磁场对运动电荷的作用力.doc

第五节磁场对运动电荷的作用力
【知能准备】
1．运动电荷在磁场中受到的作用力，叫做。
2．洛伦兹力的方向的判断──左手定则：
让磁感线手心，四指指向的方向，或负电荷运动的，拇指所指电荷所受的方向。
3．洛伦兹力的大小:洛伦兹力公式。
4．洛伦兹力对运动电荷，不会电荷运动的速率。
5．显像管中使电子束偏转的磁场是由两对线圈产生的,叫做偏转线圈。为了与显像管的管颈贴在一起,偏转线圈做成。
【同步导学】
1．磁场对运动电荷有力的作用
⑴推理：磁场对电流有力的作用，电流是由电荷的定向移动形成的
⑵猜想：这个力可能是作用在运动电荷上的，而安培力是作用在运动电荷上的力的宏观表现。
⑶验证：在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近电子射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。
图1
⑷结论：磁场对运动电荷有力的作用。
2．洛伦兹力
⑴运动电荷在磁场中受到的作用力，叫做洛伦兹力。
⑵通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现。
⑶洛伦兹力是通电导线在磁场中所受安培力的微观本质。
3、洛伦兹力的方向
⑴电流方向和电荷运动方向的关系；
电流方向和正电荷运动方向相同，和负电荷运动方向相反
⑵安培力的方向和洛伦兹力的方向关系；
安培力的方向和正电荷所受的洛伦兹力的方向相同，和负电荷所受的洛伦兹力的方向相反。
⑶电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系──左手定则。（如图1）
伸开左手，使大拇指和其余四指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，四指指向正电荷运动的方向（或负电荷运动的反方向）那么，大拇指所指的方向就是电荷所受洛伦兹力的方向。洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面。
例1．试判断图2中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向.

图2

解答：甲中正电荷所受的洛伦兹力方向向上；乙中正电荷所受的洛伦兹力方向向下；丙中正电荷所受的洛伦兹力方向垂直于纸面指向读者；丁中正电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸里。
例2：来自宇宙的电子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些电子在进入地球周围的空间时，将（）
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 D．相对于预定点稍向北偏转
解答：。地球表面地磁场方向由南向北，电子是带负电，根据左手定则可判定，电子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向西。故C项正确
4．洛伦兹力的大小
(1)洛伦兹力的推导
F安＝BILsinθ
电流I的微观表达式I＝nqSv
这段导体中含有的电荷数为nLS
安培力可以看作是作用在每个运动上的洛伦兹力F的合力，这段导体中含有的自由电荷数为nLS，所以
F＝EQ\F(F安,nLS)＝EQ\F(BIL,nLS)sinθ＝EQ\F(nqSvBL,nLS)sinθ＝qvBsinθ
(2)洛伦兹力公式F＝qvBsinθ公式中各量的单位：F为N，q为C，v为m/s，B为T。
说明：
①θ角为电荷运动方向和磁场方向的夹角；
②θ＝90°时F＝qvB；θ＝0°时F＝0。
③因为B为矢量，Bsinθ为B在垂直于v方向上的分量；Bcosθ为B沿v方向上的分量。
④因为v为矢量：F＝qvBsinθ可写成F＝qBvsinθ。vsinθ理解为v在垂直于B方向上的分量。
例3：如图3所示，一个带正电q的小带电体处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，若小带电体的质量为m，为了使它对水平绝缘面正好无压力，应该（）
图3
A．使B的数值增大
B．使磁场以速率v＝EQ\F(mg,qB)，向上移动
C．使磁场以速率v＝EQ\F(mg,qB)，向右移动
D．使磁场以速率v＝EQ\F(mg,qB)，向左移动
解答：为使小球对平面无压力，则应使它受到的洛伦兹力刚好平衡重力，磁场不动而只增大B，静止电荷在磁场里不受洛伦兹力，A不可能；磁场向上移动相当于电荷向下运动，受洛伦兹力向右，不可能平衡重力；磁场以V向右移动，等同于电荷以速率v向左运动，此时洛伦兹力向下，也不可能平衡重力。故B、C也不对；磁场以V向左移动，等同于电荷以速率v向右运动，此时洛伦兹力向上。当qvB＝mg时，带电体对绝缘水平面无压力，则v＝EQ\F(mg,qB)，选项D正确。
5．洛伦兹力的特点
(1)运动的电荷才有可能受到洛伦兹力，静止的电荷在磁场中不受洛伦兹力。
(2)洛伦兹力的大小和方向都与带电粒子运动状态有关。
(3)洛伦兹力对运动电荷不做功，不会改变电荷运动的速率，只改变速度的方向。
例4：单摆摆长L，摆球质量为m，带有电荷＋q，在垂直于纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中摆动，当其向左、向右通过最低点时，线上拉力大小是否相等？
图4
解答：摆球所带电荷等效于一个点电荷，它在