBv，可知两电子运动半径相同，A正确．设圆形
磁场的半径为r，当r＝R时，电子的速度v0＝
qBr m
，此时电子
速度竖直向下穿出磁场，这时两电子的运动时间相同，B正
确．当电子的速度v≠v0时，进入圆形磁场区域的电子运动轨迹所对应的圆心角小，先飞离磁场，C正确，D错．
B．①④②③
C．④③②①
D．③④②①
解析：由图可知带电粒子做圆周运动的半径
r1<r2<r3<r4，根据带电粒子在匀强磁场中轨道半径公式 r＝mqBv可得：B1>B2>B3>B4，故选项A正确．
答案：A
物理专题磁场对运动电荷的作用及影响
4．如图8－2－3所示，两个横截面分别为圆形和正方形的
区域内有磁感应强度相同的匀强磁场，圆的直径和正方
解析：无论从哪端通入电流，螺线管内的磁场方向总与电子流运动的方向平行，故电子流不受洛伦兹力的作用．答案：C
物理专题磁场对运动电荷的作用及影响
3．“月球勘探者号”空间探测器运用高科技手段对月球进行
了近距离勘探，在月球重力分布、磁场分布及元素测定方
面取得了新的成果．月球上的磁场极其微弱，通过探测器
Bq m
.
(2)T、f 和 ω 的特点
T 、f 和 ω 的大小与轨道半径 r 和运行速率 v 无关，只与
磁场的磁感应强度B 和粒子的比荷mq 有关．
物理专题磁场对运动电荷的作用及影响
1．带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的
作用．下列表述正确的是
()
A．洛伦兹力对带电粒子做功

磁场对运动电荷的作用-洛伦兹力

是一种利用电子替代光学显微镜进行观察和分析微观物体的仪器。在电子显微镜中，洛伦兹力被用于控制电子束的运动轨迹，从而实现高分辨率和高放大倍率的观察。
通过精确地控制磁场和电场，洛伦兹力可以引导电子束进行精确的扫描和成像，从而获得高清晰度的显微图像。这使得科学家能够观察和分析纳米级和亚纳米级的结构和性质，为材料科学、生物学和医学等领域的研究提供了重要的手段。
磁场对运动电荷的作用-洛伦兹力
contents
目录
• 洛伦兹力概述 • 磁场对运动电荷的作用 • 洛伦兹力在实际中的应用 • 洛伦兹力的实验验证 • 洛伦兹力的物理意义与局限性
01
洛伦兹力概述
定义与公式
定义
洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力。
公式
$F = qvBsintheta$，其中$q$是电荷量，$v$是运动电荷的速度， $B$是磁感应强度，$theta$是速度与磁感应强度的夹角。
3
当电荷运动方向与磁场成任意角度时，洛伦兹力的大小可以根据公式$F = qvBsintheta$计算。
02
磁场对运动电荷的作用
磁场对直线运动电荷的作用
总结词
当电荷在磁场中沿直线运动时，洛伦兹力垂直于运动方向和磁场方向，表现为向心力，使电荷做匀速圆周运动。
详细描述
当电荷在磁场中沿直线运动时，洛伦兹力垂直于电荷的运动方向和磁场方向，其大小与电荷的运动速度、磁场强度以及电荷的电量和质量有关。洛伦兹力的作用使电荷受到向心力的作用，使电荷做匀速圆周运动。
总结词
当带电粒子束在磁场中穿过时，洛伦兹力会使粒子束发生偏转，形成束流。
详细描述
当带电粒子束在磁场中穿过时，每个粒子都受到洛伦兹力的作用，使粒子束发生偏转。由于粒子束中粒子的速度和电量不同，束流在磁场中会发生散射和聚焦，形成特定的束流形状。

磁场对运动电荷的作用

A洛伦兹力对运动电荷一定不做功；B 洛伦兹力对运动电荷可能做功理由：洛伦兹力始终和速度方向垂直1.如图11-3-1所示，在长直导线中有恒电流I通过，导线方向与电流I的方向相同，电子将(D) 正下方电子初速度v０A.沿路径a运动，轨迹是圆B.沿路径a运动，轨迹半径越来越大C.沿路径a运动，轨迹半径越来越小D.沿路径b运动，轨迹半径越来越大图11-3-1【例3】一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一个匀强磁场，粒子后段轨迹如图11-3-2所示，轨迹上的每一小段都可近似看成是圆弧.由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减少(带电量不变).从图中情况可以确定：(B)A.粒子从a到b，带正电；B.粒子从b到a，带正电；C.粒子从a到b，带负电；D.粒子从b到a，带负电；如图11-3-3所示，匀强磁场中，放置一块与磁感线平行的均匀薄铅板，一个带电粒子进入磁场，=20cm做匀速圆周运动，以半径Ｒ1第一次垂直穿过铅板后，以半径R=19cm做匀速圆2周运动(设其电量始终保持不变)则带电粒子还能够穿过铅板9次.【例4】如图11-3-4(a)所示，在x轴上方有匀强磁场B，一个质量为m，带电量为-q的的粒子，以速度v从O点射入磁场，角已知，粒子重力不计，求(1)粒子在磁场中的运动时间.(2)粒子离开磁场的位置.【例5】如图11-3-5所示，匀强磁场磁感应强度为B，，0)方向垂直xOy平面向外.某一时刻有一质子从点(L，0)处沿y轴负向进入磁场；同一时刻一粒子从点(-L进入磁场，速度方向在xOy平面内.设质子质量为m，电量为e，不计质子与粒子间相互作用.(1)如果质子能够经过坐标原点O，则它的速度多大?(2)如果粒子第一次到达原点时能够与质子相遇，求粒子的速度.(1)试确定正、负电子在管道内各是沿什么方向旋转的?(2)已知正、负电子的质量都是m，所带电荷都是元电荷e，重力不计.求电磁铁内匀强磁场的磁感应强度B的大小?图11-3-6。