《运动电荷在磁场中受到的力》[教育知识]

1、. . . 第三章第三章 磁场磁场 第五节 运动电荷在磁场中受到的力 . . . 电视机，是我们家里常见的家用电器，有的叫显像管电视机，是我们家里常见的家用电器，有的叫显像管 电视，有的叫液晶电视。那么显像管电视机是如何工作的电视，有的叫液晶电视。那么显像管电视机是如何工作的 呢？这节课我们就来认识下。呢？这节课我们就来认识下。 . . . 1. 判断安培力的方向判断安培力的方向 I I 2. 安培力大小的一般计算方法安培力大小的一般计算方法 F F F = ILBsin 知识回顾知识回顾 . . . 磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流是电荷的定向磁场对通电导线（电流）有力的作用，而电流

2、是电荷的定向 运动形成的，由此你想到了什么？运动形成的，由此你想到了什么？ 磁场可能对运动电荷有力的作用。磁场可能对运动电荷有力的作用。 导体中的电流是由电荷的导体中的电流是由电荷的定向移动定向移动产生的产生的 电流是如何形成的？电流是如何形成的？ . . . http:/ =55e3bd6daf508f0099b1c9d2 实验现象实验现象 在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将磁铁靠近阴极射线在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将磁铁靠近阴极射线 管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。 实验结论实验结论 磁场对运动电荷有力的作用。磁场对运动电荷有力的作用。 通过观

3、看视频，阴极射线在磁场中的偏转演示实验，使学生了解微观粒子在 磁场中受到力的作用。 . . . 洛伦兹力的方向 1.实验探究： 磁场对运动电荷是否有力的作用 （1）探究过程 无外加磁场时，阴极射线管中电子束的运动轨迹为直线 . . . 外加蹄形磁铁时，阴极射线管中电子束运动轨迹发生弯曲 交换磁铁N、S极，电子束的偏转方向与之前相反 换用两个蹄形磁铁时，电子束的偏转角度增大 . . . 洛伦兹洛伦兹 （1853 1928） 一、洛伦兹力一、洛伦兹力 2. 洛伦兹力与安培力的关系：洛伦兹力与安培力的关系： 1. 磁场对运动电荷有力的作用，磁场对运动电荷有力的作用， 这个这个 力叫做洛仑兹力。力叫做

4、洛仑兹力。 安培力是洛伦兹力的宏观表现；安培力是洛伦兹力的宏观表现； 洛伦兹力是安培力的微观本质。洛伦兹力是安培力的微观本质。 安培力安培力 洛仑兹力洛仑兹力 磁场对磁场对电流电流的作用的作用 磁场对磁场对运动电荷运动电荷的作用的作用 因因 果果 微观原因微观原因 宏观表现宏观表现 . . . u猜想：猜想：能不能用左手定则来判定？能不能用左手定则来判定？ u推理：推理：我们曾经用左手定则判定安培力的方向。大量定我们曾经用左手定则判定安培力的方向。大量定 向移动电荷所受洛伦兹力宏观表现为安培力，向移动电荷所受洛伦兹力宏观表现为安培力， 因此，可以用因此，可以用左手定则左手定则判定洛伦兹力的方向

5、。判定洛伦兹力的方向。 u验证：验证：尝试不同方向的磁场对电子束的不同影响，判断尝试不同方向的磁场对电子束的不同影响，判断 运动的电子束在各种方向的磁场中的受力方向。运动的电子束在各种方向的磁场中的受力方向。 洛仑兹力洛仑兹力 F洛 洛 的方向如何确定？ 的方向如何确定？ . . . 10 v 1. 伸开伸开左手左手，使拇指与其余四指，使拇指与其余四指 垂直，并且都与手掌在同一平面垂直，并且都与手掌在同一平面 内，让磁感线垂直穿过手心，若内，让磁感线垂直穿过手心，若 四指指向正电荷四指指向正电荷运动的方向，那运动的方向，那 么么拇指所指拇指所指的方向就是正电荷所的方向就是正电荷所 受受洛伦兹力

6、洛伦兹力的方向。的方向。 F洛 洛 F洛 洛 二、洛伦兹力的方向二、洛伦兹力的方向 左手定则左手定则 2. 若四指指向负电荷运动的反若四指指向负电荷运动的反 方向，那么拇指所指的方向就是方向，那么拇指所指的方向就是 负电荷所受洛伦兹力的方向。负电荷所受洛伦兹力的方向。 v . . . B v F洛 洛 1. 以相同速度进入同一磁场的正、负电荷受到的洛伦兹力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。方向相反。 2洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于速度，即垂直洛伦兹力的方向既垂直于磁场，又垂直于速度，即垂直 于于 v 和和 B 所组成的平面。所组成的平面。 . . . 思考 1

7、.判断下列说法的正误 （1）洛伦兹力方向一定与电荷的运动方向垂直，磁场方向也一定与电荷的运动方向 垂直。（ ） （2）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 0。 （ ） （3）如果把q改为q ，且速度反向，则洛伦兹力的方向不变。 （ ） . . . 例例1. 试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹 力的方向力的方向 。 F F F 垂直于纸面垂直于纸面 向外向外 F 垂直于纸面垂直于纸面 向外向外 v B v B v B v B . . . 如果带电粒子射入匀强磁场时（不计粒子重力），初速如果带电粒子射入匀强磁场时（不计粒

8、子重力），初速 度度 v0 跟磁感强度跟磁感强度 B 的方向平行，粒子将做什么运动？的方向平行，粒子将做什么运动？ 以初速度以初速度 v0 做匀速直线运动做匀速直线运动 试判断：图中的带电粒子试判断：图中的带电粒子 刚进入磁场时所受的洛伦刚进入磁场时所受的洛伦 兹力的情况如何？兹力的情况如何？ v0 类比：类比：我们知道，当电流方向跟磁场方向平行时安培力等于我们知道，当电流方向跟磁场方向平行时安培力等于 0 。当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力最当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力最 小小 F洛 洛 = 0。 。 . . . ( vB ) 三、洛伦兹力的大小三、洛伦兹力的

9、大小 电荷量为电荷量为 q 的粒子以速度的粒子以速度 v 运动时，如果速度方向与磁运动时，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：感应强度方向垂直，那么粒子所受的洛伦兹力为： F洛 洛 = qvB 当当 vB 时，时， F洛 洛 = 0 若带电粒子不垂直射入磁场，粒子受到的洛伦兹力又如若带电粒子不垂直射入磁场，粒子受到的洛伦兹力又如 何呢何呢? . . . v2 v1 v F洛 洛 = qvBsin ( 为 为 B 与与 v 的夹角的夹角 ) . . . 1. 安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力 微观表现。微观表现。

10、2. 大小关系：大小关系：F安 安 NF洛 洛（ （N是导体中运动的电荷数）。是导体中运动的电荷数）。 3. 方向关系：方向关系：F安 安 与 与 F洛 洛方向相同。 方向相同。 4. F安 安与 与 F洛 洛 本质都是磁场对运动电荷的作用力。 本质都是磁场对运动电荷的作用力。 洛伦兹力与安培力的关系洛伦兹力与安培力的关系 . . . 例例2. 一初速度为零的质子（质量一初速度为零的质子（质量 m = 1.67 kg ，电荷，电荷 量量 q = 1.6 C ），经过电压为），经过电压为 3340 V 的电场加速后，的电场加速后， 垂直进入磁场感应强度为垂直进入磁场感应强度为 5.0 T 的匀强

11、磁场中，质子的匀强磁场中，质子 所受洛仑磁力为多大？所受洛仑磁力为多大？ 解析：由动能定理：解析：由动能定理：qU = 则质子所受洛伦慈力则质子所受洛伦慈力 F = qvB = qB = 6.4 N 。 . . . 1. 关于安培力和洛伦兹力，下列说法正确的是关于安培力和洛伦兹力，下列说法正确的是( ) A. 安培力和洛伦兹力是性质完全不同的两种力安培力和洛伦兹力是性质完全不同的两种力 B. 安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用安培力和洛伦兹力，其本质都是磁场对运动电荷的作用 力力 C. 安培力和洛伦兹力，二者是等价的安培力和洛伦兹力，二者是等价的 D. 安培力对通电导体能做功，但

12、洛伦兹力对运动电荷不能安培力对通电导体能做功，但洛伦兹力对运动电荷不能 做功做功 BD . . . http:/ d02af508f0099b1c9ce 四、电视显像管的工作原理四、电视显像管的工作原理 显像管的介绍显像管的介绍 原理：电子束在磁场中偏转。原理：电子束在磁场中偏转。 主要构造主要构造: 电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等。电子枪（阴极）、偏转线圈、荧光屏等。 . . . 电子束从最上一行到扫描到最后一行叫做一场电子束从最上一行到扫描到最后一行叫做一场。电视中。电视中 每秒要进行每秒要进行50场扫描，因为人眼的场扫描，因为人眼的“视觉暂留视觉暂留”，所以我们，所以我们 会感觉整个

13、荧光屏都在发光。会感觉整个荧光屏都在发光。 电视显像管发射电子，在加速电场中被加速后进入偏转电视显像管发射电子，在加速电场中被加速后进入偏转 磁场。在偏转磁场作用下，电子束在荧光屏上扫描。电子束磁场。在偏转磁场作用下，电子束在荧光屏上扫描。电子束 在荧光屏上扫描一行后，迅速返回在荧光屏上扫描一行后，迅速返回(如图中虚线所示如图中虚线所示)，再做，再做 下一行扫描，直到荧光屏的下端。下一行扫描，直到荧光屏的下端。 . . . 1. 洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力。洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力。 安培力是洛伦兹力的宏观表现安培力是洛伦兹力的宏观表现 2. 洛伦兹力方向的判断：洛伦

14、兹力方向的判断：左手定则。左手定则。 Fv、B 所在的平面；负电荷的方向与正电荷的相反所在的平面；负电荷的方向与正电荷的相反 3. 洛伦兹力的大小：洛伦兹力的大小：F = qvBsin （ 为为 B 与与 v 的夹角）的夹角） 4. 电视显像管的工作原理电视显像管的工作原理 . . . 1. 试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向、或带电粒试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向、或带电粒 子的电性、或带点粒子的运动方向。子的电性、或带点粒子的运动方向。 v F洛 洛 v v 洛伦兹力方向洛伦兹力方向 垂直纸面向里垂直纸面向里 洛伦兹力方向洛伦兹力方向 垂直纸面向外垂直纸面向外 v F洛 洛 . .

15、 . BC2. 下列说法中正确的是（下列说法中正确的是（ ） A. 磁场方向、电荷运动方向、洛仑兹力方向三者总是互磁场方向、电荷运动方向、洛仑兹力方向三者总是互 相垂直的相垂直的 B. 洛仑兹力方向一定既垂直于磁场方向，又垂直于电荷洛仑兹力方向一定既垂直于磁场方向，又垂直于电荷 运动方向运动方向 C. 电荷运动方向与磁场方向可能垂直，也可能不垂直，电荷运动方向与磁场方向可能垂直，也可能不垂直， 但洛仑兹力方向一定与磁场方向和运动方向都垂直但洛仑兹力方向一定与磁场方向和运动方向都垂直 D. 根据电荷运动方向和洛仑兹力方向，一定能确定磁场根据电荷运动方向和洛仑兹力方向，一定能确定磁场 方向方向 .

16、 . . 3. 当一带正电当一带正电 q 的粒子以速度的粒子以速度 v 沿螺线管中轴线进入该沿螺线管中轴线进入该 通电螺线管，若不计重力，则通电螺线管，若不计重力，则 （ ） A. 带电粒子速度大小改变带电粒子速度大小改变 B. 带电粒子速度方向改变带电粒子速度方向改变 C. 带电粒子速度大小不变带电粒子速度大小不变 D. 带电粒子速度方向不变带电粒子速度方向不变 CD U q v . . . 4. 摆长为摆长为 L 的单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线始终的单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线始终 绷紧，若摆球带正电，电量为绷紧，若摆球带正电，电量为 q，质量为，质量为 m，磁感应强，磁感应强 度为度为 B，细绳与竖直方向的夹角为，细绳与竖直方向的夹角为 。当小球从如图所。当小球从如图所 示的位置摆到最低处时，摆