《磁场对运动电荷的作用力》 导学案 学生版.docVIP

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磁场对运动电荷的作用力

必备知识·自主学习

一、洛伦兹力的方向

运动电荷的速度方向与其在磁场中的受力方向有什么关系？

1．实验探究：磁场对运动电荷是否有力的作用：

探究过程

实验现象

没有外加磁场

阴极射线管中电子束的运动轨迹是直线

将蹄形磁铁放在阴极射线管外面

电子束运动轨迹发生弯曲

将磁铁的N极和S极交换位置

电子束运动轨迹向反方向偏转

将两个蹄形磁铁并在一起

电子束的偏转角度增大

2.洛伦兹力的方向：

(1)洛伦兹力内涵：运动电荷在磁场中受到的力。

(2)方向的判断——左手定则。

左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。

二、洛伦兹力的大小

通电导线在磁场中受到的安培力和运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力什么关系？

1．推导：

设导体内单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的速率为v，设长度为l的导线中的自由电荷在t时间内全部通过横截面S，则通过电荷量Q。

根据电流定义式I＝eq\f(Q,t)可得，I＝eq\f(nqvtS,t)＝nqvS

根据安培力公式F安＝BIl可得，F安＝nqvSlB

这段导线中含有的运动电荷数为nlS，而安培力是磁场作用在这段导线中的每个运动电荷的洛伦兹力的合力，即F洛＝eq\f(F安,nlS)，故而可得洛伦兹力为F洛＝qvB

2．洛伦兹力公式：

(1)当v⊥B时，F＝qvB。

(2)当v//B时，F＝0。

(3)当v与B成θ角时，F＝qvB__sin__θ。

三、电子束的偏转

电视显像管中的电子束为什么会发生偏转？

1．构造：电视显像管主要由电子枪、偏转线圈和荧光屏三部分组成。

2．原理：电子显像管应用了电子束磁偏转的原理。

3．扫描：在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强度都在不断，使得电子束打在荧光屏上的光点不断移动。电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫作一场，电视机每秒要进行场扫描。

(1)同一电荷，以相同大小的速度进入磁场，速度方向不同时，洛伦兹力的大小也可能不同。()

(2)如果电荷的速度方向与磁场方向平行，则该电荷所受洛伦兹力最大。()

(3)电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用。()

(4)仅在洛伦兹力作用下，电荷的动能一定不会变化。()

(5)显像管中偏转线圈中的电流恒定时，电子打在荧光屏上的位置是不变的。()

(6)当判断运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力时，要让四指指向电荷的运动方向。()

关键能力·合作学习

知识点一洛伦兹力的方向、大小

1．洛伦兹力的方向：

(1)用左手定则判断洛伦兹力的方向操作图解：

(2)洛伦兹力方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v所决定的平面。

2．洛伦兹力的大小：

(1)洛伦兹力F＝Bvq的适用条件是B⊥v；当v的方向与B的方向成一角度θ时，F＝Bvqsinθ。

(2)若速度方向与磁场方向平行，则F＝0。速度大小或方向发生改变，则洛伦兹力也会随之改变。洛伦兹力永不做功，注意电荷的正负和速度方向。

3．洛伦兹力和电场力的比较：

比较项目

洛伦兹力F

电场力F

性质

磁场对在其中运动电荷的作用力

电场对放入其中电荷的作用力

产生条件

v≠0且v不与B平行

电场中的电荷一定受到电场力作用

大小

F＝qvB(v⊥B)

F＝qE

力方向与场方向的关系

一定是F⊥B，F⊥v

正电荷与电场方向相同，负电荷与电场方向相反

做功情况

任何情况下都不做功

可能做正功、负功或不做功

力F为零时场的情况

F为零，B不一定为零

F为零，E一定为零

作用效果

只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小

既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向

提醒：电荷在电场中一定受到电场力的作用，但在磁场中不一定受到洛伦兹力的作用。

极光出现在地球高纬度地区，是一种罕见的自然景观，其发生是由于太阳带电粒子流(太阳风)进入地球磁场，在地球南北两极附近地区的高空，夜间出现的灿烂美丽的光辉。极光不只出现在地球，在太阳系其他具有磁场的行星上，也会发生这种现象。

(1)来自太阳高能带电粒子在地磁场中受到什么力的作用？

(2)极光为什么常出现于高纬度地区？

【典例】将含有大量正、负带电粒子及不带电粒子的气体以一定速度垂直于磁场喷入匀强磁场中，它们在磁场中的运动径迹分成了如图所示的三束，其中②是直线。则()

A.①是带正电的粒子

B．②是带正电的粒子

C．③是带正电的粒子

D．③