3.5-運動電荷在磁場中受到的力解析

5.運動電荷在磁場中受到的力一、洛倫茲力的方向和大小1．演示實驗：陰極射線管發(fā)出的電子束，如上圖甲中的徑跡是

把電子射線管放在蹄形磁鐵的磁場中，如圖乙中電子束的徑跡

，若調(diào)換磁鐵南北極的位置，則電子束的徑跡會

2．洛倫茲力(1)定義：

在磁場中所受的力．(2)與安培力的關(guān)系：通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力是洛倫茲力的

，而洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)．一條直線．發(fā)生彎曲向相反的方向彎曲．運動電荷宏觀表現(xiàn)3．洛倫茲力的方向(1)左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)．讓

從掌心進入，并使四指指向

，這時拇指所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受

的方向．(2)特點：洛倫茲力的方向與電荷運動方向和磁場方向都

，洛倫茲力只改變帶電粒子的運動方向，不改變速度大小，對電荷不做功．磁感線正電荷運動方向洛倫茲力垂直4．洛倫茲力的大小(1)當(dāng)

時，F(xiàn)＝qvB.(2)當(dāng)

時，F(xiàn)＝0.二、電視顯像管的工作原理1．電視顯像管應(yīng)用了電子束

的原理．2．電子束打在熒光屏上的位置在偏轉(zhuǎn)磁場的控制下一行一行的不斷移動，這在電視技術(shù)中叫做

.v⊥Bv∥B磁偏轉(zhuǎn)掃描1．對洛倫茲力的進一步理解(1)洛倫茲力的方向①決定洛倫茲力方向的因素有三個：電荷的電性(正、負(fù))、速度方向、磁感應(yīng)強度的方向．②在研究電荷的運動方向與磁場方向垂直的情況時，由左手定則可知，F(xiàn)洛⊥B，F(xiàn)洛⊥v即F洛垂直于B和v兩者決定的平面．【特別提醒】

(1)公式F＝qvB中的v是帶電粒子相對于磁場的運動速度．(2)判斷負(fù)電荷在磁場中運動所受洛倫茲力的方向，四個手指要伸向負(fù)電荷運動的相反方向．(3)電荷運動的方向v和磁場的方向B不一定垂直，但洛倫茲力一定垂直于磁感應(yīng)強度B和速度v的方向．(2)洛倫茲力與安培力的關(guān)系①洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的力，而安培力是導(dǎo)體中所有定向移動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)．②盡管安培力是自由電荷定向移動時受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，但也不能認(rèn)為安培力就簡單地等于所有定向移動電荷所受洛倫茲力的和，一般只有當(dāng)導(dǎo)體靜止時才能這樣認(rèn)為．③洛倫茲力恒不做功，但安培力卻可以做功．可見安培力與洛倫茲力既有緊密相關(guān)、不可分割的必然聯(lián)系，也有顯著的區(qū)別．(3)由安培力公式推導(dǎo)洛倫茲力公式設(shè)導(dǎo)體內(nèi)單位體積上自由電荷數(shù)為n，自由電荷的電荷量為q，定向移動的速度為v，設(shè)長度為L的導(dǎo)線中的自由電荷在t秒內(nèi)全部通過面積為S的截面A，如下圖所示，設(shè)通過的電荷量為Q，有Q＝nqSL＝ngS·vt，導(dǎo)線與磁場垂直．關(guān)于安培力和洛倫茲力，下面的說法正確的是(

)A．安培力和洛倫茲力是性質(zhì)不同的兩種力B．安培力和洛倫茲力，其本質(zhì)都是磁場對運動電荷的作用力C．這兩種力都是效果力，其實并不存在，原因是不遵守牛頓第三定律D．安培力對通電導(dǎo)體能做功，洛倫茲力對運動電荷不能做功2．洛倫茲力與電場力的比較洛倫茲力電場力性質(zhì)洛倫茲力是磁場對運動電荷的作用力電場力是電場對電荷的作用力產(chǎn)生條件磁場中靜止電荷、沿磁場方向運動的電荷不受洛倫茲力電場中的電荷無論靜止、還是沿任何方向運動都要受到電場力方向(1)方向由電荷的正負(fù)、磁場的方向以及電荷的運動方向決定，方向之間的關(guān)系遵循左手定則(2)洛倫茲力方向一定垂直于磁場方向以及電荷運動方向(電荷運動方向與磁場方向不一定垂直)(1)方向由電荷的正負(fù)、電場的方向決定(2)正電荷受力方向與電場方向一致，負(fù)電荷受力方向與電場方向相反洛倫茲力電場力大小F＝qvB(v⊥B)F＝qE作用效果洛倫茲力只改變電荷運動速度的方向，不能改變速度的大小電場力既可以改變電荷運動的速度方向又可以改變電荷運動速度的大小做功情況洛倫茲力一定不做功電場力可以不做功，也可以做功(2011·張家界高二檢測)關(guān)于電場力與洛倫茲力，以下說法正確的是(

)A．電荷只要處在電場中，就會受到電場力，而電荷靜止在磁場中，也可能受到洛倫茲力B．電場力對在電場中的電荷一定會做功，而洛倫茲力對在磁場中的電荷卻不會做功C．電場力與洛倫茲力一樣，受力方向都在電場線和磁感線上D．只有運動的電荷在磁場中才會受到洛倫茲力的作用D3．洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用②特點a．速度選擇器只選擇速度(大小、方向)而不選擇粒子的質(zhì)量和電荷量．如上圖中若從右側(cè)入射則不能穿出場區(qū)．b．速度選擇器B、E、v三個物理量的大小、方向互相約束，以保證粒子受到的電場力和洛倫茲力等大、反向．如圖中只改變磁場B的方向，粒子將向下偏轉(zhuǎn)．(2)磁流體發(fā)電機目前世界上正在研究的一種新型發(fā)電機叫磁流體發(fā)電機，它可以把氣體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，如右圖表示出了它的發(fā)電原理：將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒．而從整體上來說是呈電中性)噴射入磁場，磁場中有兩塊金屬板A、B，則高速射入的離子在洛倫茲力的作用下向A、B兩板聚集，使兩板間產(chǎn)生電勢差，若平行金屬板間距為d，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，等離子體流速為v，氣體從一側(cè)面垂直磁場射入板間，不計氣體電阻，外電路電阻為R，則兩板間最大電壓和可能達(dá)到的最大電流為多少？在兩平行金屬板間，有如下圖所示的互相正交的勻強電場和勻強磁場．α粒子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，恰好能沿直線勻速通過．(α粒子、質(zhì)子、電子均不計重力)(1)若質(zhì)子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，質(zhì)子將做什么運動？(2)若電子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，電子將做什么運動？以下說法中，正確的是(

)A．電荷處于磁場中一定受到洛倫茲力B．運動電荷在磁場中一定受到洛倫茲力C．洛倫茲力對運動電荷一定不做功D．洛倫茲力可改變運動電荷的速度

CD【跟蹤發(fā)散】

1－1：一初速度為零的質(zhì)子(質(zhì)量m＝1.67×10－27kg，電荷量q＝1.6×10－19C)，經(jīng)過電壓為1880V的電場加速后，垂直進入磁感應(yīng)強度為5.0×10－4T的勻強磁場中，質(zhì)子所受洛倫茲力多大？答案：

4.8×10－17N【跟蹤發(fā)散】

2－1：質(zhì)量為0.1g的小物塊，帶有5×10－4C的電荷量，放在傾角為30°的絕緣光滑斜面上，整個斜面置于0.5T的勻強磁場中，磁場方向如圖所示，物塊由靜止開始下滑，滑到某一位置時，物塊開始離開斜面(設(shè)斜面足夠長，g＝10m/s2)問：(1)物塊帶電性質(zhì)？(2)物塊離開斜面時的速度為多少？(3)物塊在斜面上滑行的最大距離是多少？答案：

(1)負(fù)(2)3.46m/s

(3)1.2m【跟蹤發(fā)散】

3－1：一個帶正電的微粒(重力不計)穿過如右圖所示的勻強磁場和勻強電場區(qū)域時，恰能沿直線運動，則欲使電荷向下偏轉(zhuǎn)時應(yīng)采用的辦法是(

)A．增大電荷質(zhì)量B．增大電荷電荷量C．減小入射速度D．增大磁感應(yīng)強度C1．一個運動電荷通過某一空間時，沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么就這個空間是否存在電場或磁場，下列說法中正確的是(

)A．