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1、3.4 磁场对运动电荷的作用洛伦兹力,知识背景,1.磁场对通电导线力的作用安培力,I,F,2.导线中的电流是由电荷的定向移动形成的，就象水流是由水分子定向移动形成一样,i,i,i,i,i,i,i,i,i,i,i,i,i,I=Ni,洛伦兹（18531928）,洛伦兹是荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆。洛伦兹创立了经典电子论，提出了洛伦兹变换公式，1902年与其学生塞曼共同获得诺贝尔物理学奖。为纪念洛伦兹的卓著功勋，荷兰政府决定从1945年起，把他的生日定为“洛伦兹节”。,一、洛伦兹力,1、定义：运动电荷在磁场中受到的磁场力，称为洛伦兹力（Lorentz force）. （一般
2、用F洛来表示洛伦兹力）,洛伦兹（荷兰） Lorentz 18531928,2.理论推导,有一段静止导线长L，横截面积为S，单位体积内含有的自由电子数为n，每个电子的电荷量是e，设在时间t内，自由电子沿导线移动了距离x，则电子定向移动的速率 ，那么通过导线的电流是,3.结论分析,（1）e为电子所带电荷量，电荷量为q的运动电荷所受到的洛伦兹力可以表示为,（2）带电粒子在磁场中所受洛伦兹力的方向，同样可以用左手定则判断.正电荷所受洛伦兹力的方向与B、v的关系可用图3-4-3表示，若带电粒子是负电荷，则受力方向与正电荷的受力方向相反.,阴极射线管,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
3、的电子束，将在荧光屏上激发出荧光。,二、带电粒子在磁场中的运动,2.洛伦兹力的方向,1.实验现象：(1)没有加磁场时，电子束直线前进； (2)加了磁场后，电子束的运动径迹发生弯曲。,2.洛伦兹力的方向,第一步：伸出左手 第二步：让磁感线垂直穿过手心 第三步：四指指向正电荷的运动方向 指向负电荷运动的反向 第四步：大拇指所指方向就是电荷所受洛伦兹力的方向,洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直F洛B，又跟电荷的运动方向垂直F洛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洛 Bv平面,3.洛伦兹力方向的判断-左手定则,例1.判断运动电荷在磁场中受力方向,试一试,f洛,f洛,f洛,垂直
4、纸面向里,f洛,问题： 一带电量为q，质量为m，速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其轨道半径R和周期T为多大？,理论推导: 粒子做匀速圆周运动所需的向心力 由粒子所受的洛伦兹力提供,即,说明: 1、轨道半径和粒子的运动速率成正比。 2、带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和运动速率无关。,极光的成因,1.安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力微观本质。 2.大小关系：F安NF洛（N是导体中运动的电荷数） 3.方向关系：F安与F洛方向相同 4.F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力,三、洛伦兹力与安培力的关系,四、洛伦兹力和电场力的区别,1.电荷在电场中一定受到电场力
5、的作用，与其运动状态无关；而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用； 2.大小：F电Eq , F洛=qvBsin； 3.电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向；而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向； 4.电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运动除外）；而电荷在磁场中运动时，洛伦兹力一定不会对电荷做功。,课堂小结, ,+,+,+,+, ,+,v,F,v,v,垂直纸面向外,v,v,F,v,F,垂直纸面向里,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格伦兹力的方向？,F,2电子的速率V=3106m/s垂直射入B=0.1T的匀强磁场中，它所受的洛伦兹力为多大？（e=1.610-19 C）,解： 电子所受洛伦兹力 F = qvB 代入数据解得 F=4.8 10-14N,3.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，则带电粒子会在螺线管中做什么运动？,B, ,v,F,v,垂直纸面向外,v,F,v,B,垂直纸面向里,4.判断下列各图带电粒子所受的洛伦兹力的方向或带电粒子的带电性？,
