磁场对运动电荷的作用力
磁场对运动电荷的作用力
V⊥B） ( V⊥B） ( V∥B） V∥B）
（3）当V与B成一角度θ时 成一角度θ
=qVBsinθ F洛=qVBsinθ
注意： 注意： （1）洛伦兹力方向与带电粒子运动方 垂直，所以只改变粒子速度的方向 改变粒子速度的方向， 向垂直，所以只改变粒子速度的方向， 不改变粒子速度的 粒子速度的大小 不改变粒子速度的大小 （2）由于洛伦兹力方向始终与带电粒 子运动方向垂直，所以洛伦兹力对运 子运动方向垂直，所以洛伦兹力对运 动电荷不做功
四、电视显像管的工作原理
1、要是电子打在A点，偏转磁场 应该沿什么方向？ 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？ 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 点逐渐移动， 该怎样变化？ 该怎样变化？ 先垂直纸面向外并逐渐减小， 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。 然后垂直纸面向里并逐渐增大。
3.5
磁场对运动电荷 的作用力
一、洛伦兹力（f） 洛伦兹力（ ）
定义： 1、定义： 运动电荷在磁场中受到的作用力 叫做洛伦兹力 洛伦兹力。 叫做洛伦兹力。 注意：安培力是洛伦兹力的宏观表现。 注意：安培力是洛伦兹力的宏观表现。 宏观表现
二、洛伦兹力的方向
左手定则：伸开左手， 左手定则：伸开左手，使拇指与其余四 个手指垂直，并且都在一个平面内； 个手指垂直，并且都在一个平面内；让 磁感线从掌心穿入，并使四指指向正电 磁感线从掌心穿入，并使四指指向正电 运动的方向， 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。 的方向。
注意（1）四指指向与正电荷运动方向相同，与负电 注意（ ）四指指向与正电荷运动方向相同， 荷运动方向相反。 荷运动方向相反。
14.1 磁场对运动电荷的作用力 洛仑兹力
3. 形成机制
以载流子为正电荷为例说明, 以载流子为正电荷为例说明 受力分析: 受力分析 洛伦兹力
v。 设载流子速度为
υ
f = qυB
v v v fL = q × B v
(方向向上 方向向上) 方向向上 VH fL Fe
v B
B
洛仑兹力使载流子横向漂移, 洛仑兹力使载流子横向漂移 出现电荷积累。 出现电荷积累。 上端积累了正电荷， 上端积累了正电荷， 下端积累了负电荷。 下端积累了负电荷。 v v 横向电场力: fe = qE 横向电场力: 上下两端形成电势差 VH 。
14
第14章 磁力
绚丽多彩的极光
在地磁两极附近， 在地磁两极附近，由于磁 感线与地面近似垂直， 感线与地面近似垂直，外层空 间入射的带电粒子可直接射入 高空大气层内。 高空大气层内。它们和空气分 子的碰撞产生的辐射就形成 了极光。 了极光。
15 第14章 磁力
3）磁流体船 ）
进水
发动机
出水
B
电流
第14章 磁力
讨论
1）霍尔效应的应用 ）
IB 由式 V H = υ Bb = nqd
区分半导体材料类型
可测载流子的正负和浓度； 可测载流子的正负和浓度； 可测磁感强度 B 。
研究半导体材料 性质（ 性质（浓度随杂 温度等变化） 质、温度等变化）
v
—— 霍尔系数的正负与 载流子电荷性质有关
2）量子霍尔效应 ） 1980年 德国物理学家克里青发现：霍尔电阻与磁场成非 年 德国物理学家克里青发现： 线性关系，这一效应叫量子霍尔效应。 线性关系，这一效应叫量子霍尔效应。 在极低温、 在极低温、强磁场下
h RK = 2 = 25812.80Ω e
磁场对运动电荷的作用
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）?
高考物理复习：磁场对运动电荷的作用力
3.洛伦兹力和静电力的区别
比较项目
产生条件
洛伦兹力
v≠0 且 v 不与 B 平行
静电力
电荷处在电场中
F=qE
大小
F=qvB(v⊥B)
力方向与场
方向的关系
一定是 F⊥B,F⊥v,与电 正电荷受力与电场方向相同,负电
荷电性无关
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
角均为 60°,所以质子运行半径
2
Bqv=m ,即
r=(n=1,2,3,…),由洛伦兹力提供向心力得
v= =Bk·
(n=1,2,3,…),选项
B、D 正确。
方法归纳巧解带电粒子在磁场中运动的多解问题
3
应强度变化后速度的偏向角为 β,根据几何关系有 tan
用时
90°
2π
t=360° ·
(√3)
=
π
,C
2√3
错误,D 正确。
2
=
,则得
'
β=90°,则
规律总结有关带电粒子在有界磁场中做匀速圆周运动问题的解题“三步法”
训练突破
3.在以坐标原点为中心、边长为l的正方形EFGH区域内,存在磁感应强
(2)平行边界(存在临界条件,如图所示)。
(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出,如图所示)。
【典例1】 (多选)如图所示,在Oxy平面的第一象限内存在方向垂直纸面
向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。一带电粒子从y轴上的M点射入
磁场,速度方向与y轴正方向的夹角θ=45°。粒子经过磁场偏转后在N点(图
里的匀强磁场,B处可认为处在磁场中,一带电小球从A点由静止释放后能
1.2 磁场对运动电荷的作用力
-q v
F
负电荷受力方向与正电荷受力 方向相反
例题1：试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所 受的洛伦兹力的方向
F
B
B
v
v
Ｆ垂直于纸面向外
B v
B v
F 甲
总结：
乙
丙
丁
Ｆ垂直于纸面向外
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
F洛
B v
•【安培力与洛伦兹力的关系】
导线中电流的方向与磁场方向垂直时，安培力的大小为 F=ILB。这种情况下，导线中的电荷定向运动的方向也 与磁场方向垂直。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？
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
分子碰撞并激发，从而释放能量，同时产 生光芒，形成围绕磁场的大圆圈，它是一 种绚丽多彩的发光现象。
阴极射线管——观察电子束运动轨迹的装置
现象：磁场方向改变时，电子束的偏转也发生改变。 结论：洛伦兹力的方向与磁场方向有关
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 正电荷的运动方向，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。
从图1.2-7中可以看出，没有磁场时电子束 打在荧光屏正中的O点，为使电子束偏转， 由安装在管颈的磁偏转线圈产生偏转磁场。 1.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.要使电子束打在B点，磁场应该沿什么方 向？ 3.要使电子束打在荧光屏上的位置由B点逐 渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？
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
湖南长郡卫星远程学校
制作 08
2009年下学期
[课堂练习]
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B( )
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 v D. 相对于预定点稍向北偏转
湖南长郡卫星远程学校
湖南长郡卫星远程学校
制作 08
2009年下学期
三、电子束的磁偏转
1、运动电子在磁场中做圆周运动 2、磁场的强弱和电子的速度都能影响圆的半径
湖南长郡卫星远程学校
制作 08
2009年下学期
四、电视显像管的工作原理
湖南长郡卫星远程学校
制作 08
2009年下学期
四、电视显像管的工作原理
原理：应用电子束磁偏转的道理
2. 洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面
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制作 08
丁
B v
2009年下学期
三三、、洛电伦子兹束力的大磁小偏转
【思考】 电荷在磁场中做什么运动？
【猜想】： 可能做圆周运动
【实验验证】
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制作 08
2009年下学期
三、电子束的磁偏转
洛伦磁力演示仪： 观察现象： 得出结论： 运动电子在磁场中做圆周运动
制作 08
2009年下学期
磁场对运动电荷的作用力
【问题思考】 为什么不通电的导线在磁场中不受
安培力的作用，而通电导线在磁场中受 安培力的作用？
猜想：运动电荷在磁场中受到力的作用。
湖南长郡卫星远程学校
制作 08
2009年下学期
电子射线管的原理： 从阴极发射出来电子，在阴阳两极间的
磁场对运动电荷的作用
磁场对运动电荷的作用1. 引言在物理学中，磁场是指存在于物体周围的力场，可以对运动中的电荷施加作用力。
电荷在磁场中受到的力和运动状态之间存在着密切的关系。
本文将探讨磁场对运动电荷的作用以及其物理原理。
2. 洛伦兹力磁场对运动电荷产生的作用力称为洛伦兹力。
根据洛伦兹力定律，洛伦兹力的大小与电荷的电量、电荷的速度以及磁场的强度和方向有关。
洛伦兹力的方向垂直于电荷的速度方向和磁场方向，遵循右手定则。
3. 右手定则右手定则是用于确定洛伦兹力方向的常用方法。
当右手拇指指向电荷的速度方向，四指指向磁场的方向时，手心所指的方向即为洛伦兹力的方向。
右手定则为我们理解磁场对电荷作用力提供了便利。
4. 磁场对直线运动电荷的作用当电荷沿直线运动时，如果与磁场垂直，则洛伦兹力将偏离电荷的直线运动方向，并且始终垂直于电荷的速度方向和磁场方向。
这是由于洛伦兹力的方向始终与速度和磁场互相垂直，导致电荷运动轨迹弯曲，形成圆弧轨迹。
5. 磁场对曲线运动电荷的作用当电荷沿曲线运动时，磁场对其的作用将影响电荷在曲线上的运动轨迹。
在曲线上的每一点上，电荷的速度方向和磁场方向不再垂直。
由于洛伦兹力始终垂直于速度和磁场方向，电荷将受到一个向轨迹中心的向心力。
这使得电荷在曲线上的运动具有向心加速度的特征。
6. 磁场对静止电荷的作用磁场对静止电荷的作用力为零。
这是因为洛伦兹力的大小与电荷的速度有关，而静止的电荷速度为零，因此洛伦兹力也为零。
磁场只对运动中的电荷产生作用。
7. 磁场对带电粒子的运动轨迹的影响磁场对带电粒子的运动轨迹产生明显的影响。
在强磁场的作用下，带电粒子将受到明显的偏转，形成类似于螺旋线状的轨迹。
这种现象在粒子加速器以及磁共振成像技术中得到了广泛应用。
8. 磁场对电流的作用电流也是由运动电荷产生的，因此磁场也对电流产生作用。
根据安培定律，电流在磁场中受到的力的大小与电流强度、导线长度以及磁场的强度和方向有关。
磁场对电流的作用可用于磁力计、电动机、发电机等各种电磁设备中。
磁场对运动电荷的作用力
垂直纸面向外 F
课堂训练
2、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 ( BD )
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
课堂训练
3、电子的速率v=3×106 m/s，垂直 射入B=0.10 T的匀强磁场中，它受
导线中的电荷的总个数为N = nSL
每个电荷受力为
F洛
F安 N
BnqvSL qvB nLS
三、洛伦兹力大小
F洛=qVB ( V⊥B）
F洛= 0
( V∥B）
当V与B成一角度θ时
F洛=qVB sinθ
F qvB
注意1：、此式只适用于v垂直于B的情况，
如果v和B平行则F=0。
2、洛仑兹力对静止的电荷没有 力的作用。
二、洛伦兹力的方向
左手定则：四指指向与形成的电流方 向一致，即与正电荷运动方向相同， 与负电荷运动方向相反。
课堂训练
1、判断下列粒子进入磁场时所受的洛伦兹力的方向
－q
竖直向上
竖直向上
垂直纸面向外 垂直纸面向内
三、洛伦兹力大小
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
）
A．带电粒子速度大小改变；
演示：阴极射线在磁场中的偏转
2、电流是如何形成的？
2 导线中的电流强度 I =
v m v 左手定则：四指指向与形成的电流方向一致，即与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向相反。
D．带电粒子速度方向不变。
q v B m R 导线中的电流强度 I =
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
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
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。
磁场对运动电荷的作用-洛伦兹力
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。
磁场对运动电荷的作用力
磁场对运动电荷的作用力首先，磁场是由运动电荷产生的。
当电荷在运动时，它会产生一个环绕着它的磁场。
这就是著名的安培环路定理，它说明了电流在产生磁场方面的重要性。
电流是由运动电荷产生的，并且在产生磁场时，电流不仅仅是电荷的数量，还包括电荷的速度。
因此，只有运动电荷才能产生磁场。
当一个运动电荷进入一个磁场时，它会受到一个磁场力的作用。
这个作用力被称为洛伦兹力，是由电荷的运动状态和磁场的性质共同决定的。
具体来说，洛伦兹力的大小和方向由以下三个因素决定：电荷的速度、磁场的方向和大小以及电荷的电荷量。
洛伦兹力可以用以下公式表示：F=q*(v×B)其中，F表示洛伦兹力，q是电荷的电荷量，v是电荷的速度，B是磁场的磁感应强度。
"×"表示向量叉乘，由右手定则可知，正交于电荷的速度和磁场的方向。
根据这个公式，我们可以看到洛伦兹力与电荷的速度和磁场的方向和大小都有关系。
如果电荷的速度与磁场平行，洛伦兹力为零，电荷不会受到磁场力的作用。
如果电荷的速度与磁场垂直，洛伦兹力的大小最大。
如果电荷的速度与磁场的方向成一定的角度，洛伦兹力的大小将介于0和最大值之间。
在实际应用中，磁场对运动电荷的作用力表现出一些重要的特性。
首先，该力是一个受力，它使运动电荷发生加速度。
其次，磁场力只对速度有垂直分量的电荷产生作用，不会改变电荷的速度大小。
最后，磁场力与电荷的电荷量成正比，因此电荷越大，力也越大。
磁场对运动电荷的作用力在许多实际情况中都有重要应用。
例如，它可以用于磁力传感器和磁力计等仪器中。
在这些设备中，磁场力被用来测量电荷的速度，并将其转化为一个可读的数值。
此外，洛伦兹力是运行大型粒子加速器的基本原理之一、在这些加速器中，电荷通过磁场受到的力会加速它们，并使其达到很高的速度。
总之，磁场对运动电荷的作用力是一种重要的物理现象。
洛伦兹力的大小和方向取决于电荷的电荷量、速度和磁场的方向和大小。
磁场力对于许多实际应用非常重要，并在许多领域中发挥着重要作用。
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磁场对运动电荷的作用力
说明：1－6题只有一项符合题目要求，7－12题有多项符合题目要求．
1.如图所示，MN 为铝质薄平板，铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场(未画出)，一带电粒子从紧贴铝板上表面的P 点垂直于铝板向上射出，从Q 点穿越铝板后到达PQ 的中点O .已知粒子穿越铝板时，其动能损失一半，速度方向和电荷量不变，不计重力，铝板上方和下方的磁感应强度大小之比为( )
A ．2 B. 2 C ．1
D.2
2
2．带电粒子a 、b 在同一匀强磁场中做匀速圆周运动，它们的动量大小相等(即m v 乘积的大小相等)，a 运动的半径大于b 运动的半径．若a 、b 的电荷量分别为q a 、q b ，质量分别为m a 、m b ，周期分别为T a 、T b .则一定有( )
A ．q a <q b
B ．m a <m b
C ．T a <T b
D.q a m a <q b m b
3.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所示，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
4.如图所示，矩形MNPQ 区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场，有5个带电粒子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁场，在纸面内做匀速圆周运动，运动轨迹为相应的圆弧，这些粒子的质量，电荷量以及速度大小如下表所示．由以上信息可知，从图中a 、b 、c 处进入的粒子对应表中的编号分别为( )
A.3、5、4 C ．5、3、2
D ．2、4、5
5.如图所示是科学史上一张著名的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹．云室旋转在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里．云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用．分析此径迹可知粒子( )
A ．带正电，由下往上运动
B ．带正电，由上往下运动
C ．带负电，由上往下运动
D ．带负电，由下往上运动
6．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( )
A.m v qR tan θ2
B.m v qR cot θ2
C.m v
qR sin θ2 D.m v
qR cos
θ2
7．在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子P ＋
和P 3＋
，经电压为U 的电场加速后，垂直进
入磁感应强度大小为B 、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图所示．已知离子P ＋
在磁场中转过θ＝30°后从磁场右边界射出．在电场和磁场中运动时，离子P ＋
和P 3＋
( )
A ．在电场中的加速度之比为1∶1
B ．在磁场中运动的半径之比为3∶1
C ．在磁场中转过的角度之比为1∶2
D ．离开电场区域时的动能之比为1∶3
8．如图所示，两个初速度大小相同的同种离子a 和b ，从O 点沿垂直磁场方向进入匀强磁场，最后打到屏P 上．不计重力，下列说法正确的有( )
A ．a 、b 均带正电
B ．a 在磁场中飞行的时间比b 的短
C ．a 在磁场中飞行的路程比b 的短
D ．a 在P 上的落点与O 点的距离比b 的近
9.如图所示，MN 是磁感应强度为B 的匀强磁场的边界．一质量为m 、电荷量为q 的粒子在纸面内从O 点射入磁场．若粒子速度为v 0，最远能落在边界上的A 点．下列说法正确的有( )
A ．若粒子落在A 点的左侧，其速度一定小于v 0
B ．若粒子落在A 点的右侧，其速度一定大于v 0
C ．若粒子落在A 点左右两侧d 的范围内，其速度不可能小于v 0－qBd
2m
D ．若粒子落在A 点左右两侧d 的范围内，其速度不可能大于v 0＋qBd
2m
10.利用如图所示装置可以选择一定速度范围内的带电粒子．图中板MN 上方是磁感应强度大小为B 、方向垂直纸面向里的匀强磁场，板上有两条宽度分别为2d 和d 的缝，两缝近端相距为L .一群质量为m 、电荷量为q ，具有不同速度的粒子从宽度为2d 的缝垂直于板MN 进入磁场，对于能够从宽度d 的缝射出的粒子，下列说法正确的是( )
A ．粒子带正电
B ．射出粒子的最大速度为qB (3d ＋L )
2m
C ．保持d 和L 不变，增大B ，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大
D ．保持d 和B 不变，增大L ，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大
11．如图为回旋加速器的示意图．其核心部分是两个D 形金属盒，置于磁感应强度大小恒定的匀强磁场中，并与高频交流电源相连．带电粒子在D 形盒中心附近由静止释放，忽略带电粒子在电场中的加速时间，不考虑相对论效应．欲使粒子在D 形盒内运动的时间增大为原来的2倍，下列措施可行的是( )
A ．仅将磁感应强度变为原来的2倍
B ．仅将交流电源的电压变为原来的1
2
C ．仅将
D 形的半径变为原来的2倍 D ．仅将交流电源的周期变为原来的2倍
12．某磁谱仪部分构件的示意图，图中，永磁铁提供匀强磁场，硅微条径迹探测器可以探测粒子在其中运动的轨迹，宇宙射线中有大量的电子、正电子和质子．当这些粒子从上部垂直进入磁场时，下列说法正确的是( )
A ．电子与正电子的偏转方向一定不同
B ．电子与正电子在磁场中运动轨迹的半径一定相同
C ．仅依据粒子运动轨迹无法判断该粒子是质子还是正电子
D ．粒子的动能越大，它在磁场中的运动轨迹的半径越小
13．如图所示，条形区域AA′、BB′中存在方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B ，AA′、BB′为磁场边界，它们相互平行，条形区域的长度足够长，宽度为d.一束带正电的某种粒子从AA′上的O 点以大小不同的速度沿着AA′成60°角方向射入磁场，当粒子的速度小于某一值v 0时，粒子在磁场区域内的运动时间为定值t0；当粒子速度为v1时，刚好垂直边界BB′射出磁场．不计粒子所受重力．求：
(1)粒子的比荷q
m ；
(2)带电粒子的速度v 0和v 1.
14．如图所示，在0≤x≤3a区域内存在与xy平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B.在t＝0时刻，一位于坐标原点的粒子源在xy平面内发射出大量同种带电粒子，所有粒子的初速度大小相同，方向与y轴正方向的夹角分布在0－180°范围内．已知沿y轴正方向发射的粒子在t＝t0时刻刚好从磁场边界上P(3a，a)点离开磁场．求：
(1)粒子在磁场中做圆周运动的半径R及粒子的比荷q/m；
(2)此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与y轴正方向夹角的取值范围；
(3)从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间．
15．同步加速器在粒子物理研究中有重要的作用，其基本原理简化为如图所示的模型．M、N为两块中心开有小孔的平行金属板，质量为m、电荷量为＋q的粒子A(不计重力)从M板小孔飘入板间，初速度可视为零．每当A进入板间，两板的电势差变为U，粒子得到加速，当A离开N板时，两板的电荷量均立即变为零，两板外部存在垂直纸面向里的匀强磁场，A在磁场作用下做半径为R的圆周运动，R远大于板间距离，A经电场多次加速，动能不断增大，为使R保持不变，磁场必须相应的变化，不计粒子加速时间及其做圆周运动产生的电磁辐射，不考虑磁场变化对粒子速度的影响及相对论效应，求：
(1)A运动第1周时磁场的磁感应强度B1的大小；
(2)在A运动第n周的时间内电场力做功的平均功率P n.
(3)若有一个质量也为m、电荷量为＋kq(k为大于1的整数)的粒子B(不计重力)与A同时从M板小孔飘入板间，A、B初速度均可视为零，不计两者间的相互作用，除此之外，其他条件均不变，如图所示虚线、实线分别表示A、B的运动轨迹，在B的轨迹半径远大于板间距离的前提下，请指出哪个图能定性地反映A、B的运动轨迹，并经推导说明理由．。