§3.5 运动电荷在磁场中受到的力

课堂练习
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（ B ） 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
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。
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。
洛伦兹力的大小
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 I=nesv 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
思考与讨论
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
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
狭缝 荧光屏
阴极
阳极 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。
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：
v
F洛
F洛
v
洛伦兹力的方向 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 伸开左手： 磁感线——垂直穿入手心 四指—— ①指向正电荷的运动方向 ②指向负电荷运动的反向 大拇指—— 所受洛伦兹力的方向
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。
思考与讨论
你能指出电场和磁场对电荷作用力的不同吗？
(条件是v⊥B)
洛仑兹力的特点
1、洛伦兹力的大小：
v⊥
v∥B，F洛=0；v⊥B，F洛=qvB
v与B成θ时，F洛=qvBsinθ
2、洛伦兹力的方向：
v∥
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。
重要结论：洛伦兹力永远不做功！
电视显像管的工作原理
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（ B ）
A、变大
B、变小
C、不变
D、条件不足，无法判断
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（ B ） 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
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。
课堂ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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( 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
课堂练习
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：( C ) 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
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
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
1、大小的不同： 电场力F=qE 洛伦兹力F=qvB
2、方向的不同：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 3、作用关系的不同： 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 4、做功的不同： 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
v
F洛
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？
v
F洛
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。
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？ 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。 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。