3.5-運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力解析

5.運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力一、洛倫茲力的方向和大小1．演示實(shí)驗(yàn)：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(chǎng)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(huì)

2．洛倫茲力(1)定義：

在磁場(chǎng)中所受的力．(2)與安培力的關(guān)系：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)電荷宏觀表現(xiàn)3．洛倫茲力的方向(1)左手定則：伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)．讓

從掌心進(jìn)入，并使四指指向

，這時(shí)拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)的正電荷在磁場(chǎng)中所受

的方向．(2)特點(diǎn)：洛倫茲力的方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向都

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

時(shí)，F(xiàn)＝qvB.(2)當(dāng)

時(shí)，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(chǎng)的控制下一行一行的不斷移動(dòng)，這在電視技術(shù)中叫做

.v⊥Bv∥B磁偏轉(zhuǎn)掃描1．對(duì)洛倫茲力的進(jìn)一步理解(1)洛倫茲力的方向①?zèng)Q定洛倫茲力方向的因素有三個(gè)：電荷的電性(正、負(fù))、速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向．②在研究電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直的情況時(shí)，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(duì)于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度．(2)判斷負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受洛倫茲力的方向，四個(gè)手指要伸向負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的相反方向．(3)電荷運(yùn)動(dòng)的方向v和磁場(chǎng)的方向B不一定垂直，但洛倫茲力一定垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)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(gè)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力，而安培力是導(dǎo)體中所有定向移動(dòng)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(dòng)時(shí)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(jiǎn)單地等于所有定向移動(dòng)電荷所受洛倫茲力的和，一般只有當(dāng)導(dǎo)體靜止時(shí)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(jiàn)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(dòng)的速度為v，設(shè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的導(dǎo)線中的自由電荷在t秒內(nèi)全部通過(guò)面積為S的截面A，如下圖所示，設(shè)通過(guò)的電荷量為Q，有Q＝nqSL＝ngS·vt，導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直．關(guān)于安培力和洛倫茲力，下面的說(shuō)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(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力C．這兩種力都是效果力，其實(shí)并不存在，原因是不遵守牛頓第三定律D．安培力對(duì)通電導(dǎo)體能做功，洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不能做功2．洛倫茲力與電場(chǎng)力的比較洛倫茲力電場(chǎng)力性質(zhì)洛倫茲力是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力電場(chǎng)力是電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力產(chǎn)生條件磁場(chǎng)中靜止電荷、沿磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的電荷不受洛倫茲力電場(chǎng)中的電荷無(wú)論靜止、還是沿任何方向運(yùn)動(dòng)都要受到電場(chǎng)力方向(1)方向由電荷的正負(fù)、磁場(chǎng)的方向以及電荷的運(yùn)動(dòng)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(chǎng)方向以及電荷運(yùn)動(dòng)方向(電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向不一定垂直)(1)方向由電荷的正負(fù)、電場(chǎng)的方向決定(2)正電荷受力方向與電場(chǎng)方向一致，負(fù)電荷受力方向與電場(chǎng)方向相反洛倫茲力電場(chǎng)力大小F＝qvB(v⊥B)F＝qE作用效果洛倫茲力只改變電荷運(yùn)動(dòng)速度的方向，不能改變速度的大小電場(chǎng)力既可以改變電荷運(yùn)動(dòng)的速度方向又可以改變電荷運(yùn)動(dòng)速度的大小做功情況洛倫茲力一定不做功電場(chǎng)力可以不做功，也可以做功(2011·張家界高二檢測(cè))關(guān)于電場(chǎng)力與洛倫茲力，以下說(shuō)法正確的是(

)A．電荷只要處在電場(chǎng)中，就會(huì)受到電場(chǎng)力，而電荷靜止在磁場(chǎng)中，也可能受到洛倫茲力B．電場(chǎng)力對(duì)在電場(chǎng)中的電荷一定會(huì)做功，而洛倫茲力對(duì)在磁場(chǎng)中的電荷卻不會(huì)做功C．電場(chǎng)力與洛倫茲力一樣，受力方向都在電場(chǎng)線和磁感線上D．只有運(yùn)動(dòng)的電荷在磁場(chǎng)中才會(huì)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(diǎn)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(chǎng)區(qū)．b．速度選擇器B、E、v三個(gè)物理量的大小、方向互相約束，以保證粒子受到的電場(chǎng)力和洛倫茲力等大、反向．如圖中只改變磁場(chǎng)B的方向，粒子將向下偏轉(zhuǎn)．(2)磁流體發(fā)電機(jī)目前世界上正在研究的一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)，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(lái)說(shuō)是呈電中性)噴射入磁場(chǎng)，磁場(chǎng)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(shì)差，若平行金屬板間距為d，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，等離子體流速為v，氣體從一側(cè)面垂直磁場(chǎng)射入板間，不計(jì)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(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)．α粒子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí)，恰好能沿直線勻速通過(guò)．(α粒子、質(zhì)子、電子均不計(jì)重力)(1)若質(zhì)子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí)，質(zhì)子將做什么運(yùn)動(dòng)？(2)若電子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí)，電子將做什么運(yùn)動(dòng)？以下說(shuō)法中，正確的是(

)A．電荷處于磁場(chǎng)中一定受到洛倫茲力B．運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中一定受到洛倫茲力C．洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷一定不做功D．洛倫茲力可改變運(yùn)動(dòng)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(guò)電壓為1880V的電場(chǎng)加速后，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為5.0×10－4T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(gè)斜面置于0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向如圖所示，物塊由靜止開(kāi)始下滑，滑到某一位置時(shí)，物塊開(kāi)始離開(kāi)斜面(設(shè)斜面足夠長(zhǎng)，g＝10m/s2)問(wèn)：(1)物塊帶電性質(zhì)？(2)物塊離開(kāi)斜面時(shí)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(gè)帶正電的微粒(重力不計(jì))穿過(guò)如右圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域時(shí)，恰能沿直線運(yùn)動(dòng)，則欲使電荷向下偏轉(zhuǎn)時(shí)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(qiáng)度C1．一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷通過(guò)某一空間時(shí)，沒(méi)有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么就這個(gè)空間是否存在電場(chǎng)或磁場(chǎng)，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．